火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講座

1、火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講座座 武漢大學(xué) 劉尚慈 1概述概述n1.1 支吊架的作用 對汽水管道起著支承重量、平衡介質(zhì)反力、限對汽水管道起著支承重量、平衡介質(zhì)反力、限制位移和防止振動。制位移和防止振動。 管道支吊架的正常工作狀態(tài)保證了管系應(yīng)力符管道支吊架的正常工作狀態(tài)保證了管系應(yīng)力符合設(shè)計要求，從而使管道達到設(shè)計壽命。合設(shè)計要求，從而使管道達到設(shè)計壽命。1.2 支吊架的分類 承重類：支架、吊架承重類：支架、吊架 限位類：剛性吊架、導(dǎo)向支架、固定支座限位類：剛性吊架、導(dǎo)向支架、固定支座 減振類：減振器、阻尼器減振類：減振器、阻尼器 按結(jié)構(gòu)分類：彈簧支吊架、恒力吊架按結(jié)構(gòu)分

2、類：彈簧支吊架、恒力吊架1.3 支吊架的荷重1.3.1 支吊架荷重的組成支吊架荷重的組成管子重量；管件（閥門、三通、法蘭）重量；保溫層重量；管內(nèi)液態(tài)介質(zhì)重量；彈簧支吊架中彈簧的壓縮力（上熱位移的支吊點）；彈簧支吊架的轉(zhuǎn)移荷重；滑動支架的摩擦力；管道熱脹冷縮、冷緊產(chǎn)生的力或力矩；介質(zhì)排氣反力；地震力；室外管道所受風(fēng)雪載荷等。1.3.2 工作荷重、安裝荷重工作荷重、安裝荷重 工作荷重：管道熱態(tài)工作時支吊架的承載荷重 安裝荷重：管冷態(tài)時支吊架的承載荷重 結(jié)構(gòu)荷重：1.5倍工作荷重、作為過載及支吊架零件強度校核依據(jù)1.4 支吊點的熱位移及影響1.4.1 熱位移熱位移 管道由冷態(tài)到熱態(tài)時，由于熱膨脹使各

3、支吊點產(chǎn)生相應(yīng)的移動量。 上熱位移 下熱位移 水平熱移1.4.2 熱位移作用熱位移作用 設(shè)計參數(shù)之一，是支吊架設(shè)計選型依據(jù)之一； 冷緊，管道熱膨脹產(chǎn)生的約束力和力矩，由固定支架和限位支吊架承受。管系受到的熱脹應(yīng)力（二次應(yīng)力）是管道應(yīng)力驗算的要求之一。管系運行中由于種種原因產(chǎn)生的熱應(yīng)力明顯超過設(shè)計要求時，會減少管系壽命。為了減少管系的熱脹力，安裝時要進行冷緊。 對管道安裝及運行的影響 支吊點有水平方向的熱位移時，要采用滾珠（柱）盤等減小膨脹及收縮時的摩擦力及保證管道正常熱脹。 有水平方向熱位移的吊架，吊桿必須有足夠的長度，安裝時要適當(dāng)偏裝。選用恒力吊架時，上位移的支吊點采用轉(zhuǎn)動體下偏裝，下位移的

4、支吊點采用上偏裝。 運行中管道的熱位移量往往與設(shè)計熱位量不符、情況嚴重時會引起各支吊架設(shè)計工作荷載與實際工作荷載明顯不同；甚至一些支吊架發(fā)生脫空或卡死。選用彈簧支吊架時，過大超過設(shè)計值的下位移會使彈簧壓死，過大的上位移會使彈簧脫空。過大的上位移可能使恒力吊架脫載、過大的下位移會使恒力吊架轉(zhuǎn)動體卡死并過載。 安裝時冷緊量往往與設(shè)計值不符，這也是支吊點實際熱位移值與設(shè)計值不符的原因之一。1.4.3 對熱位移的監(jiān)督對熱位移的監(jiān)督 首次升溫時，檢查管道膨脹是否受阻； 管道熱位移較大，應(yīng)在測量方便處設(shè)置三向 位移指示器； 機組首次啟動前和啟動后蒸汽參數(shù)達額定后8h，以及停機后管壁降溫至接近環(huán)境溫度時各測

