可变弹簧支吊架在管系中的应用

可变弹簧支吊架在管系中的应用 2015年 第2期 2015年2月 化学工程与装备 Chemical Engineering & Equipment 145 可变弹簧支吊架在管系中的应用 唐 荧 （惠生工程(中国)有限公司武汉技术中心，湖北 武汉 430073） 摘 要：本文主要论述了可变弹簧在一些典型设备配管设计中的应用，通过实例重点分析了可变弹簧支吊架的应用和可变弹簧的选用方法。 关键词：支吊架；弹簧；管道设计；荷载；荷载变化率 支吊架是管道系统中的一个重要组成部分,它对管道起着承受荷载、限制位移、调整对设备的推力和管道应力以及控制振动等作用。在管道设计中, 合理布置和正确选择支吊架并在管道 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 安装中, 严格按照设计要求定位和装配, 对于确保管道和设备安全及延长使用寿命起着重要的作用。弹簧支吊架主要对管道+Y方向的热位移，降低转移荷载，保证设备允许力的要求，起到不可忽视的作用。 1 弹簧支吊架的分类 弹簧支吊架分为：可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架两 类。 恒力弹簧其理论刚度为零，荷载在安装和工作中始终保持不变，允许的管道位移比较大。 在实际应用中，一般多选用弹性极限高的金属材料来制造弹簧。弹簧的种类很多，通常管道弹簧支吊架选用的是金属合金圆柱螺旋弹簧及碟形弹簧。其中，可变弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、指示板、壳体、花篮螺母及定位块等组成，典型结构见图1 2 弹簧支吊架的应用 可变弹簧支吊架属变力支吊架, 是承重支吊架的一种。管道设计中，当管道支撑点处有较大垂直位移时，如果采用刚性支吊架，该点容易产生脱空或过大荷载，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大或邻近支架(或设备) 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。这时管道支承点处就需要采用可变弹簧支吊架。另外，在管道设计时，对敏感机械设备相连接的管道经常会利用可变弹簧支吊架来调整对设备的推力。正确选用可变弹簧支吊架, 能够起到使管系具有适当的柔性，以减少因热胀对有关构件(如炉体钢架、构架、管架) 的作用力。由于管道在运行过程中冷态或热态的交替变化, 会受到可变弹簧支吊架与其重量不平衡的附加力, 而且管道垂直位 图1 典型结构 可变弹簧是通过压缩或拉伸弹簧而使弹簧发生弹性形变，在弹簧变形的过程中，会产生一种力，从而工作。可变弹簧的基本作用就是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在产生变形时，可以把机械功转变为形变能，或把形变能转变为机械功，即弹簧内部储存能量的大小是变形(位移)的函数。在适当外力作用下，通常它都可以产生一定程度的弹性变形甚至弯曲，这就是弹簧的特点。 移愈大, 其荷载变化率也愈大。按《可变弹簧支吊架》的规定, 可变弹簧荷载变化率不应大于25 %。为了把荷载变化率控制在这个范围内, 可变弹簧支吊架应设置在管道垂直位移不太大的场合。 3 可变弹簧支吊架的选用方法 选用可变弹簧支吊架时所要做的工作是，根据弹簧的工作荷载，运行时的位移量和位移方向，以及管道的空间位置，确定可变弹簧的形式，工作位移范围，可变弹簧支吊架编号和安装荷载。可变弹簧的选用原则是：在弹簧能够承受工作荷载和安装荷载，并使荷载变化率满足要求的前提下，力求 线为DN80，操作温度为250度，配管如下图2所示：首先在50和180两点处各设置一个弹簧，否则整个管系在Y（垂直）方向上的力就会全部加在泵口上，使泵口受力很大，然而转动设备泵的进出口允许荷载一般很小，通常按照泵厂家提供的设备口荷载或者API610标准进行校核，而此泵口有向上的位移，加一般的支撑是没有用的，运行时管道就会悬空。此处设置弹簧支吊架可以有效的减小垂直方向的荷载，从而起到保护泵口的作用。 选用较小规格的弹簧。因此尽量布置在位移点的最小位置, 以减少弹簧的变形量, 甚至达到可不用弹簧支吊架而采用普通支吊架的目的。一般情况下，对于敏感设备（如转动设备压缩机，汽轮机，泵等），管口附近的弹簧支吊架的荷载变化率不得大于5%。 |工作载荷-安装载荷| 荷载变化率 = ————————————×100 %≤25 % 工作载荷 当可变弹簧无法满足荷载变化率≤25 %之要求时,可选用恒力弹簧支吊架。 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。这就要求弹簧的荷载与变形之间关系应具有良好的线性关系, 弹簧在工作区间内其刚度尽可能恒定不变。