管道支吊架基本知識(shí)

1、汽水管道支吊架基本知識(shí),山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心 張廣成管道支吊架概念,管道支吊架是管道系統(tǒng)的重要組成部分，它包括用以承受管道載荷，限制管道位移，控制管道振動(dòng)，并將荷載傳遞至承載結(jié)構(gòu)上的各類組件或裝置。支吊架包括從下面支撐管道的“支架”，其構(gòu)件主要受壓；從上方懸吊管道的“吊架”，其構(gòu)件主要受拉。,管道支吊架三大功能,支吊架按其功能分為： 承受管道荷載 限制管道位移 控制管道振動(dòng)。,承受管道荷載的支吊架,恒力支吊架：用以承受管道自重荷載，且其承載力不隨支吊點(diǎn)處管道垂直位移的變化而變化，荷載保持基本恒定的支吊架。 變力彈簧支吊架：用以承受管道自重荷載，但其承載力隨

2、支吊點(diǎn)處管道垂直位移的變化而變化的彈性支吊架。 剛性支吊架：用以承受管道自重荷載，并約束管系在支吊點(diǎn)處垂直位移的吊架。 滑動(dòng)支架：將管道支承在滑動(dòng)底板上，用以承受管道自重荷載，并約束管系在支吊點(diǎn)處垂直位移的支架。 滾動(dòng)支吊架：將管道支承在滾動(dòng)部件上，用以承受管道自重荷載，并約束管系在支吊點(diǎn)處垂直位移的支架。,限制管道位移的支吊架,導(dǎo)向裝置：用以引導(dǎo)管道沿預(yù)定方向位移，而限制其他方向位移的裝置。用于水平管道的導(dǎo)向裝置也可承受管道的自重荷載。 限位裝置：用以約束或部分限制管系在支吊點(diǎn)處某一（幾）個(gè)方向位移的裝置。它通常不承受管道的自重荷載。 固定支架：將管系在支吊點(diǎn)處完全約束而不產(chǎn)生任何線位移和角

3、位移的剛性裝置。,控制管道振動(dòng)的支吊架,減振裝置：用以控制管道低頻高幅晃動(dòng)或高頻低幅振動(dòng)，但對(duì)管系的熱脹或冷縮有一定約束的裝置。 阻尼裝置：用以承受管道地震荷載或沖擊荷載，控制管系高速振動(dòng)位移，同時(shí)允許管系自由的熱脹冷縮的裝置。,管道支吊架構(gòu)成,管道支吊架是由一個(gè)或幾個(gè)零部件構(gòu)成的組件。 支吊架部件通常分為管道連接部件（簡稱“管部”），功能件、中間連接部件（簡稱“連接件”）和承載結(jié)構(gòu)生根部件（簡稱“根部”）四類。,管部,（1）管部結(jié)構(gòu) 管部是與管道或其絕熱層直接相連的部件。管部結(jié)構(gòu)按其對(duì)管道的支承方式可分為：懸吊式、支承式和拉撐式三類，按其同管道的連接方式可分為：焊接式(一般用于介質(zhì)參數(shù)不高的

4、管道)和夾持式(推薦普遍采用的型式)兩種；按其所連接管道的形狀位置可分為：水平管道、垂直管道（立管）和彎頭(管)三種。,功能件,功能件是實(shí)現(xiàn)各種類型支吊架功能的部件。 承重支吊架中的恒力彈簧組件、變力彈簧組件；限位支吊裝置中的拉撐桿；振動(dòng)控制裝置中的減振器、阻尼器等都屬于功能件。,連接件,連接件是用以連接管部與功能件、管部與根部、功能件與根部以及自身相互連接的部件。 這些連接件又都是剛性結(jié)構(gòu)，也可稱為剛性連接件 。 中間連接件按其連接方式可分為夾持式、焊接式、螺紋連接式、銷(軸)孔連接式、埋(嵌)入式、滾滑式等類型。,根部,根部是與承載結(jié)構(gòu)直接相連的部件。 通常情況下，盡量將管道支吊裝置直接固

