管道應(yīng)力分析報(bào)告概述

1、管道應(yīng)力分析概述CAESARI軟件介紹CAESARI管道應(yīng)力分析軟件是由美國 COAD公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析 專業(yè)軟件。它既可以分析計(jì)算靜態(tài)分析，也可進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。CAESARI向用戶提供完備的國際上的通用管道設(shè)計(jì)規(guī)范， 使用方便快捷。交互式數(shù)據(jù)輸入圖形輸 出，使用戶可直觀查看模型（單線、線框，實(shí)體圖）強(qiáng)大的3D計(jì)算結(jié)果圖形分析功能，豐富的約束類型，對邊界條件提供最廣泛的支撐類型選擇、膨脹節(jié)庫和法蘭庫，并且允許用戶擴(kuò)展自己的庫。鋼結(jié)構(gòu)建模，并提供多種鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫.結(jié)構(gòu)模型可以同管道模型合并，統(tǒng)一分析膨脹節(jié)可通過標(biāo)準(zhǔn)庫選取自動(dòng)建模、冷 緊單元/彎頭，三通應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIF）的計(jì)算、交互式的

2、列表編輯輸入格式用 戶控制和選擇的程序運(yùn)行方式，用戶可定義各種工況。一、管道應(yīng)力分析的原則管道應(yīng)力分析應(yīng)保證管道在設(shè)計(jì)條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹冷 縮、管道支承或端點(diǎn)附加位移造成應(yīng)力問題。二、管道應(yīng)力分析的主要內(nèi)容管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動(dòng)力分析。靜力分析包括：1 ）壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算一一防止塑性變形破壞；2）管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)算一一 防止疲勞破壞；3）管道對設(shè)備作用力的計(jì)算一一防止作用力太大，保證設(shè)備正常運(yùn)行；4）管道支吊架的受力計(jì)算一一為支吊架設(shè)計(jì)提供依據(jù)；5）管道上法蘭的受力計(jì)算一一防止法蘭匯漏。動(dòng)力分析包括：l ）管

3、道自振頻率分析防止管道系統(tǒng)共振；2）管道強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)分析一一控制管道振動(dòng)及應(yīng)力；3） 往復(fù)壓縮機(jī)（泵）氣（液）柱頻率分析 防止氣柱共振；4） 往復(fù)壓縮機(jī)（泵）壓力脈動(dòng)分析控制壓力脈動(dòng)值。三、管道上可能承受的荷載（1）重力荷載：包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；（2）壓力荷載：壓力載荷包括內(nèi)壓力和外壓力；（3）位移荷載：位移載荷包括管道熱脹冷縮位移、端點(diǎn)附加位移、支承沉 降等；（4）風(fēng)荷載；（5）地震荷載；（6）瞬變流沖擊荷載：如 安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時(shí)的壓力沖擊：（7）兩相流脈動(dòng)荷載；（8）壓力脈動(dòng)荷載：如往復(fù)壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；（9）機(jī)械振動(dòng)荷載：如回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)。四

4、、管道應(yīng)力分析的目的1）為了使管道和管件內(nèi)的應(yīng)力不超過許用應(yīng)力值；2）為了使與管系相連的設(shè)備的管口荷載在制造商或國際規(guī)范（如 NEMA SM-23 API-610、API-6 17等）規(guī)定的許用范圍內(nèi)；3） 為了使與管系相連的設(shè)備管口的局部應(yīng)力在ASME VIII的允許范圍內(nèi);4）為了計(jì)算管系中支架和約束的設(shè)計(jì)荷載；5）為了進(jìn)行操作工況碰撞檢查而確定管于的位移;6）為了優(yōu)化管系設(shè)計(jì)。五、管道柔性設(shè)計(jì)方法的確定一般說來，下述管系必須利用應(yīng)力分析軟件（如 CAESARI ）通過計(jì)算機(jī)進(jìn) 行計(jì)算及分析。1） 與貯罐相連的，公稱管徑12”及以上且設(shè)計(jì)溫度在100度及上的管線；2）離心式壓縮機(jī)（API

5、617 ）及往復(fù)式壓縮機(jī)（API 618 ）的3”及以上的 進(jìn)、出口管線：3）蒸汽透平（NAME SM23的入口、出口和抽提管線；4）泵（API 610）公稱管徑4”及以上且溫度100度及以上或溫度-20 度及以下的吸入。排出管線；5） 空冷器（API 661） 公稱管徑6”及以上且溫度120度及以上的進(jìn)、 出口管線；6） 加熱爐（API 560 ）與管口相連的6”及以上和溫度200度及以上 的管線；7）相當(dāng)長的直管，如界區(qū)外的管廊上的管線；8）法蘭處的泄漏會(huì)造成重大危險(xiǎn)的管線，如氧氣管線、環(huán)氧乙烷管線等。9）公稱管徑4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管線；六、摩擦系數(shù)的確定除非

