管道支吊架基本知識

1、汽水管道支吊架基本知識山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗中心張廣成道支吊架概念 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，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。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，但其承載力隨支吊點處

2、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處垂直位移的吊架。 滑動支架：將管道支承在滑動底板上，用以承受管道自重荷載，并約束管系在支吊點處垂直位移的支架。 滾動支吊架：將管道支承在滾動部件上，用以承受管道自重荷載，并約束管系在支吊點處垂直位移的支架。限制管道位移的支吊架 導向裝置：用以引導管道沿預定方向位移，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處某一（幾）個方向位移的裝置。它通常不承受管道的自重荷載。 固定支架：將管系在支吊點處完全約束而不產(chǎn)生任何線位移和角位移的剛性

3、裝置。控制管道振動的支吊架 減振裝置：用以控制管道低頻高幅晃動或高頻低幅振動，但對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，控制管系高速振動位移，同時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或幾個零部件構(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)不高的管道)和夾持式(

4、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定(生根)在承載結(jié)構(gòu)

5、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，這樣對于此類支吊裝置就沒有獨立的根部結(jié)構(gòu)。在多數(shù)情況下，尤其是混凝土建筑結(jié)構(gòu)，管道支吊點偏離承載結(jié)構(gòu)，需要添加輔助鋼結(jié)構(gòu)，才能實現(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）；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；滑動支架的摩擦力；管道的熱脹冷縮、冷緊或連接設備的熱位移產(chǎn)生的力和力矩；介

6、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（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的實際載荷。工作載荷是支吊架彈簧和恒力吊架選用時的載荷依據(jù)，也是計算支吊架其它載荷的基礎。安裝載荷 安裝載荷：管道處于安裝狀態(tài)時（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)時的自重載荷的轉(zhuǎn)移變化。例如，對于向下熱位移的彈簧支吊架，安裝載荷小于工作載荷；對于向上熱

7、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。對附加力和力矩（除工作載荷以外的所有力和力矩），應根據(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，由于溫度升高而膨脹，支吊架的支吊點產(chǎn)生相應的移動，這就是支吊點的熱位移，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力，大機組的高溫管道熱位移往往很大，導致管道局部位置的熱應力超標，對設備的推力超過允許值。一般采取下面的一些方法使管道的應

8、力合格。 采用專門補償裝置補償，亦可由管系自身柔性產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形實現(xiàn)自補償。依靠管道自身補償能力來吸收管道熱伸長，在長管道中，熱位移值可能很大?？刹捎脧椥詮澢团まD(zhuǎn)變形實現(xiàn)自補償。 選擇支吊架的型式時，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)。 恒力支吊架（以下簡稱恒吊）根據(jù)力矩平衡原理設計。在許可恒力支吊架（以下簡稱恒吊）根據(jù)力矩平衡原理設計。在許可的負載位移下，負載力矩和彈簧（或重錘）力矩始終保持平衡。對的負載位移下，負載力矩和彈簧（或重錘）力矩始終保持平

9、衡。對用恒吊支承的管道和設備，在發(fā)生位移時，可以提供恒定的支承力，用恒吊支承的管道和設備，在發(fā)生位移時，可以提供恒定的支承力，因而不會給管道設備帶來附加應力。因而不會給管道設備帶來附加應力。 一般用于需要減少位移應力的地方，如電站鍋爐本體、發(fā)電廠一般用于需要減少位移應力的地方，如電站鍋爐本體、發(fā)電廠的汽、水、煙、風管及燃燒器等懸吊部分，以及石油、化學工業(yè)中的汽、水、煙、風管及燃燒器等懸吊部分，以及石油、化學工業(yè)中需要此類支承的地方。需要此類支承的地方。 當管道系統(tǒng)內(nèi)某吊點的熱位移大于當管道系統(tǒng)內(nèi)某吊點的熱位移大于60mm，宜選用恒吊來支承，宜選用恒吊來支承，以避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生危險的彎曲應力及不

10、利的應力轉(zhuǎn)移。以避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生危險的彎曲應力及不利的應力轉(zhuǎn)移。我國主要采用我國主要采用PH（LH）型和）型和H1型恒力吊架型恒力吊架 恒力彈簧支吊架恒力彈簧支吊架 上圖為四連桿四連桿彈簧式，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。種類種類直線式恒力吊架恒力彈簧支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，采用合適的連桿機構(gòu)讓彈簧側(cè)力矩與載荷力矩相等，同時保證載荷不變或變化很小。 三連桿彈簧式恒吊在理論上可以達到完全恒力，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