5、定(生根)在承載結(jié)構(gòu)上。這種生根部件也可看作根部結(jié)構(gòu)的一部分，但通常將其歸在中間連接件中，這樣對(duì)于此類支吊裝置就沒有獨(dú)立的根部結(jié)構(gòu)。在多數(shù)情況下，尤其是混凝土建筑結(jié)構(gòu)，管道支吊點(diǎn)偏離承載結(jié)構(gòu)，需要添加輔助鋼結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)支吊裝置的生根固定。這種輔助鋼結(jié)構(gòu)就是支吊裝置的根部結(jié)構(gòu)。,支吊架的荷載,支吊架的載荷是指作用在支吊架的力和力矩，管道在工作過程中，有以下幾種載荷作用于支吊架： 管子重量；閥門、法蘭和三通等管件的重量；保溫層的重量；管內(nèi)介質(zhì)的重量（一般只考慮液體的重量，氣體的重量忽略不計(jì)）；彈簧支吊架作用于彈簧的附加力；彈簧支吊架的轉(zhuǎn)移載荷；滑動(dòng)支架的摩擦力；管道的熱脹冷縮、冷緊或連接設(shè)備的熱

6、位移產(chǎn)生的力和力矩；介質(zhì)產(chǎn)生的作用力，如排氣管和安全閥產(chǎn)生的排放反力等。. 通常把支吊架的載荷分為三類：工作載荷、安裝載荷和結(jié)構(gòu)載荷。,工作載荷,工作載荷：管道正常工作時(shí)（熱態(tài)），按支吊架布置情況，分配給該支吊架的管道自重，稱為該支吊架的工作載荷。對(duì)于不承受附加力和力矩的支吊架（如恒力吊架），工作載荷就是該支吊架的工作時(shí)的實(shí)際載荷。工作載荷是支吊架彈簧和恒力吊架選用時(shí)的載荷依據(jù)，也是計(jì)算支吊架其它載荷的基礎(chǔ)。,安裝載荷,安裝載荷：管道處于安裝狀態(tài)時(shí)（冷態(tài)），支吊架承受的管道自重稱為安裝載荷。它與工作載荷的差別在于，管道在熱態(tài)和冷態(tài)時(shí)的自重載荷的轉(zhuǎn)移變化。例如，對(duì)于向下熱位移的彈簧支吊架，安裝載

7、荷小于工作載荷；對(duì)于向上熱位移的彈簧支吊架，安裝載荷大于工作載荷；而恒力吊架的安裝載荷和工作載荷相等。安裝載荷是確定彈簧支吊架的安裝彈簧壓縮值的依據(jù)。,結(jié)構(gòu)載荷,結(jié)構(gòu)載荷：修正后的工作載荷加上有關(guān)的附加力和力矩，稱為支吊架的結(jié)構(gòu)載荷。對(duì)附加力和力矩（除工作載荷以外的所有力和力矩），應(yīng)根據(jù)不同支吊架型式和具體的使用條件分別考慮。,支吊架的熱位移,管道由冷態(tài)到熱態(tài)時(shí)，由于溫度升高而膨脹，支吊架的支吊點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)，這就是支吊點(diǎn)的熱位移，并由此產(chǎn)生管道的熱脹。管道的熱脹，一般是受到制約的，于是管道引起熱脹應(yīng)力，大機(jī)組的高溫管道熱位移往往很大，導(dǎo)致管道局部位置的熱應(yīng)力超標(biāo)，對(duì)設(shè)備的推力超過允許值。一

8、般采取下面的一些方法使管道的應(yīng)力合格。 采用專門補(bǔ)償裝置補(bǔ)償，亦可由管系自身柔性產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償。依靠管道自身補(bǔ)償能力來吸收管道熱伸長，在長管道中，熱位移值可能很大。可采用彈性彎曲和扭轉(zhuǎn)變形實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償。 選擇支吊架的型式時(shí)，根據(jù)支吊架的垂直熱位移的大小和方向，確定剛性支吊架、彈簧支吊架或是恒力吊架。支吊架的彈簧壓縮值不能超過允許值，且冷熱態(tài)的載荷變化不能超過規(guī)定，這些都與熱位移的大小和方向有關(guān)。,恒力彈簧支吊架,恒力支吊架（以下簡稱恒吊）根據(jù)力矩平衡原理設(shè)計(jì)。在許可的負(fù)載位移下，負(fù)載力矩和彈簧（或重錘）力矩始終保持平衡。對(duì)用恒吊支承的管道和設(shè)備，在發(fā)生位移時(shí)，可以提供恒定的支承力，