6、另有規(guī)定，在進(jìn)行管道柔性分析時(shí)摩擦系數(shù)應(yīng)作如下考慮：滑動(dòng)支架：鋼對鋼0.3不銹鋼對聚四氟乙烯0.1聚四氟乙烯對聚四氟乙烯0.08鋼對混凝土 0.6滾動(dòng)支架：鋼對鋼(滾珠)0.3鋼對鋼(滾柱)0.3注：滾珠沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)采用滑動(dòng)摩擦系數(shù).七、管道柔性設(shè)計(jì)管道柔性是反映管道變形難易程度的一個(gè)物理概念， 表示管道通過自身變形 吸收熱脹、冷縮和其它位移變形的能力。進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在保證管道具有足 夠的柔性來吸收位移應(yīng)變的前提下，使管道的長度盡可能短或投資盡可能少。在 管道柔性設(shè)計(jì)中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應(yīng)考慮管道端點(diǎn)的附加位移。 設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用下列一種或幾種措施來增加管道的柔性：(1)

7、改變管道的走向；(2) 選用波形補(bǔ)償器、套管式補(bǔ)償器或球形補(bǔ)償器；(3) 選用彈性支吊架。八、管道柔性設(shè)計(jì)的目的管道柔性設(shè)計(jì)的目的是保證管道在設(shè)計(jì)條件下具有足夠的柔性，防止管道回?zé)崦浝淇s、端點(diǎn)附加位移、管道支承設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蛟斐上铝袉栴}；(1) 管道應(yīng)力過大引起金屬疲勞和(或)管道推力過大造成支架破壞；(2) 管道連接處產(chǎn)生泄漏；(3) 管道推力或力矩過大，使與其相連接的設(shè)備產(chǎn)生過大的應(yīng)力或變形， 影響設(shè)備正常運(yùn)行。九、應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)柔性設(shè)計(jì)的管道(1) 進(jìn)出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；(2) 進(jìn)出汽輪機(jī)的蒸汽管道；(3) 進(jìn)出離心壓縮機(jī)，透平鼓風(fēng)機(jī)的工藝管道；(4) 進(jìn)出離心分離機(jī)的工藝管道；

8、(5) 進(jìn)出高溫反應(yīng)器的管道；(6) 溫度超過400C的管道；(7) 利用圖表或其他簡化法初步分析后，表明需要進(jìn)一步詳細(xì)分析的管道:(8) 與有受力要求的其他設(shè)備相連的管道十、管道柔性設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的內(nèi)容(1) 輸入數(shù)據(jù)；(2) 各節(jié)點(diǎn)的位移和轉(zhuǎn)角；(3) 各約束點(diǎn)的力和力矩；(4) 各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力；(5) 二次應(yīng)力最大值的節(jié)點(diǎn)號(hào)、應(yīng)力值和許用應(yīng)力范圍值；(6) 彈簧參數(shù)表。十一、管道柔性設(shè)計(jì)合格的標(biāo)準(zhǔn)(1) 管道上各點(diǎn)的二次應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力范圍；(2) 管道對設(shè)備管口的推力和力矩應(yīng)在允許的范圍內(nèi)；（3）管道的最大位移量應(yīng)能滿足管道布置的要求。十二、冷緊問題冷緊是指在安裝時(shí)（冷態(tài)）使管道產(chǎn)生一

9、個(gè)初位移和初應(yīng)力的一種方法。如果熱脹產(chǎn)生的初應(yīng)力較大時(shí)，在運(yùn)行初期，初始應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度 而發(fā)生塑性變形，或在高溫持續(xù)作用下，管道上產(chǎn)生應(yīng)力松弛或發(fā)生蠕變現(xiàn)象， 在管道重新回到冷態(tài)時(shí)，則產(chǎn)生反方向的應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為自冷緊。冷緊的目的是將管道的熱應(yīng)變一部分集中在冷態(tài)， 從而降低管道在熱態(tài)卜的 熱脹應(yīng)力和對端點(diǎn)的推力和力矩， 也可防止法蘭連接處彎矩過大而發(fā)生泄漏。 但 冷緊不改變熱脹應(yīng)力范圍。冷緊比為冷緊值與全補(bǔ)償量的比值。通常應(yīng)盡量避免采用冷緊，在必須采用冷緊的情況下，要遵循下列原則：為了降低管道運(yùn)行初期在工作狀態(tài)下的應(yīng)力和管道對連接設(shè)備或固定點(diǎn) 的推力、力矩以及位移量，可以采用冷緊，但