5、量一次三向位移值； 大修時在停機后（管壁溫度接近環(huán)境溫度時），以及啟動待蒸汽參數(shù)達額定后8h，各測量一次三向位移值。 當(dāng)各支吊點實際熱位移值與設(shè)計值相差太大，甚至引起有的支吊脫空或卡死、應(yīng)查明原因及時糾正。 必要時，建議測量各支吊點的熱位移。1.5 支吊架的間距 支吊架間距是保證管道的強度和防止過大變形的重要參數(shù)，它由管道的自重（包括保溫層重量）、剛度等確定。 水平管道的軸向一次應(yīng)力中，自重產(chǎn)生的軸向應(yīng)力占有較大的比例、且自重應(yīng)力與支吊架間距的平方成正比，立管中由自重產(chǎn)生的軸向應(yīng)力與吊架間距成正比。 設(shè)計中正確選擇支吊架間距不但保證管道的強度，而且使得各計算管段（如兩支吊之間的彎管可作為計算管

6、段）的一次應(yīng)力、一次二次應(yīng)力的數(shù)值相近。 運行中若有支吊架脫載，不但發(fā)生荷載的轉(zhuǎn)移、顯然支吊架間距也發(fā)生根本改變。按照DL/T5054-96火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定等。 管道的最大撓度2.62mm，均布荷載水平直管段的支吊架允許最大間距為： （m） 式中：Et材料設(shè)計溫度下的彈性模數(shù)，kN/mm2； I管子截面慣性矩，cm4； q管道單位長度自重，kN/m。qIELt2118. 0max 按照強度條件、均布荷載水平直管段的最大支吊架間距為： （m） 式中：w管子截面抗彎矩，cm3。 水平90彎管兩端支吊架的管段展開長度，不應(yīng)大于水平直管段上允許支吊架最大間距的0.73倍。 垂直管段上支吊

7、架的間距，可大于水平管段支吊架最大允許間距的數(shù)值。但不應(yīng)超過支吊架的允許荷重，同時還應(yīng)注意支吊架間距增大后，不致降低管道的穩(wěn)定性而引起管道震動。qwL4336. 0max 1.6 支吊架零部件 支吊架零部件分為管部、連接件、根部三部分。 單槽鋼吊架根部零件、吊桿應(yīng)通過槽鋼的抗彎中心，否則槽鋼不但受彎而且受扭。槽鋼彎曲中心e按下式計算（圖1）。 （cm） 式中：Jx槽鋼斷面對x軸的慣性矩，cm4； H、b、t槽鋼截面尺寸參數(shù)，cm；圖1xJtbHe422 滑動支架、導(dǎo)向支架的滑動面采用聚四氟乙烯塑料板，原火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計導(dǎo)則推薦選用滾珠盤或滾柱盤支架。 運行中滑動支架、導(dǎo)向支架可能發(fā)生卡澀

8、或脫空。2 彈簧支吊架彈簧支吊架 彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)見圖2。彈簧支吊架的荷重直接與彈簧力相平衡，即彈簧力F等于彈簧剛度與壓縮值的乘積。式中：F彈簧力（N）；n 剛度（N/mm）；n 彈簧壓縮值（mm）；n或 式中：K 彈簧系數(shù)（mm/N）。圖2 可變力彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)1底板；2殼體；3彈簧；4頂板；5指示板；6松緊螺母HFHHKF1/1n支吊架彈簧應(yīng)滿足以下要求：n（1）表面不應(yīng)有裂紋、折迭、分層等缺陷，彈簧材料應(yīng)滿足60Si2MnA鋼的技術(shù)要求；n（2）彈簧兩端應(yīng)有不少于3/4圈的拼緊圈，兩端應(yīng)磨平，磨平部分不少于3/4圈。n（3）彈簧規(guī)格（絲徑d、外徑D、自由高度H0、剛度系數(shù) 、彈簧系