9、因而不會(huì)給管道設(shè)備帶來附加應(yīng)力。 一般用于需要減少位移應(yīng)力的地方，如電站鍋爐本體、發(fā)電廠的汽、水、煙、風(fēng)管及燃燒器等懸吊部分，以及石油、化學(xué)工業(yè)中需要此類支承的地方。 當(dāng)管道系統(tǒng)內(nèi)某吊點(diǎn)的熱位移大于60mm，宜選用恒吊來支承，以避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生危險(xiǎn)的彎曲應(yīng)力及不利的應(yīng)力轉(zhuǎn)移。 我國主要采用PH（LH）型和H1型恒力吊架,恒力彈簧支吊架,上圖為四連桿彈簧式，即JB/T 8130 PH型恒力彈簧吊架。 下圖為三連桿彈簧式，即ITT.G 58V型恒力彈簧吊架。,種類,直線式恒力吊架,恒力彈簧支吊架,三連桿、四連桿彈簧式恒吊均按力矩平衡原理，采用合適的連桿機(jī)構(gòu)讓彈簧側(cè)力矩與載荷力矩相等，同時(shí)保證載荷不

10、變或變化很小。 三連桿彈簧式恒吊在理論上可以達(dá)到完全恒力，而四連桿彈簧式恒吊在理論上是近似恒力。 主輔彈簧式恒力吊架（直線式恒力吊架）是按主彈簧與輔助彈簧力共同作用下合力恒定的原理設(shè)計(jì)的，可以達(dá)到完全恒力。,原理,H1型恒力吊架,H1型恒力吊架工作原理圖,H-1恒力吊架作用原理,此種恒吊主要由固定外殼、中間轉(zhuǎn)體、彈簧三部分組成。此外，尚有負(fù)荷調(diào)整器、轉(zhuǎn)體位移指示器、轉(zhuǎn)體限位器等附件。 固定外殼固定在吊架生根結(jié)構(gòu)上。而中間轉(zhuǎn)體支撐在其上，并可繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。彈簧盒也支撐在固外外殼上，且可繞D軸轉(zhuǎn)動(dòng)。中間轉(zhuǎn)體上有若干個(gè)吊桿孔B，可根據(jù)熱位移大小選用其中一個(gè)。AB距離越大，允許熱位移就越大。B孔上掛著吊

11、桿，吊桿上有花蘭螺絲，吊架調(diào)整時(shí)可用它調(diào)整吊桿長度。彈簧力作用在轉(zhuǎn)體的C點(diǎn)，AC距離可借助負(fù)荷調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，AC距離越大吊架載荷就越大。轉(zhuǎn)體在吊桿力（吊架載荷）和彈簧力共同作用下，按力矩平衡原理工作。,主輔彈簧式恒定工作原理,當(dāng)載荷吊桿從高位向中位移動(dòng)時(shí)，主彈簧向下移動(dòng)，主彈簧被壓縮，主彈簧作用力線性增大，而輔助彈簧伸長，彈簧力線性減小，主彈簧力與輔助彈簧力方向相同，其合力為二者數(shù)值相加，主彈簧與輔助彈簧共同作用于載荷吊桿的合力恒定。當(dāng)載荷吊桿從中位向低位移動(dòng)時(shí)，主彈簧仍向下移動(dòng)，主彈簧被壓縮，主彈簧作用力線性增大，而輔助彈簧也被壓縮，彈簧力線性增大，但主彈簧力與輔助彈簧力方向相反，其合力為