10、冷緊不能降低管道的應(yīng)力范圍；對于材料在蠕變條件下（碳鋼 380度以上，低合金鋼和高鉻鋼420度以 上）工作的管道進(jìn)行冷緊時(shí)，冷緊比（亦即冷緊值與全補(bǔ)償量的比值）應(yīng)不小于0.7。對于材料在非蠕變條件下工作的管道，冷緊比它取0.5。對冷緊有效系數(shù)，熱態(tài)取 2/3，冷態(tài)取1。對連接轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的管道，不宜采用冷緊。與敏感設(shè)備相連的管道不宜采用冷緊。因?yàn)橛捎谑┕ふ`差使得冷緊量難于控制，另一方面，在管道安裝完成要將與敏感設(shè)備管口相連的管法蘭卸開，以檢查該法蘭與設(shè)備法蘭的同軸度和平行度，如果采用冷緊將無法進(jìn)行這一檢查。十三、帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)類型（1）單式鉸鏈型膨脹節(jié)，由一個(gè) 波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，

11、用于吸收單 平面角位移；（2）單式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，由一個(gè)波紋管及萬向環(huán)、銷軸和鉸鏈組成， 能吸收多平面角位移；（3）復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個(gè)波紋管及拉桿組成，能吸 收多平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；（4）復(fù)式鉸鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個(gè)波紋管及銷軸和鉸鏈板組 成，能吸收單平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；（5）復(fù)式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個(gè)波紋管及銷軸和鉸鏈 板組成，能吸收互相垂直的兩個(gè)平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；（6）彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，由一個(gè)工作波紋管或用中間管連接的兩個(gè)工 作波紋管及一個(gè)平衡波紋管構(gòu)成，工作波紋管與平衡波紋管間裝有彎頭或

12、三通， 平衡波紋管一端有 封頭并承受管道內(nèi)壓，工作波紋管和平衡波紋管外端間裝有拉桿。 此種膨脹節(jié)能吸收軸向位 移和/或橫向位移。拉桿能約束波紋管壓力推力。常用于管道方向改變處；（7）直管壓力平衡型膨脹節(jié)，一般由位于兩端的兩個(gè)工作波紋管及有效面 積等于二倍工作波紋管有效面積、位于中間的一個(gè)平衡波紋管組成，兩套拉桿分別將每一個(gè)工作波 紋管與平衡波紋管相互連接起來。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移。拉桿能約束波紋管壓力推力。帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)的共同特點(diǎn)是管道的內(nèi)壓推力（俗稱盲板力）沒有作用于固定點(diǎn)或限位點(diǎn)外，而是由約束波紋膨脹節(jié)用的金屬部件承受。十四、對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備允許推力的限制管道對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的允許推力和

13、力矩就由制造廠提出，當(dāng)制造廠無數(shù)據(jù)時(shí)，可 按下列規(guī)定進(jìn)行核算：（1）單列、中心線安裝、兩點(diǎn)支承的離心泵，其允許推力和力矩應(yīng)符合API610 規(guī)定；（2）尺寸較小的非冷凝式通用汽輪機(jī)，蒸汽管道對汽輪機(jī)接管法蘭的最大 允許推力和力矩應(yīng)符合NEMA SM2的規(guī)定。（3） 離心壓縮機(jī)的管道對壓縮機(jī)接管法蘭的最大允許推力和力矩應(yīng)取NEMASM23規(guī)定值的1.85倍。十五、熱膨脹量（初位移）的確定（I ）封頭中心管口熱膨脹量的計(jì)算封頭中心管口只有一個(gè)方向的熱膨脹， 即垂直方向，考慮到從分欽塔固定點(diǎn) 至封頭中心管口之間可能存在操作溫度和材質(zhì)的變化，故總膨脹量按下式計(jì)算；（2）封頭斜插管口熱膨脹量的計(jì)算封頭斜

14、插管口有兩個(gè)方向的熱膨脹，即垂直方向和水平方向的熱膨脹，垂直 方向的熱膨脹量計(jì)算同式，水平方向的熱膨脹量按下式計(jì)算：（3）上部筒體徑向管口有兩個(gè)方向的熱膨脹，即垂直方向和水平方向的熱 膨脹，垂直方向的熱膨脹量計(jì)算同式，水平方向的熱膨脹量按下式計(jì)算：十六、管道設(shè)計(jì)中可能遇到的振動(dòng)（l ）往復(fù)式壓縮機(jī)及往復(fù)泵進(jìn)出日管道的振動(dòng)；（2）兩相流管道呈柱塞流時(shí)的振動(dòng)；（3）水錘：（4）安全閥排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)；（5）風(fēng)載荷、地震載荷引起的振動(dòng)。十七、往復(fù)壓縮機(jī)、泵的管道振動(dòng)分析的內(nèi)容振動(dòng)分析應(yīng)包括：（1）氣（液）柱固有頻率分析，使其避開激振力的頻率；（2）壓力脈動(dòng)不均勻度分析，采用設(shè)置緩沖器或孔板等脈動(dòng)抑