9、數(shù)K、節(jié)距t、工作圈數(shù)、總?cè)?shù)、允許壓縮值或最大工作變形量 、允許荷重 等）應(yīng)符合要求，支吊架彈簧規(guī)格可查閱有關(guān)手冊。maxHmaxP2.1 彈簧選擇原則彈簧選擇原則（1）彈簧壓縮值在最大工作變形量 與最小工作變形量 之間。（2）彈簧的安裝荷載或工作荷載不超過彈簧允許荷重 。（3）串聯(lián)安裝，單個彈簧變形量不能滿足支吊點熱位量時采用，串聯(lián)安裝時每個彈簧的荷重相同、等于工作荷重。因此，串聯(lián)安裝時所選用的彈簧號相同的彈簧，其類別（即允許壓縮值或自由高度）可不同，串聯(lián)安裝時兩個彈簧的熱位移值按彈簧的最大允許荷載下變形量比例分配。（4）并聯(lián)安裝，單個彈簧不能滿足荷重要求或結(jié)構(gòu)上需要采用雙吊結(jié)構(gòu)時，選用并

10、聯(lián)安裝。此時各彈簧的工作荷重相同、熱位移也相同，并聯(lián)彈簧的型號完全相同。maxHminHmaxP2.2 彈簧吊架的故障彈簧吊架的故障n（1）脫開；n（2）壓死；n（3）壓偏；n（4）彈簧斷裂；n（5）規(guī)格型號與設(shè)計不符；n（6）彈簧壓縮高度與設(shè)計值相差過大。3 恒力吊架恒力吊架 彈簧吊架在工作中由于實際熱位移與設(shè)計不同、使得實際工作高度與設(shè)計工作高度不同時，其實際工作荷重與設(shè)計值不同。管道在起停過程中，支吊點的熱位移不斷變動、彈簧支吊架的實際工作荷載也變動。支吊點的熱位移很大時，彈簧吊架要多個串聯(lián)才能使用，而有時結(jié)構(gòu)上不允許。恒力吊架適合在熱位移值大，實際熱位移不能準確掌握，對荷重變化要求嚴格

11、時選用。在整個熱位移過程中恒力吊架荷重始終不變。 3.1 恒力吊架結(jié)構(gòu)及工作原理恒力吊架結(jié)構(gòu)及工作原理 典型恒力吊架結(jié)構(gòu)如圖3，它由固定框架12（外殼）、彈簧16、載荷調(diào)節(jié)器9、轉(zhuǎn)動體（回轉(zhuǎn)框架）10等組成。轉(zhuǎn)動體繞主軸1可以在外殼中轉(zhuǎn)動，外殼通過生根螺栓11與槽鋼吊架根部相聯(lián)結(jié)。轉(zhuǎn)動體的一端通過掛孔7與吊桿3及載荷螺栓6等聯(lián)結(jié)、吊桿可以沿掛孔轉(zhuǎn)動（通常轉(zhuǎn)動體有多個掛孔，分布在以主軸1為中心的同一輻射半徑上）。轉(zhuǎn)動體中有荷載調(diào)節(jié)器螺栓，彈簧力通過拉板13及拉桿螺栓15作用在載荷調(diào)節(jié)器9的調(diào)整螺栓中部位置。彈簧固定在外殼上，彈簧力由拉桿螺栓傳給拉板，二者之間活動聯(lián)結(jié)。 圖3 恒力吊架典型結(jié)構(gòu) 恒

12、力吊架的工作原理可由圖4的分析說明。圖中A為主軸1、B為掛孔位置、C為彈簧力作用在荷載調(diào)節(jié)螺栓上的位置（即拉板13與其交點）、D為彈簧座在外殼上的位置。 轉(zhuǎn)動體上荷載W、彈簧力F組成以主軸A為中心的二個力矩、工作時它們大小相同、反向相反。DCABFVSTRhDW圖4 恒力吊架工作原理分析圖 是荷載W對A軸的力臂，h是彈簧力F對A軸的力臂。h與T的關(guān)系如下得出：在ADC中，按正弦定理： （3-2） 又彈簧力 （3-3）式中：為彈簧剛度（N/mm），為彈簧壓縮值（mm），由以上3式可得： （3-4） 在結(jié)構(gòu)上可做到R=T，由圖3可見只要V=S即可。通常二者均為60，如果恒力吊架裝配時，使得，則工作