12、二者數(shù)值相減，主彈簧與輔助彈簧共同作用于載荷吊桿的合力也恒定。,主輔彈簧式恒吊原理圖1,主輔彈簧式恒吊原理圖2,變力彈簧支吊架,變力彈簧支吊架主要用于有垂直位移的動(dòng)力管道或設(shè)備的支承。由于其主要依靠彈簧力來支承荷載，因此只適宜用在垂直位移較小的場合。 變力彈簧支吊架內(nèi)裝有圓柱螺旋彈簧，在承載的同時(shí)，它能適應(yīng)管道或設(shè)備的熱位移，也能吸收管道的振動(dòng)，可以同時(shí)起到減振作用，加上它比恒力支吊架經(jīng)濟(jì)，因此在應(yīng)力計(jì)算允許的情況下，被設(shè)計(jì)人員廣泛地采用。,作用,變力彈簧支吊架,彈吊按彈簧的形式可分為圓柱螺旋彈簧式和碟形彈簧式二種。按整定方式可分為整定式和非整定式二種。 對(duì)于管道熱變形剛度有嚴(yán)格要求時(shí)，選用的

13、彈吊一般都是整定式圓柱螺旋彈簧彈吊，通常有T/TH型、TD型和VS型。,種類,變力彈簧支吊架,左圖為JB/T8130可變彈簧支架 右圖為T/TH型可變彈簧吊架,種類,變力彈簧支吊架,原理,彈簧支吊架構(gòu)成,它由彈簧、殼體、壓蓋、載荷和位移指示器以及鎖定裝置等組成。帶有“熱”和“冷”狀態(tài)位置標(biāo)志的載荷和位移刻度板，可以清晰地顯示出支吊架在熱狀態(tài)和冷狀態(tài)時(shí)的載荷和位移值。這類彈簧支吊架在出廠前已按設(shè)計(jì)要求將載荷整定在冷態(tài)載荷位置，在安裝運(yùn)行時(shí)還可根據(jù)變化了的載荷加以調(diào)整。鎖定裝置在管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)或其它需要時(shí)，將彈簧支吊架鎖定成剛性支吊架來使用。,彈簧支吊架原理,在彈簧支吊架中，支吊架的載荷直接與彈

14、簧力相平衡，而彈簧力等于彈簧剛度與壓縮值的乘積。當(dāng)支吊點(diǎn)產(chǎn)生垂直方向的熱位移時(shí)，彈簧壓縮值也發(fā)生改變，支吊架的載荷也就發(fā)生變化， 如能選擇合適的彈簧，支吊架載荷變化就會(huì)限制在某一允許范圍之內(nèi)。,變力彈簧支吊架,T/TH型彈吊有1、2、3、4、5、6六種， JB/T8130彈吊有A、B、C、D、E、F、G七種， VS型彈吊有C、D、P、S四種結(jié)構(gòu)形式。,結(jié)構(gòu),剛 性 支 吊 架,剛性支吊架（以下簡稱剛吊）對(duì)管道垂直方向呈剛性約束，故只能用于管道沒有垂直位移或垂直位移很小且允許約束的地方。 剛吊能承受較大的載荷，保持管位置不下沉，增強(qiáng)管道系統(tǒng)的剛性和減少管子的振動(dòng)。,作用,剛 性 支 吊 架,剛吊

15、有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。,結(jié)構(gòu),限 位 裝 置,限位裝置用于管道中需要限制某一方向或某些方向上位移的地方，它不承受管道的重量。它的使用可調(diào)整管道的應(yīng)力分布、減小管道對(duì)設(shè)備的推力和簡化管道支吊架的設(shè)計(jì)。 不同結(jié)構(gòu)型式的限位裝置可限制管道某一方向或二個(gè)方向的線位移，也可同時(shí)限制某一、二個(gè)乃至三個(gè)方向的角位移。 它的使用可以增加管系的穩(wěn)定性，合理分配管系的位移。,作用,限位的必要性,隨機(jī)組容量的增大，主蒸汽、再熱蒸汽等管線長度不斷增長，加上工作溫度的提高，使管道支吊點(diǎn)熱位移值（包括垂直和水平位移）也大幅度增加，以至于 吊架的選用，吊桿偏裝和滿足吊桿長度等問題變得很困難。 高壓、高溫管道，由于管徑大、管