15、制措施，將 壓力不均勻度控制在允許范圍內(nèi)：（3）管系結(jié)構(gòu)振動(dòng)固有頻率、振動(dòng)及各節(jié)點(diǎn)的振幅及動(dòng)應(yīng)力分析，通過設(shè) 置防振支架優(yōu)化管道布置，消除過大管道振動(dòng)。十八、共振當(dāng)作用在系統(tǒng)上的激振力頻率等于或接近系統(tǒng)的因有頻率時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)的振幅會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為共振。往復(fù)泵管道設(shè)計(jì)中可能引發(fā)共振的因素有： 管道布置出現(xiàn)共振管長：緩沖器 和管徑設(shè)計(jì)不當(dāng)造成流體固有頻率與激振頻率重疊導(dǎo)致氣（液）柱共振；支承型式設(shè)置不當(dāng)，轉(zhuǎn)彎過多等造成管系機(jī)械振動(dòng)固有頻率與激振力頻率重疊。要避免發(fā)生共振，應(yīng)使氣（液）柱固有頻率、管系的結(jié)構(gòu)固有頻率與激振力頻率錯(cuò)開。 管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)分析，合理設(shè)置緩沖器，避開共振管長，盡

16、可能減少彎頭， 合理設(shè)置支架。十九、管道支吊架的類型管道支吊架可分為三大類：承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。承重支吊架可分為：剛性支吊架、可調(diào)剛性支吊架、彈簧支吊架和恒力支吊 架。限制性支吊架可分為：固定支架、限位支架和導(dǎo)向支架。防振支架可分為：減振器和阻尼器。二十、管道支吊架選用的原則（1） 在選用管道支吊架時(shí)，應(yīng)按照支承點(diǎn)所承受的荷載大小和方向、 管道 的位移情況、工作溫度是否保溫式保冷、管道的材質(zhì)等條件選用合適的支吊架：（2）設(shè)計(jì)管道支吊架時(shí)，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)管卡、管托和管吊；（2）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省鋼材，且制作簡單，施 工方例，因此，除下列情況外，應(yīng)盡量采用焊

17、接型的管插和管吊；l ）管內(nèi)介質(zhì)溫度等于或大于400度的碳素鋼材質(zhì)的管道；2）低溫管道；3）合金鋼材質(zhì)的管道：4）生產(chǎn)中需要經(jīng)常拆卸檢修的管道；二十一、管道支吊架的作用第一：承受管道的重量荷載（包括自重、介質(zhì)重等）；第二：起限位作用，陰止管道發(fā)生非預(yù)期方向的位移；第三：控制振動(dòng)，用來控制擺動(dòng)、振動(dòng)或沖擊。固定架限制了三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的角位移；導(dǎo)向架限制了兩個(gè)方向的線位移；支托架（或單向止推架）限制了一個(gè)方向的線位移。二十二、吊架剛度恒力彈簧支吊架的剛度理論上為零：剛性支吊架的剛度理論上為無窮大；可變彈簧支吊架的剛度等于彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的力。二十三、恒力和可變彈簧支吊架在應(yīng)用上的

18、限制恒力彈簧支吊架適用于垂直位移量較大或受力要求荷刻的場合，避免冷熱態(tài)受力變化太大，導(dǎo)致設(shè)備受力或管系應(yīng)力超標(biāo)。恒力彈簧的恒定度應(yīng)小于或等 6%以保證支吊點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)，支承力的變化很小?？勺儚椈蛇m用于支承點(diǎn)有垂直位移，用剛性支承會(huì)脫空或造成過大熱脹推力 的場合。與恒力彈簧相比，使用可變彈簧會(huì)造成一定的荷載轉(zhuǎn)移， 為防止過大的 荷載轉(zhuǎn)移，可變彈簧的荷載變化彎應(yīng)小于或等于 25%二十四、設(shè)計(jì)振動(dòng)管道支架時(shí)，應(yīng)注意下列問題（1）支架應(yīng)采用防振管卡；（2）支架間距應(yīng)經(jīng)過振動(dòng)分析后確定；（3）支架結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應(yīng)有足夠的剛度；（4）宜設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，盡量避免生根在廠房的梁柱上；（5）當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)溫度較高

