关键词：管道应力；弹簧支吊架；应用；安装
引言弹簧支吊架作为热力管道及设备的一种有效的支撑形式，在电力、炼油和化工及工业生产中被广泛应用，如何做好弹簧支吊架的应力设计，保障管道满足应力的相关要求，提高管道使用效果，成为其应用技术的核心和关键。
1管道应力分类
管道承受内压力和持续外载产生的应力称为一次应力，通常内力与施加的负荷是成正比例关系的，内力会随着外力负荷的增大而增加，一旦极限增加到超出负载极限可控范围时，一次应力超过极限，管道极易发生无限塑性流动导致管道爆裂或断裂。因此，为了使管道不产生塑性流动，必须对一次应力进行分析并合理控制；管道由于热胀、冷缩位移作用产生的应力称为二次应力，当管道在受热或制冷等约束条件下会收到一定限制，从而产生二次应力阻力约束。二次应力的变化与荷载的大小变化没有关系，如果二次应力超过了极限，管道就会产生有限的塑性变形，引起钢管内部结构的损伤，时间久了，塑性重复往返变形也会引起管道损坏。因此，也要对二次应力进行安定性分析，合理控制，防止其发生塑性变形。除此之外，在管道某些结构不连续部位，也会产生应力集中，叫做峰值应力。因为应力集中的区域受到周围弹性区域的约束，峰值应力一旦超过极限，虽然不会导致塑性变形，但循环变化的峰值应力会引起钢管内部结构的损伤，致使管道疲劳损坏。比如在弯头、三通和折角等处的应力，一般都属于峰值应力。因此要根据允许的疲劳次数对峰值应力进行疲劳分析，合理控制峰值应力的大小。
2管道应力分析和计算
2.1应力分析。当出现管道布置不合理或者受力计算不正确时，会引起管道或支架破坏等一系列问题，运行过程中由于管道应力出现事故时有发生，对整个管网系统和设备运行带来较大安全隐患。通过对管道系统的受力分析与计算，保证管道具有较好的柔性，为整个管道系统和设备的安全可靠、高效平稳运行提供技术支持。所以管道设计后首先要对管道进行应力分析，特别是对于脆弱材料和冷箱管道衬里要深入细致的分析。施加在管道上的外部荷载包括动态和静态两种，两种荷载方式施加管道后会产生不同的响应，即便静载荷和动载荷相同时也会产生不同的应力对抗。需要根据具体情况进行具体分析。一是静力分析。首先计算管道在负荷压力下主应力并设置合理的管道应力值，以免变形和损坏;其次要分析和统计管道在热胀冷缩位移约束条件下产生的二次应力并设置科学的应力可控范围，以免管道损坏；最后要分析管道对设备的影响是否在设备承受范围之内，以免设备损坏。二是动力分析。要分析管道的固有频率来获得管道共振频率;分析管道强制振动响应来有效控制管道应力;分析往复式压缩机的压力脉动和列频，设置科学的压力脉动值来避免出现气柱共振问题。
2.2应力计算。管道应力计算是通过对管道的力矩、应力以及由内压力、外部荷载和热胀冷缩引起的力等指标的计算，对管道的结构尺寸进行确定，并采取适当的补偿措施，使设计的管道不仅经济合理，运行也能够安全可靠。在对管道应力进行计算时，要考率管道内的流体压力也就是内压力；考虑外部荷载，主要是管道的自重，包括管道、流体和保温结构的重量或室外管道的风雪、地震载荷等；由于管道热胀冷缩所产生的应力。计算时要包括选定或校核钢管壁厚、确定活动支座的最大允许间距、分析固定支座受力情况和计算其受力大小、管道的热伸长度、确定补偿器的结构尺寸和它的弹性力等几个关键方面。只有加强对管道的受力分析和研究，为管道的正常运行提供准确的理论依据和参考数据，科学合理的设计管道敷设，才能为整个管道系统可靠安全运行提供保障。
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3弹簧支吊架概述
3.1弹簧支吊架作用。管道设计中管道支撑点产生垂直位移较大时，当管道位移向上会造成支架脱空失去承载功能，荷载也会增大管道的一次应力，当管道位移向下时支撑点会产生较大的热应力从而对管道和支吊架以及邻近的设备造成一定影响，应该使用弹簧支吊架释放热应力，通过弹簧平衡调整荷载满足设备管口的应用荷载要求。
3.2管架的布置选择。管道主要应力因管道内部压力和外部负荷而产生，尺寸和效果受管道和管道管件的截面载荷影响。管道应力过大会损坏管道。管架的设置与管道主要应力关系密切，通过设置管架的位置、形式可以调整管道应力。管道的二次应力因为管道变形产生正应力或剪应力,不直接与外力平衡，选择合适的支吊架能满足管道系统变形需要，并且能较好的限制其在一个方向上的管道位移来降低设备和管道受力。
4弹簧支吊架应用分析
弹簧支吊架是一种可变力承重支吊架，管道运行过程中处于冷热交替状态，弹簧支吊架的附加力及其不平衡的重量会受到影响。管道的垂直位移越大，荷载的变化率就越大，可变弹簧支吊架只适用于管道垂直位移不太大的情况。管道支撑点的垂直位移使支撑点脱空或荷载过大导致一、二次应力影响管道，就要在垂直管道支撑点设计弹簧支吊架来减少受到的作用力，来保证整个管系的安全平稳运行。弹簧性能直接影响管道受力状态，工作区域内的弹簧应尽可能保持恒定。弹簧力变化贯穿着整个操作循环中，通过位移、冷态荷载及弹簧的刚度计算弹簧的热态荷载，完成弹簧的选择。弹簧支吊架装配要严格按照设计要求，安装完毕试压完成拔出定位装置正常工作。为确保管子不因位移过大掉下管架，管架设计要统筹考虑弹簧支吊架位置的水平位移,一般会限制弹簧吊在4°范围内。管道在支撑点同时产生横向位移会由于摩擦力作用导致弹簧倾斜或失稳，一旦水平位移较大就采用带滚轮荷重板或带聚四氟乙烯荷重板弹簧支架,在偏置位置安装支架减小其在冷态和热态位置时支架垂直作用线偏差。有水平位移的弹簧必要时采用加长托板或偏装措施控制水平位移处于合理范围。
5弹簧支吊架的串并联
吊架的弹簧提升点产生较大位移造成单个弹簧不能满足要求时可将弹簧串联使用，使用的弹簧最大载荷要相同，能有效利用每个弹簧的承载能力，但变量弹簧系列控制稳定性差应用串联不能超过3个，串联时不能使用恒力弹簧吊架。可以根据设计要求并联使用可变弹簧和恒力弹簧。需要注意的是，当管道支撑点上的负载超过标准弹簧支撑吊架的最大允许负载时，最好使用两个或多个同一类型的弹簧吊架并行支撑，确保弹簧支撑力的均匀和稳定性。
6结语 弹簧支吊架的科学选择和正确安装，才能保证管道系统的安全稳定运行。管道设计时要清晰了解弹簧支吊架的特点、弹簧参数等，做好应力分析和设计，通过科学设定弹簧安装、工作载荷、弹簧刚度，提高管道设计的科学性和合理性，对管道系统在各种工况下的平衡性进行改善，提高管道使用的安全性和高效性。
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论文作者:王振兴
论文发表刊物:《城镇建设》2019年20期
论文发表时间:2019/12/9
标签：管道论文; 应力论文; 弹簧论文; 吊架论文; 位移论文; 荷载论文; 塑性论文; 《城镇建设》2019年20期论文;