11、力共同作用下合力恒定的原理設計的，可以達到完全恒力。原理原理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。彈簧盒也支撐在固外外殼上，且可繞D軸轉(zhuǎn)動。中間轉(zhuǎn)體上有若干個吊桿孔B，可根據(jù)熱位移大小選用其中一個。AB距離越大，允許熱位移就越大。B孔上掛著吊桿，吊桿上有花蘭螺絲，吊架調(diào)整時可用它調(diào)整吊桿長度。彈簧力作用在轉(zhuǎn)體的C點，AC距離可借助負荷調(diào)整器進行調(diào)整，AC距離越大吊架載荷就越大。轉(zhuǎn)體在吊桿力（吊架載

12、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 當載荷吊桿從高位向中位移動時，主彈簧向下移動，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。當載荷吊桿從中位向低位移動時，主彈簧仍向下移動，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 變力彈簧支吊架主要用于有

13、垂直位移的動力管道或設備的支承。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，它能適應管道或設備的熱位移，也能吸收管道的振動，可以同時起到減振作用，加上它比恒力支吊架經(jīng)濟，因此在應力計算允許的情況下，被設計人員廣泛地采用。 作用作用變力彈簧支吊架變力彈簧支吊架 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。 對于管道熱變形剛度有嚴格要求時，選用的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。種類種類 變力彈簧支吊架變力彈簧支吊架左圖為JB/T8130可變彈簧

14、支架右圖為T/TH型可變彈簧吊架種類種類變力彈簧支吊架變力彈簧支吊架 原理原理彈簧支吊架構(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)時的載荷和位移值。這類彈簧支吊架在出廠前已按設計要求將載荷整定在冷態(tài)載荷位置，在安裝運行時還可根據(jù)變化了的載荷加以調(diào)整。鎖定裝置在管道進行水壓試驗或其它需要時，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簧力相平衡，而彈簧力等于彈簧剛度與壓縮值的乘積。當支吊點產(chǎn)生垂直方向的熱位移時，彈簧壓縮值也發(fā)生改變，支吊架的載

15、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限制在某一允許范圍之內(nèi)。變力彈簧支吊架變力彈簧支吊架 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)結(jié)構(gòu)剛剛 性性 支支 吊吊 架架 剛性支吊架（以下簡稱剛吊）對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，增強管道系統(tǒng)的剛性和減少管子的振動。作用作用剛剛 性性 支支 吊吊 架架 剛吊有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)限限 位位 裝裝 置置 限位裝置用于管道中需要限制

16、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)整管道的應力分布、減小管道對設備的推力和簡化管道支吊架的設計。 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方向的線位移，也可同時限制某一、二個乃至三個方向的角位移。 它的使用可以增加管系的穩(wěn)定性，合理分配管系的位移。作用作用限位的必要性隨機組容量的增大，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、管壁厚、熱脹量大，對連接設備和建筑結(jié)構(gòu)的熱脹力或冷緊力（力矩）都很大，很難滿足

17、設備要求的限定值，對建筑結(jié)構(gòu)的設計也帶來難題。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力普遍偏高。特別是大機組多采用雙路管道系統(tǒng)，管道布置往往不對稱，造成旁路管的二個接口有較大的相對位移，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獨立段，使支吊點的熱位移值大幅度降低；也可根據(jù)需要，改變管道上某些點的熱位移值和方向。采用限位支吊架，可以調(diào)整管道的熱脹二次應力，使一些高應力點的應力

18、得以降低。如果需要限制管道對設備的推力，也可通過限位支吊架實現(xiàn)。管道設置限位支吊架后，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。管道重量偏離設計值，或支吊架載荷調(diào)整偏離設計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），這種不平衡力將大部分轉(zhuǎn)移到管道端點，引起管道彈性變形和自重一次應力的增加，也可能對連接設備的正常運行帶來危害。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攤到限位支吊架和管道端點上，對管道和連接設備的危害將大大減小。限限 位位 裝裝 置置 限位裝置有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。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

19、使用條件的不同。限位剛吊用在有y向熱位移的吊點，用來限制吊點的向下熱位移。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，但實際工程中也用于有向上熱位移的吊點。此時，應特別注意在熱態(tài)時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，因而限位剛吊應用很普遍。在管系中，限位剛吊和管道端點構(gòu)成重力靜不定力系，它們的實際安裝載荷與設計安裝載荷往往存在較大的偏差，在安裝、調(diào)整支吊架載荷時，需要對限位剛吊的載荷進行實測調(diào)整，否則會對管道的