19、，產(chǎn)生熱脹時(shí)，應(yīng)滿足柔性分析的要求；（6）支架應(yīng)盡量沿地面設(shè)置。二十五、管道支吊架位置的確定（1）應(yīng)滿足管道最大允許跨度的要求；（2）當(dāng)有集中載荷時(shí)，支架應(yīng)布置在靠近集中載荷的地方，以減少偏心載 荷和彎曲應(yīng)力；（3）在敏感的設(shè)備（泵、壓縮機(jī)）附近，應(yīng)設(shè)置支架，以防止設(shè)備嘴于承 受過的管道荷載；（4）往復(fù)式壓縮機(jī)的吸入或排出管道以及其它有強(qiáng)烈振動(dòng)的管道，直單獨(dú) 設(shè)置支架，（支架生根于地面的管墩或管架上），以避免將振動(dòng)傳遞到建筑物上；（5）除振動(dòng)管道外，應(yīng)盡可能利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支架的上根 點(diǎn)，且應(yīng)考慮生根點(diǎn)所能承受的荷載，生根點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)能滿足生根件的要求。（6）對于復(fù)盡可能的管道，尤其

20、是需要作詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算的管道，尚應(yīng)根據(jù) 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果調(diào)整（7）管道支吊架應(yīng)設(shè)在不妨礙管道與設(shè)備的連接和檢修的部位；（8）管道支吊架應(yīng)設(shè)在彎管和大直徑三通式分支管附近；（9）安全泄壓裝置出口管道應(yīng)根據(jù)需要，考慮是否設(shè)置支架。二十六、設(shè)置管道固定點(diǎn)應(yīng)考慮下列問題（I ）對于復(fù)雜管道可用固定點(diǎn)將其劃分成幾個(gè)形狀較為簡單的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等以便進(jìn)行分析計(jì)算：（2）確定管道固定點(diǎn)位置時(shí)，使其有利于兩固定點(diǎn)間管段的自然補(bǔ)償；（3）選用II形補(bǔ)償器時(shí)，宜將其設(shè)置在兩固定點(diǎn)的中部；（4）固定點(diǎn)直靠近需要限制分支管位移的地方；（5）固定點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在需要承受管道振動(dòng)、沖擊載荷或需要限制管道多方向

21、位移的地方。（6）作用于管道中固定點(diǎn)的載荷，應(yīng)考慮其兩側(cè)各滑動(dòng)支架的磨擦反力；（7）進(jìn)出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，它在裝置分界人設(shè)固 定點(diǎn)。二十七、壓縮機(jī)進(jìn)出口管道支架設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）往復(fù)式壓縮機(jī)的吸入和排出管道上的管架（或管墩）宜與建、構(gòu)筑物 基礎(chǔ)脫開；不宜在樓板和平臺(tái)上生根，當(dāng)設(shè)計(jì)獨(dú)立的管架（或管墩）時(shí)，第一個(gè) 支架應(yīng)靠近壓縮機(jī)；（2）往復(fù)式壓縮機(jī)吸入和排出管道支架（或管墩）的高度應(yīng)盡可能低，以 便于管道的支承；（2）往復(fù)式壓縮機(jī)的管道抑振管架，宜設(shè)在管道集中荷載處、管道拐彎、 分支以及標(biāo)高有變化處；（3）由于離心式壓縮機(jī)吸入和排出管口一般均向下， 機(jī)體熱膨脹及管道熱 膨脹均向下

22、，因此，管道支架宜采用彈簧支架或彈簧吊架。二十八、泵管道支架設(shè)置要點(diǎn)各類泵嘴均有荷載限制，支架設(shè)置時(shí)應(yīng)考慮這一因素。（1）在靠近泵的管段上設(shè)置支，吊架或彈簧支吊架；（2）泵出口嘴垂直向上時(shí)，在距泵最近拐彎處，于泵基礎(chǔ)以外的位置設(shè)置 支架；也可在泵嘴正上方的拐彎處設(shè)吊架：（3）對大型機(jī)泵的高溫進(jìn)出口管道，為減輕泵嘴受力而設(shè)置的支架，應(yīng)盡 量使約束點(diǎn)和泵嘴之間的相對熱伸縮量最?。唬?）泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上設(shè)置可調(diào)支架，也可采用吊架 或彈簧吊架；（5）為防止往復(fù)泵管道的脈動(dòng)，應(yīng)縮短管道支架之間的距離，盡量采用管 卡型支架，不宜采用吊架（6）泵的管道為常溫時(shí)，應(yīng)在泵嘴最近處設(shè)固定支架或?qū)?/p>