因此, 我们选用的支吊架弹簧的工作变形量应在试验荷载(为测定弹簧特性, 弹簧允许承受的最大荷载)下变形量的30～ 70% 范围内选取。 一般我们对整个管系进行应力分析后，根据此点的工作荷载，位移的大小和方向并且荷载变化率小于25 %而选择出弹簧的型号和安装荷载。 管道热位移向上时: 安装荷载 = 工作荷载 + 位移量×弹簧刚度 管道热位移向下时: 安装荷载 = 工作荷载 - 位移量×弹簧刚度 以下工程实例中，分别就泵、反应器、塔、再沸器典型设备的配管，通过使用可变弹簧支吊架解决了设备管口受力问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，满足设备管口的要求。 为了减少泵出口管道对泵的荷重，在泵出口上方一般需设弹簧支吊架，重量尽量由弹簧来承担。如热油泵的出口管 图2 热油泵配管 数据比较： 当50和180点处不设置弹簧支吊架的时候，泵P-0109A/B出口（一开一备）的荷载如下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ： OPE：工作状态 SUS：安装状态 EXP：二次应力状态 ---- Forces(N. ) ------ -- Moments(N.m. ) ---- 此时在+Y方向上，明显的泵口力超出了校核标准。 当在50和180点设置弹簧后，泵P-0109A/B出口荷载如下 ---- Forces(N. ) ------ -- Moments(N.m. ) ---- 表： 此时，泵P-0109A/B管口荷载就已经满足API610的要求。 对于一些反应器的管口，有时经常荷载超过允许荷载，我们可以在反应器管道上增加可变弹簧支吊架，人为的给弹簧附加荷载，使得设备口的受力达到要求。为了使设备R-3201A/B管口（DN600）受力控制在允许范围内，机选弹簧无法满足要求，此时，需要人为赋值来调整弹簧的荷载，来满足设备管口允许力的要求。配管如图3所示 当用程序自选弹簧时，设备管口10点和130点的荷载如下表： 图3 设备口配管 ---- Forces(N. ) ------ -- Moments(N.m. ) ---- 以上计算，机选弹簧虽然可以缓解一部分设备管口的受 值根据设备的允许荷载进行设置。这时，我们得到管口10和130新的荷载已经满足设备管口（一开一备）的荷载要求，如下表： 力，但是仍然无法满足设备管口允许荷载，我们需要赋予弹簧一个荷载，让它多分担一些设备管口荷载。这时，赋予弹簧新的荷载在700点和800点分别为50000N和55000N，这两个 ---- Forces(N. ) ------ -- Moments(N.m. ) ---- 塔等设备管嘴处, 一般应在上部设置承重支吊架, 但如果管道重量过重, 一个承重支吊架承重有困难并且荷载太大时, 就必须再在下面设置弹簧支吊架.如下图项目中所示：其中，塔的直径的4000mm，连接管道直径为NPS40”,在100点处的支撑架所承担的载荷达到10吨，设备一般不允许这么大的荷载，所以在110点处，120点处，130点处又分 别增设弹簧架，用来分担100点处支撑架的荷载。 图4 塔的配管 当100点放置刚性支架而110点，120点，130点不放置弹簧时，100点承受的荷载如下表： 此时，在100点垂直方向（Y）受力达到10.54吨，由于支撑架是在塔上生根做的，一般塔不允许这么大的荷载，并且在110点有垂直方向位移，所以，我们经过反复试算，采 用在110点,120点，130点三点都增加弹簧来解决一部分100点荷载，加上弹簧后，100点荷载如下表，才能满足要求。 连接塔和再沸器的管道。如果塔的裙座顶和再沸器的支座标高有位差，这时候塔的裙座顶至接管中心的膨胀量和再沸器支座至接管中心的膨胀量就会有差值，那么它直接影响到连接塔和再沸器的管道的应力。当连接管道两端管口力很大，不能满足设备管口要求时，我们尽可能的调整再沸器的支座标高，使其至连接管中心的膨胀量和塔从群座顶到接管中心膨胀量相等。如果再沸器的支座已经无法调整，而又和塔的一侧有热胀差，此时，我们可以需要采用给再沸器支耳上增设弹簧支架的方法来解决。如下图5中： 塔的裙座顶标高是EL5525，再沸器的支座标高是 图5 塔和再沸器的配管 EL5943，如果在60点只用普通的支撑架，由于塔和再沸器的热膨胀量不同，那么在85和90点出的热位移量就不同，容易在这两个管口产生比较大的力，具体荷载见下表： 此时，如果采用弹簧支架在60点，那么85点和90点的管口力将会得到很好的的缓解，经过计算，加上弹簧以后的管 口力如下（已经满足管口受力要求） 4 结束语 从上面的分析可知，弹簧支吊架在管系中具有重要作用, 因此，在管机专业中，合理设置和正确灵活的选择弹簧支吊架，就可以增加管系柔性，满足管系安全及设备受力要求。 只有我们清楚的了解弹簧各方面的性能，才能够合理经济的选择好弹簧，确保管系运行安全可靠，受力恒定，这些，对我们任何一个项目设计来说，都至关重要。