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(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?？刂乒艿勒駝拥闹У跫?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(shè)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(chǔ)。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(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，由于溫度升高而膨脹，支吊架的支吊點產(chǎn)生相應(yīng)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(yīng)力，大機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)，對設(shè)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(yīng)

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。可采用彈性彎曲和扭轉(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(shè)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(shè)計。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

9、衡。對用恒吊支承的管道和設(shè)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(shè)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(shè)備帶來附加應(yīng)力。因而不會給管道設(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。需要此類支承的地方。 當(dāng)管道系統(tǒng)內(nèi)某吊點的熱位移大于當(dāng)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(yīng)力及不

10、利的應(yīng)力轉(zhuǎn)移。以避免管道系統(tǒng)產(chǎn)生危險的彎曲應(yīng)力及不利的應(yīng)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(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

11、力共同作用下合力恒定的原理設(shè)計的，可以達(dá)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(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。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(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

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(dāng)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(dāng)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(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，它能適應(yīng)管道或設(shè)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(yīng)力計算允許的情況下，被設(shè)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(yán)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(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)時的載荷和位移值。這類彈簧支吊架在出廠前已按設(shè)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(jìn)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(dāng)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(yīng)力分布、減小管道對設(shè)備的推力和簡化管道支吊架的設(shè)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(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

17、設(shè)備要求的限定值，對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)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(yīng)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(yīng)力，使一些高應(yīng)力點的應(yīng)力

18、得以降低。如果需要限制管道對設(shè)備的推力，也可通過限位支吊架實現(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。管道重量偏離設(shè)計值，或支吊架載荷調(diào)整偏離設(shè)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(yīng)力的增加，也可能對連接設(shè)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?jǐn)偟较尬恢У跫芎凸艿蓝它c上，對管道和連接設(shè)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(yīng)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(yīng)力的大量增大。火力發(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構(gòu)成重力靜不定力系，它們的實際安裝載荷與設(shè)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(jìn)行實測調(diào)整，否則會對管道的

20、自重一次應(yīng)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(dǎo)導(dǎo) 向向 裝裝 置置 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(dǎo)向裝置引導(dǎo)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(xí)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(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。作用作用導(dǎo)導(dǎo) 向向 裝裝 置置導(dǎo)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(yù)壓在減振器殼體內(nèi)，當(dāng)管道無位移時，該預(yù)壓產(chǎn)生的預(yù)緊力由減振器內(nèi)部承受，不傳遞到管道上。當(dāng)管道振動產(chǎn)生的振動力小于減

22、振器的預(yù)緊力則減振器呈剛性，如產(chǎn)生的振動力大于減振器的預(yù)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(yù)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(shè)計的阻尼閥，對管道或設(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）動時，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，不會給管道或設(shè)備帶來附加的 應(yīng)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?yīng)用場合阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合 “柔柔”-在管道處于正常工況下，它能適應(yīng)管道由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，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?。ǘ鴮艿喇a(chǎn)生的作用力很小（1-2% % FN）阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合阻尼器的功能特性及應(yīng)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(dá)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(dá)FNl達(dá)到緩沖、抗振之目的。抗安全閥排汽反力時： “剛”為等效剛性 l 安全閥啟跳、排汽l 速度（向下）驟增l 達(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FNl 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)用場合阻尼器的功能特性及應(yīng)用場合 3、 阻尼器的應(yīng)用場合阻尼器的應(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、汽錘水錘、汽錘安全閥排汽安全閥排汽破管甩力破管甩力鍋爐