23、向架；（7）泵附屬小管道盡量成組布置，以便安裝支架；（8）末經(jīng)泵制造廠許可，不得在泵底座上安裝支架。二十九、彈簧支吊架設(shè)計(jì)1，可變彈簧支吊架設(shè)計(jì)基礎(chǔ)當(dāng)管子移動(dòng)時(shí)，彈簧載荷稍微發(fā)生變化，但從應(yīng)力的觀點(diǎn)看：當(dāng)管于從冷態(tài) 變化到熱態(tài)時(shí)，彈簧載荷有一些變化是允許的。一個(gè)預(yù)設(shè)在某個(gè)位置的可變彈簧 支吊架，在管子運(yùn)動(dòng)的全過程都對管子提供支承。 當(dāng)管于向上移動(dòng)時(shí)，彈簧支吊 架上的承重板上移，允許彈簧伸長，因而降低彈簧作用在管子上的載荷； 當(dāng)管子 向下移動(dòng)時(shí)，彈簧支吊架上的承重板也下移，使彈簧壓縮，因而使彈簧作用在管 子上的載荷增大。彈簧支吊架設(shè)計(jì)的目的是選擇一個(gè)符合下列要求的彈簧： 當(dāng)管子從冷態(tài)（安裝狀態(tài)）

24、變化到熱態(tài)（操作狀態(tài)）后，彈簧提供必要的 重力載荷支撐以平衡管系。 從冷態(tài)到熱態(tài)的總位移在允許的范圍內(nèi)。 當(dāng)彈簧載荷從冷載荷變化到熱載荷時(shí)，不會(huì)在管系中造成過大的膨脹應(yīng)力。因?yàn)楫?dāng)管于從冷態(tài)到熱態(tài)時(shí)，可變彈簧支吊架的載荷是變化的，并且彈簧支 吊架設(shè)計(jì)的一個(gè)目的是提供必要的重量支撐載荷以平衡在熱態(tài)位置的管系， 因而 有必要用不平衡的“冷態(tài)載荷”來安裝彈簧支吊架。2 載荷變化率在某些情況下，管道規(guī)范推薦通過限制載荷變化率為 10%或 25%來使彈簧載 荷的變化為最小。因?yàn)闊釕B(tài)載荷和熱位移取決于管系的結(jié)構(gòu)， 所以一個(gè)彈簧支吊 架的可變性只能通過改變彈簧剛度來控制。大多數(shù)制造商對于每個(gè)載荷值提供三 種（

25、或更多）不同彈簧剛度的彈簧，分別推薦用于短程。中程和長程的位移。因 為在一個(gè)給定載荷值下的所有彈簧，在它們的全部行程中支承相同的載荷變化， 通常長程彈簧的剛度（及其載荷變化率）是中程彈簧的一半，而后者又是短程彈 簧的一半。3 彈簧選型表彈簧是從彈簧表中選出來的。彈簧表顯示了每一號(hào)彈簧在工作范圍內(nèi)的負(fù)載 能力，以及每一號(hào)的短、中、長程彈簧的彈簧剛度。在已知熱態(tài)載荷、熱位移和 變化率的條件下，從表中選擇彈簧的步驟為： 計(jì)算最大許用彈簧剛度； 在彈簧表的各列中找到熱態(tài)載荷，來確定彈簧載荷的大小； 針對載荷大小，選擇彈簧剛度小于或等于上面計(jì)算值的彈簧系列； 計(jì)算冷態(tài)載荷并確認(rèn)冷態(tài)載荷也落在彈簧的工作范

26、圍內(nèi)； 如果不能滿足條件，換相同號(hào)碼的不同彈簧系列或鄰近號(hào)的彈簧再試。4彈簧設(shè)計(jì)過程一約束重量，熱態(tài)吊零及其它上面描述的過程都是假設(shè)彈簧選型所需的熱態(tài)載荷和熱位移已知，但是工程師怎樣來計(jì)算熱態(tài)載荷和熱位移呢？整個(gè)彈簧支吊架設(shè)計(jì)的步驟如下所述。 利用標(biāo)準(zhǔn)跨距原理來選擇管架位置。假設(shè)在這點(diǎn)有一個(gè)剛性丫向約束，然后進(jìn)行重量載荷分析。這種分析稱為“約束-重量”分析。在這一分析中，分布在每個(gè)約束上的重 量載荷將被作為彈簧選型時(shí)的熱態(tài)載荷。 其次，從管架位置除去約束，進(jìn)行熱膨脹分析。這種分析稱為“自由 - 熱態(tài)”分析。每個(gè)支架位置的熱態(tài)位移將被作為彈簧選擇時(shí)的熱位移。（注意： 由于管系中可能有非線性約束的

27、影響，CAESARII進(jìn)行的不是一個(gè)真正的“自由- 熱態(tài)”工況分析，而是一個(gè)“彈簧位移下的操作”工況分析，它包括熱態(tài)載荷、 重量載荷和在約束重量作用下的彈簧熱態(tài)載荷。因?yàn)楣芟档闹亓枯d荷和彈簧熱態(tài) 載荷基本上相互抵消，這樣有效地造成一個(gè)只有熱態(tài)的工況， 而不考慮非線性作 用。） 利用從約束-重量計(jì)算得出的熱態(tài)載荷和自由-熱態(tài)得到的位移，對每個(gè) 點(diǎn)從上述彈簧表中選擇一個(gè)彈簧，利用彈簧剛度來確定安裝所需冷態(tài)載荷 （預(yù)置 的彈簧載荷）。 通過在每個(gè)彈簧作用點(diǎn)增加一個(gè)剛度等于彈簧剛度的約束并且通過增加彈簧預(yù)置載荷（冷態(tài)載荷）作為在持續(xù)載荷工況起作用的力來調(diào)整模型以反映彈 簧的存在，然后重新分析所有載荷工