13、中仍然保持，可得： （3-5） 由（3-5）式可見工作荷重W與支吊架熱位移無關(guān)，而且保持不變。hFSinRABW ACSinDCDSinTADhSinD CDADACSinThHFCDSinTADACHSinRABWABADACW3.2 使用及安裝要點使用及安裝要點 轉(zhuǎn)動體工作時AB軸線與水平軸線夾角在30范圍之內(nèi)（分別由上下限位器限制），所以恒力吊架的允許熱位值等于AB（mm）值。當(dāng)支吊架熱位移向上時，轉(zhuǎn)動體（AB）采用下偏安裝，若熱位移向下時，采用上偏安裝。轉(zhuǎn)動體偏裝方式及安裝偏角應(yīng)按設(shè)計圖紙的要求，掛孔位置也應(yīng)按設(shè)計要求選用，荷重要求通過調(diào)整AC值達到。 恒力吊架的技術(shù)參數(shù)有：型號、荷重

14、范圍、允許熱位移、掛孔位置、彈簧號、尺寸參數(shù)（AC值、AD值）等。3.3 恒力吊架故障或失效要點恒力吊架故障或失效要點（1）設(shè)計與現(xiàn)場情況不符使得恒力吊架脫空（轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)至上30后被上限位器卡死）。（2）同1情況，恒力吊架卡死成為“剛吊”（轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)至下30后被下限位器卡死）。（3）掛孔位置安裝錯誤，不符合設(shè)計要求。（4）偏裝角與設(shè)計要求不符（上偏裝誤裝成下偏裝、下偏裝誤裝成上偏裝、偏裝角不符等）。（5）吊桿明顯偏斜。4 限位支吊架限位支吊架 彈簧支吊架與恒力吊架都不能承受管道的熱脹和冷縮力或力矩，對熱位移不能限制。大容量機組的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道長度大、使管道支吊點熱位移值也大幅度增加、大機

15、組爐外蒸汽管道管徑大、管壁厚、熱膨脹值又大，因此對設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮力或力矩也很大，旁路管道管系剛度較大（管線較短）、而與主管的接口處主管的熱位移較大，以上幾種情況就需要在管系的適當(dāng)位置采用限位支吊架。 限位支吊架限制一個或二個方向的線位移，而對管道角位移不加限制。有的限位支吊架，也承受管道荷重。 設(shè)置限位支吊架后，把管段分成若干個獨立管段，使熱位移下降。 采用限位支吊架可以降低管道的熱脹應(yīng)力（二次應(yīng)力），在一些高應(yīng)力點附近可以設(shè)置。 管系中采用一定數(shù)重的承重型限位支吊架，則管系發(fā)生荷重轉(zhuǎn)移時（安裝調(diào)整后仍偏離設(shè)計、運行中支吊架狀況不正常引起）不致使管道端點力或力矩過大，轉(zhuǎn)移的荷重將分攤

16、部分于限位支吊架上。這樣，對管道和被接設(shè)置危害將減小。 一般的固定支架、滑動支架、導(dǎo)向支架、剛性吊架，雖然也有限位功能，但不屬于專用限位支吊架。固定支架限制三個方向的線位移和角位移，即完全限位。一般的滑動支架和剛性吊架，用在y向熱位移為零的支吊點，沒有限位要求。4.1 限位導(dǎo)向支架限位導(dǎo)向支架 這是承重型限位支架，用于水平管道上，限位方向為y向向下和垂直于管道軸線的水平方向。但限位導(dǎo)向支架，不能限制管道角位移，只能用于允許管道水平面角位移為0.62的范圍。 限位導(dǎo)向支架多用水平布置的形補償器兩側(cè)，或用于軸向補償?shù)牟ㄐ窝a償器的兩側(cè)。4.2 限位剛性吊架限位剛性吊架 用于有y向下熱位移的吊點，限制吊點的向下熱位移。限位剛性吊架不但承重且承受較大的限位力，故吊桿直徑比一般剛性吊架大，使用中限位剛性吊架的實際工作荷重與設(shè)計工作荷重往往有很大的偏差，故