热力管道弹簧支吊架设置

孙秀立

摘要：如何正确选择支吊架形式，并正确设计支吊架位置对管道合理承载荷载、限制位移和控制振动等方面都有重要意义。而弹簧支吊架又是支吊架大家庭中的主要成员，如何合理设置和正确选择弹簧支吊架，对整个管系的安全平稳运行起着非常重要的作用。本文针对热力管道的弹簧支吊架形式以及安装位置做了详细分析，提出了热力管道的弹簧支吊架选用原则和安装方法。

关键词：热力管道弹簧支吊架选用安装

0前言

管道支吊架是与管道紧密联系在一起的结构，是管道重要的组成部分之一。管道支吊架设计不当，在运行中会使管道其他组件易于损坏，更严重的是会使转动设备受损，直至被迫停运。为满足管系的应力要求，也需要合理设置和正确选择弹簧支吊架。首先，应使弹簧支吊架的间距不超过管道刚度和强度允许值下，满足管道膨胀柔性要求。其次，要准确计算弹簧支吊架对管道产生的一次应力和二次应力，这样才能保证弹簧支吊架选型得当，布置合理。因此，正确设计热力管道弹簧支吊架，对于改善管系振动、适应管系变形等有着重要的作用与意义。

1热力管道弹簧支吊架的选用原则

在热力管道设计中，当管道支撑点处有较大垂直位移时，如果该点产生托空或者过大推力，使支架失去其承载功能，该荷载转移将造成管道一次应力增加或者相邻支架超载，或将使管道产生较大的二次应力，对管道和支吊架都不利。这时，管道支撑点处就需要采用弹簧支吊架。另外，在与敏感机械设备相连接的管道处，也常常采用弹簧支吊架，以减少对设备的作用力和力矩，保证机械设备本身安全。

另外，弹簧支吊架设置的灵活性，其可变化的范围较大。支吊架的位置、数量和型式选择往往因人而异。对同一个管系存在着多种支吊架设置方案，不同的设置型式将反映出不同的应力分布、应力值及端点受力。因此，在进行管道设计时，为使管系具有足够的柔性，除了应注意管系走向和形状外，支架位置和型式也是相当重要的。

1.1严格控制支吊架间距

支架间距尤其是水平管道的承重支架间距不得超过管道的允许跨距(即管道的最大间距)，以控制其挠度、弯曲应力和剪切应力不超限。一般连续敷设的管道允许跨距(L)应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算，按强度条件校验，取两者中的最小值。

具体强度刚度应该按照国家标准《电厂动力管道设计规范》（GB50764-2012）中10.2.2条公式计算。另外注意在水平管道方向改变处，两个支吊架间距的管子展开长度不应超过水平直管允许间距的0.75倍，其中一个支吊架应靠近弯管或者弯头的位置。

1.2满足管系对柔性的要求

尽量利用管道的自支承作用，少设置或不设置支架。要利用管系的自然补偿能力合理分配支架点和选择支架类型。

弹簧支吊架是诸多支吊架中的一种。由于热力管道在运行过程中，会受到弹簧支吊架与其重量不平衡的附加力，而且管道垂直位移越大，其荷载变化率也越大。按《可变弹簧支吊架》规定，弹簧荷载变化系数不大于25%，为了把荷载变化率控制在这个范围内，弹簧支吊架只适用于管道垂直位移不太大的场合。

弹簧支吊架的主要构成部分就是弹簧，弹簧本身特性的好坏直接影响管道受力状态的好坏。弹簧支吊架是利用弹簧所具有的刚度，在外力荷载作用下可以变形。弹簧支吊架在弹簧工作范围内，管道有小的变形过程时，不会完全失去其分配荷载，从而控制荷载转移量。弹簧支吊架一般用于管道在垂直方向有热位移的场所，引起管道支点的位置变化，若该点为刚性支吊架，将会妨碍管段的位置变化，或使管段脱离支吊架，致使管道产生过大的应力和力矩。并可能对管道自身、设备或者相邻管道造成不良影响。如果采用弹簧支吊架则不会产生这种现象。