28、況以獲得彈簧真實(shí)存在時(shí)的效應(yīng)。只要用戶在管系中指定彈簧，上述四個(gè)步驟（除了確定彈簧支吊架的位置）將由CAESARll 自動(dòng)完成。5彈簧支吊架設(shè)計(jì)說明1）如果內(nèi)裝比重小于1.0的液體管系需要作水壓試驗(yàn)，通常在水壓試驗(yàn)期 間彈簧支吊架的定位塊不應(yīng)拆除，所選用的彈簧零部件（管卡、吊桿等）和支架結(jié)構(gòu)必須能夠承受水壓試驗(yàn)載荷，而水壓試驗(yàn)載荷通常應(yīng)作為這些支架的控制載 荷。2）在指定彈簧支吊架的熱態(tài)和冷態(tài)載荷時(shí)，附加零部件的預(yù)期重量應(yīng)加到 CAESARII的計(jì)算載荷上，特別是：當(dāng)認(rèn)為這些重量很重要時(shí)（如在大管卡或由型鋼制成的吊架組件的情況），彈簧必須同時(shí)支承零部件；如果在定義彈簧參數(shù) 時(shí)沒有考慮這點(diǎn)，管系

29、的重量載荷將由于彈簧零部件的重量而造成不平衡。3） 為了保證管子不至于運(yùn)動(dòng)太大而從管架上掉下來，在設(shè)計(jì)管架時(shí)必須考 慮彈簧支吊架位置的水平位移，另外，彈簧制造商往往限制彈簧吊在一個(gè) 6度的 范圍內(nèi)。當(dāng)水平位移特別大時(shí)，建議將支架安裝在偏置的位置以減小在冷態(tài)和熱 態(tài)位置時(shí)支架垂直作用線的偏差。4） 在由于不平衡冷態(tài)載荷造成的法蘭配合問題使得安裝有困難時(shí)，最好在 現(xiàn)場調(diào)整彈簧以考慮一旦系統(tǒng)開車后的熱態(tài)載荷。在管口操作載荷不是主要因素， 而法蘭配合問題是關(guān)心的主要問題時(shí)， CAESARI可以提供冷態(tài)載荷設(shè)計(jì)，其中 在冷態(tài)工況，而不是在熱態(tài)工況平衡重量載荷。5）CAESARII提供同時(shí)計(jì)算彈簧的“理論

30、”和“實(shí)際”冷態(tài)載荷的選項(xiàng)。 理論冷態(tài)載荷是彈簧在安裝前必須被預(yù)置的載荷（通常這個(gè)工作在制造廠做，彈 簧被定位塊銷住在這個(gè)載荷值）。只要在這個(gè)位置沒有垂直位移，這就是彈簧將 在冷態(tài)工況施加給管系的載荷。因?yàn)榕c管系的重量載荷相比，冷態(tài)載荷幾乎總是 不平衡的，在冷態(tài)工況下管系的這個(gè)位置將存在凈載荷。如果這個(gè)凈載荷較大， 或管系的柔性較大，管系將在這個(gè)載荷作用下產(chǎn)生位移，造成彈簧伸長或壓縮， 相應(yīng)引起彈簧讀數(shù)的變化。彈簧載荷的新讀數(shù)就是 CAESAR I計(jì)算的“實(shí)際”冷 態(tài)載荷，或更簡單地說：“理論”冷態(tài)載荷就是在彈簧的制造廠訂貨單中指定的 冷態(tài)載荷，而“實(shí)際”冷態(tài)載荷是在定位塊被從初始安裝位置拉起

31、后彈簧載荷的 讀數(shù)。如果在冷態(tài)位置調(diào)整或檢驗(yàn)彈簧，或在安裝位置而不是在工廠設(shè)定彈簧的 冷態(tài)載荷時(shí)，實(shí)際安裝載荷工況是很重要的。6） 過多地使用彈簧將造成由于缺少約束剛度而使管系動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定 （低自然 頻率）。這些管系本質(zhì)上沒有水平支架，而有很小的垂直剛度以限制 丫方向的位 移。注意：恒力彈簧支吊架對管系沒有動(dòng)態(tài)影響。7） 由于管系的不平衡部分將會(huì)以其它管架為軸而旋轉(zhuǎn)，在約束一重量情況 下選定的彈簧位置可能實(shí)際上影響管子向下運(yùn)動(dòng)。CAESARI在分析過程中用警告來指出這些位置，并在輸出報(bào)告的彈簧表中將它們列為恒力彈簧支吊架。當(dāng)發(fā)生上述情況時(shí)，應(yīng)除去這些肇事彈簧或考慮鄰近的管架位置。8）當(dāng)在同一個(gè)問