20、自重一次應力有不利影響。限位支架是限制支吊點水平位移的限位支吊架，可裝于水平管和立管上。導導 向向 裝裝 置置 導向裝置用于引導管道位移方向或要控制管道沿軸線轉(zhuǎn)動的地方，對于水平管道它一般承受管道的重量，而對于垂直管道它不承受管道的重量。 請注意，由于導向裝置引導管道按一定的方向移動，它同時就具有了限制管道角位移的作用；習慣上，我們將具有限制管道沿軸線方向運動的支架也稱為導向裝置。 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。作用作用導導 向向 裝裝 置置導向裝置有以下幾種典型的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)固固 定定 支支 架架 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

21、方。實際上它是限位裝置的一個特例。 它可用于承受管件的推力（如波形補償器），讓管系按較好的方式膨脹。作用作用固固 定定 支支 架架 固定支架的一種典型結(jié)構(gòu)如右圖。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)彈簧減振器彈簧減振器 減振器主要用用來承受動荷載，能有效控制管道任何頻率和任何振幅的振動和擺動，特別是低幅高頻振動。 它在一定程度上限制了管道正常的熱位移。作用作用種類種類 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它只能單方向起作用，這點要注意。 彈簧減振器彈簧減振器 彈簧預壓在減振器殼體內(nèi)，當管道無位移時，該預壓產(chǎn)生的預緊力由減振器內(nèi)部承受，不傳遞到管道上。當管道振動產(chǎn)生的振動力小于減

22、振器的預緊力則減振器呈剛性，如產(chǎn)生的振動力大于減振器的預緊力時，則管道將發(fā)生位移直至彈簧的反力與振動力相等。 由此可見，只要減振器的預緊力大于管道可能產(chǎn)生的振動力，就能消除管道的振動，反之則可以減少管道的振動。原理原理 彈簧減振器彈簧減振器 單彈簧減振器的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)液液 壓壓 阻阻 尼尼 器器 液壓阻尼器借助特殊設計的阻尼閥，對管道或設備的位移速度做出靈敏的反應，在管道或設備發(fā)生震（振）動時，在133Hz頻率范圍內(nèi)，阻尼器可以將直接作用在管道或設備上的沖擊力轉(zhuǎn)移到建筑結(jié)構(gòu)上去；在管道或設備正常工況下，液壓阻尼器允許管道或設備自由位移，不會給管道或設備帶來附加的 應力。作用作用 1、 功

23、能特性：功能特性： “剛?cè)嵯酀鷦側(cè)嵯酀弊枘崞鞯墓δ芴匦约皯脠龊献枘崞鞯墓δ芴匦约皯脠龊?“柔柔”-在管道處于正常工況下，它能適應管道由在管道處于正常工況下，它能適應管道由于熱脹冷縮引起的緩慢移動，而對管道幾于熱脹冷縮引起的緩慢移動，而對管道幾乎沒有阻尼。乎沒有阻尼。即：隨管道的緩慢移動而移即：隨管道的緩慢移動而移動動, ,而對管道產(chǎn)生的作用力很小（而對管道產(chǎn)生的作用力很?。?-2% % FN）阻尼器的功能特性及應用場合阻尼器的功能特性及應用場合抗振動時： “剛”為近似剛性l 受瞬間沖擊l 速度或加速度驟增l 達到V閉或限制加速度l以V閉后或限制加速度緩慢運動， 載荷達FNl達到緩沖、抗振之目的?？拱踩y排汽反力時： “剛”為等效剛性 l 安全閥啟跳、排汽l 速度（向下）驟增l 達到V閉或限制加速度l 閉鎖后速度V閉后=0，載荷達 到FNl 承受安全閥排汽引起的持續(xù) 推力，保護管道及設備。 阻尼器的功能特性及應用場合阻尼器的功能特性及應用場合 3、 阻尼器的應用場合阻尼器的應用場合 ：偶發(fā)的 沖擊的 載荷 系統(tǒng)內(nèi)部 系統(tǒng)外部：地震，風載，外來飛物 等。水錘、汽錘水錘、汽錘安全閥排汽安全閥排汽破管甩力破管甩力鍋爐