1.3满足支吊架生根条件

弹簧支吊架的设置必须具备生根条件，不能在无法生恨的地方设置支吊架。弹簧支吊架一般可生根在地面、设备或建、构筑物上。除振动的管道外，尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为弹簧支吊架的生根点，并应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要钱。对于复杂的管道，尤其是需要详细应力计算的管道，还应根据应力计算结果调整弹簧支吊架的位置。

弹簧支吊架应选用整定式弹簧支吊架，且弹簧荷载变化系数不应大于25%。另外当选用一个弹簧的变形量不能满足要求时，可串联安装两个弹簧，串联的两个弹簧，承受的荷载应相同，总位移量按每个弹簧的最大压缩量的比例进行分配。当实际荷载超过选用弹簧规格表中最大允许荷载时，可选用两个或者两个以上的弹簧并联安装，并联安装弹簧应选用同一型号、相同刚度的弹簧，按并联弹簧数平均分配荷载。当管道在支撑点有垂直位移且要求支撑力的变化范围在8%以内时，热力管道应采用恒力弹簧支吊架。并且选用恒力弹簧支吊架时，其公称位移应在计算位移量的基础上留有20%的余量，且余量最小为20mm。

2弹簧支吊架的安装

热力管道系统是一个超静定结构，其自重荷载在各个支吊架间分配。常用的管道荷重分配方法为吊零分配法，一般用电脑程序软件计算。

2.1弹簧支吊架的热态凋零

所谓吊零，是指按每个支吊点处在管道自重产生的垂直位移为零的条件来分配支吊架荷重。按吊零分配荷重的优点是管系的自重应力分布比较均匀，且这样的计算机程序开发比较方便。

由于管道在整个使用过程处于热和冷两种状态的交替之中。因此上述的荷重分配可以在冷状态实现，也可以在热状态实现。在冷状态实现吊零荷重分配称为冷态吊零；在热状态实现吊零荷重分配称为热态吊零。当管道由一个状态变到另一个状态时,由于支吊点位移,将使弹簧支吊架的受力发生变化,产生弹簧附加力。显然,如果支吊架按热态吊零分配荷重,即管道在工作状态下各支点正好承受分配给它的荷重,管系上将不出现弹簧附加力；而如果分配的荷重在冷状态下实现，则管系在工作状态下将承受弹簧附加力，从而增加管系在工作状态下的应力，这对于处于高温高压下工作的管道将是不利的。因此，在一般情况下，使分配的荷重在热状态下实现(热态吊零)。

2.2弹簧支吊架的安装

弹簧支吊架必须严格按照要求定位和装配。在施工过程中，定位装置应保持不动，直到整个管系安装完毕且试压完成后，管系升温前将定位装置取出，使弹簧正常工作。否则，会出现弹簧卡死、绕中心轴歪斜等现象，造成弹簧支吊架失效。管系运行前，必须仔细检查定位装置是否取出，使弹簧正常发挥作用。此外，在管系处于冷态时，如果弹簧支吊点处荷载过大，也会使弹簧装置变形，甚至毁坏。因此，往往要增加保护装置，如弹簧箱，加厚壳体钢板等措施。

2.3弹簧支吊架的失效

弹簧的失效主要有断裂失效和弹力失效，其中断裂失效最为常见，其危害也最大。实践表明，绝大多数弹簧的疲劳失效是由于高应力造成的，而高应力是弹簧承受高荷载和大变形的必然结果。因此，在管道设计时，要力求避免弹簧承受比较大的力或变形过大。如果承载过大，要考虑弹簧并联的方法；变形过大，采用弹簧串联的方法。

3结束语

合理设置和正确选择弹簧支吊架，可增加管系柔性，满足管系安全及设备受力要求。不过，需要强调的是，由于弹簧支吊架的刚度远低于刚性支吊架，如果设置太多，则会造成管系不稳，产生斜偏和振动。总之，只有准确计算出管系各个支撑点的受力情况，并且清楚的了解弹簧支吊架各个方面的综合性能，才能选择出经济合理的弹簧支吊架，确保管系运行安全可靠，受力状态恒定。