16、壁厚、熱脹量大，對(duì)連接設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)的熱脹力或冷緊力（力矩）都很大，很難滿足設(shè)備要求的限定值，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也帶來難題。 旁路管道，由于管線較短，管系剛度往往較大，且與主管的接口位置有較大的熱位移，使管道的熱脹二次應(yīng)力普遍偏高。特別是大機(jī)組多采用雙路管道系統(tǒng)，管道布置往往不對(duì)稱，造成旁路管的二個(gè)接口有較大的相對(duì)位移，更增加了旁路管布置的困難。 上述各種問題，單純通過管道布置方式的改變，很難圓滿的解決問題，而且會(huì)增加材料消耗，采用限位支吊架則是解決問題的較方便途徑。,限位裝置的必要性,通過限位支吊架，可以把管道熱脹人為的分成若個(gè)獨(dú)立段，使支吊點(diǎn)的熱位移值大幅度降低；也可根據(jù)需要，改變管道上某些

17、點(diǎn)的熱位移值和方向。 采用限位支吊架，可以調(diào)整管道的熱脹二次應(yīng)力，使一些高應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力得以降低。 如果需要限制管道對(duì)設(shè)備的推力，也可通過限位支吊架實(shí)現(xiàn)。管道設(shè)置限位支吊架后，比起全部采用彈性支吊架，穩(wěn)定性增加，可以降低管道振動(dòng)。 管道重量偏離設(shè)計(jì)值，或支吊架載荷調(diào)整偏離設(shè)計(jì)值的情況是大量存在的。如果管道全部采用彈性支吊架（特別是大量采用恒吊時(shí)），這種不平衡力將大部分轉(zhuǎn)移到管道端點(diǎn)，引起管道彈性變形和自重一次應(yīng)力的增加，也可能對(duì)連接設(shè)備的正常運(yùn)行帶來危害。如果管道中采用了一定數(shù)量的承重型限位支吊架，則上述不平衡力將分?jǐn)偟较尬恢У跫芎凸艿蓝它c(diǎn)上，對(duì)管道和連接設(shè)備的危害將大大減小。,限 位 裝 置,

18、限位裝置有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。,結(jié)構(gòu),限位剛吊,限位剛吊的結(jié)構(gòu)與一般剛性吊架相同，只是使用條件的不同。限位剛吊用在有y向熱位移的吊點(diǎn)，用來限制吊點(diǎn)的向下熱位移。限位剛吊不但承重而且承受較大的限位力，載荷較大，吊桿比一般剛性吊架粗的多。按限位剛吊的限位功能，一般只能用于有向下y向位移的吊點(diǎn)，但實(shí)際工程中也用于有向上熱位移的吊點(diǎn)。此時(shí)，應(yīng)特別注意在熱態(tài)時(shí)剛吊載荷的大幅度減小，甚至完全懸空不吃力的情況發(fā)生，以免使管道自重一次應(yīng)力的大量增大?；鹆Πl(fā)電廠主蒸汽、再熱蒸汽管道的y向膨脹量都很大，因而限位剛吊應(yīng)用很普遍。在管系中，限位剛吊和管道端點(diǎn)構(gòu)成重力靜不定力系，它們的實(shí)際安裝載荷與設(shè)計(jì)安裝載荷往往存在

19、較大的偏差，在安裝、調(diào)整支吊架載荷時(shí)，需要對(duì)限位剛吊的載荷進(jìn)行實(shí)測調(diào)整，否則會(huì)對(duì)管道的自重一次應(yīng)力有不利影響。限位支架是限制支吊點(diǎn)水平位移的限位支吊架，可裝于水平管和立管上。,導(dǎo) 向 裝 置,導(dǎo)向裝置用于引導(dǎo)管道位移方向或要控制管道沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的地方，對(duì)于水平管道它一般承受管道的重量，而對(duì)于垂直管道它不承受管道的重量。 請(qǐng)注意，由于導(dǎo)向裝置引導(dǎo)管道按一定的方向移動(dòng)，它同時(shí)就具有了限制管道角位移的作用；習(xí)慣上，我們將具有限制管道沿軸線方向運(yùn)動(dòng)的支架也稱為導(dǎo)向裝置。 它的使用可限制管道側(cè)向位移，防止管件承受彎矩，增加管系的側(cè)向穩(wěn)定性。,作用,導(dǎo) 向 裝 置,導(dǎo)向裝置有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。,結(jié)構(gòu),固