32、題中存在冷緊和彈簧設(shè)計(jì)時(shí)，有一些特殊規(guī)定是要考慮的。 在約束-重量情況下忽略冷緊，而在操作工況包括冷緊以計(jì)算彈簧位移。實(shí)際安裝工況應(yīng)考慮冷緊以便確定存在冷緊時(shí)的彈簧安裝設(shè)置。 用戶有責(zé)任證實(shí)在實(shí)際 安裝工況下的位移應(yīng)在制造商建議的載荷范圍內(nèi)。 通常只是當(dāng)在立管上有很大的 冷緊而鄰近又有一個(gè)或多個(gè)彈簧支吊架時(shí)會(huì)有問題。9）在充滿液體的管線中，彈簧支吊架通常是在管系空的時(shí)候安裝。 在這種 情況下有必要忽略“實(shí)際”冷態(tài)載荷，在某些情況下最好在現(xiàn)場調(diào)整彈簧支吊架 來負(fù)擔(dān)一旦管系充液的冷態(tài)載荷。6. CAESARI彈簧支吊架設(shè)計(jì)控制及選項(xiàng)CAESARII為用戶進(jìn)行自動(dòng)彈簧設(shè)計(jì)時(shí)提供了很多選項(xiàng)。這些控制選

33、項(xiàng)可能 在很大程度上適用于整個(gè)管系，或者部分管系。這些選項(xiàng)在CAESARII用戶手冊中有詳盡描述，這里重點(diǎn)講解幾個(gè)選項(xiàng)。實(shí)際冷態(tài)載荷計(jì)算一一這一點(diǎn)在上面已經(jīng)詳細(xì)描述了。如果存在下面的情況,用戶應(yīng)定義YESl ）當(dāng)管子被彈簧支吊架支承并能夠自由垂直移動(dòng)的情況下要調(diào)整彈簧的安 裝載荷（亦即：在彈簧支吊架底板和承重板周圍設(shè)有鋼帶以防止承重法蘭在彈簧 冷態(tài)位置調(diào)整時(shí)發(fā)生移動(dòng)）。2）彈簧附近的管系柔性非常大和/或者彈簧的剛度非常大。3）對于充液的管系，彈簧在管系全空時(shí)安裝及設(shè)置，用戶希望知道空的安 裝載荷。采用短程彈簧一一CAESARII的彈簧設(shè)計(jì)法首先試圖選擇使用短程彈簧，接 著是中程彈簧，然后才是長

34、程彈簧。在某些施工現(xiàn)場，短程彈簧被認(rèn)為是特殊件。 只有當(dāng)已有的彈簧安裝間隙很小且從冷態(tài)到熱態(tài)彈簧的行程很小時(shí)才使用。在這些情況下，用戶可以指定設(shè)計(jì)法不考慮短程彈簧（而以中程彈簧開始），除非空 間限制要求這樣。許用載荷變化率 當(dāng)熱態(tài)載荷小于冷態(tài)載荷時(shí)， 固化在彈簧表建議范圍內(nèi) 的最大可能載荷變化率接近100%,而當(dāng)熱態(tài)載荷大于冷態(tài)載荷時(shí)大約為 50%。 一般的許用載荷變化率是10% 25%用戶可以通過在一個(gè)點(diǎn)指定一個(gè)極小的載 荷變化率來設(shè)計(jì)一個(gè)恒力彈簧支吊架。剛性支架位移標(biāo)準(zhǔn)一一為了經(jīng)濟(jì)（采購、安裝及維護(hù)）及防振。一般剛性支 架比彈簧支吊架更好。因此，當(dāng)可以在某個(gè)位置選擇剛性支架來代替彈簧支吊架 時(shí)，工程師通常希望這種情況發(fā)生。 彈簧支吊架的定義是：“通過熱位移來支承 給定載荷的約束”。如果熱位移為零或非常小，那么可以假定用剛性支架來代替 彈簧。假如周圍的管于與剛性吊桿相比相對較柔時(shí)，這的確是正確的。在某種程度上可以用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來控制剛性支架的選擇。 在操作工況下計(jì)算彈簧處的垂直位 移小于給定剛性支架位移標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，都可以選擇剛性支架并作用在其后的工況。注 意：在泵或其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備的附近或者在立管上的彈簧支吊架位置可