20、定 支 架,固定支架用于管道不允許有任何方向的線性位移和角位移的地方。實(shí)際上它是限位裝置的一個(gè)特例。 它可用于承受管件的推力（如波形補(bǔ)償器），讓管系按較好的方式膨脹。,作用,固 定 支 架,固定支架的一種典型結(jié)構(gòu)如右圖。,結(jié)構(gòu),彈簧減振器,減振器主要用用來承受動(dòng)荷載，能有效控制管道任何頻率和任何振幅的振動(dòng)和擺動(dòng)，特別是低幅高頻振動(dòng)。 它在一定程度上限制了管道正常的熱位移。,作用,種類,彈簧式減振器分為利用普通彈吊、單彈簧式和雙彈簧式三種。 利用普通彈吊作為減振器時(shí)它只能單方向起作用，這點(diǎn)要注意。,彈簧減振器,彈簧預(yù)壓在減振器殼體內(nèi)，當(dāng)管道無位移時(shí)，該預(yù)壓產(chǎn)生的預(yù)緊力由減振器內(nèi)部承受，不傳遞到管

21、道上。當(dāng)管道振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力小于減振器的預(yù)緊力則減振器呈剛性，如產(chǎn)生的振動(dòng)力大于減振器的預(yù)緊力時(shí)，則管道將發(fā)生位移直至彈簧的反力與振動(dòng)力相等。 由此可見，只要減振器的預(yù)緊力大于管道可能產(chǎn)生的振動(dòng)力，就能消除管道的振動(dòng)，反之則可以減少管道的振動(dòng)。,原理,彈簧減振器,單彈簧減振器的結(jié)構(gòu)形式。,結(jié)構(gòu),液 壓 阻 尼 器,液壓阻尼器借助特殊設(shè)計(jì)的阻尼閥，對(duì)管道或設(shè)備的位移速度做出靈敏的反應(yīng)，在管道或設(shè)備發(fā)生震（振）動(dòng)時(shí)，在133Hz頻率范圍內(nèi)，阻尼器可以將直接作用在管道或設(shè)備上的沖擊力轉(zhuǎn)移到建筑結(jié)構(gòu)上去；在管道或設(shè)備正常工況下，液壓阻尼器允許管道或設(shè)備自由位移，不會(huì)給管道或設(shè)備帶來附加的 應(yīng)力。,作用

22、,1、 功能特性： “剛?cè)嵯酀?jì)”,阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合,“柔”-,在管道處于正常工況下，它能適應(yīng)管道由于熱脹冷縮引起的緩慢移動(dòng)，而對(duì)管道幾乎沒有阻尼。即：隨管道的緩慢移動(dòng)而移動(dòng),而對(duì)管道產(chǎn)生的作用力很?。?-2% FN）,阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合,抗振動(dòng)時(shí)： “剛”為近似剛性,l 受瞬間沖擊 l 速度或加速度驟增 l 達(dá)到V閉或限制加速度 l以V閉后或限制加速度緩慢運(yùn)動(dòng)， 載荷達(dá)FN l達(dá)到緩沖、抗振之目的。,抗安全閥排汽反力時(shí)： “剛”為等效剛性,l 安全閥啟跳、排汽 l 速度（向下）驟增 l 達(dá)到V閉或限制加速度 l 閉鎖后速度V閉后=0，載荷達(dá) 到FN l 承受安全閥排汽引起的持續(xù) 推力，保護(hù)管道及設(shè)備。,阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合,3、 阻尼器的應(yīng)用場合 ：,偶發(fā)的 沖擊的,載荷,系統(tǒng)內(nèi)部 系統(tǒng)外部：地震，風(fēng)載，外來飛物 等。,水錘、汽錘