支吊架设计

支吊架设计（一）概述,汽水管道、烟风道设计都离不开支吊架设计。支吊架设计遵守的规范：GB/T 17116.1-1997 管道支吊架 第1部分：技术规范GB/T 17116.2-1997 管道支吊架 第2部分：管道连接部件GB/T 17116.3-1997 管道支吊架 第3部分：中间连接件和建筑结构连接件ANSI/MSS SP-58 美国国家标准 管道支吊架材料、设计和制造MSS SP-69 美国阀门和管件工业制造标准协会标准 管道支吊架选择和应用MSS SP-89 管道支吊架制作和安装实践,1.管道支吊架的功能,主要有三方面：承受管道荷载限制管道位移控制管道振动,1.1承受管道荷载,作用于管道上的荷载通常包括： 介质运行压力、自重、风、雪、地震、流动瞬变引起的冲击或振动等机械荷载，还包括管道热胀冷缩和管道端点附加位移等位移荷载及由于温度梯度或热冲击引起的热荷载。,上述荷载可分为静荷载和动荷载：静荷载是缓慢地、毫无振动地作用于管道上的荷载。又可分为永久荷载（恒荷载）和变化荷载（活荷载）。永久荷载的大小和位置与时间无关，或极为缓慢的变化，可忽略不计。 变化荷载则随时间变化，且变化与平均值相比不可忽略。如管道自重（包括阀门、管件及绝热层）、管内介质重力、内压（或外压）、其它持续荷载。热荷载如热膨胀受约束、稳定的温度梯度。动荷载是指随时间有迅速变化的荷载，如冲击力、地震、热冲击等。又称偶然荷载。如压力波动或冲击、受激扰（地震、管道破裂及流体排放等）。热荷载如不稳定和类稳定的温度梯度或热冲击。,恒力支吊架：用于承受管道自重荷载，且其承载力不随支吊点处管道垂直位移的变化而变化。变力弹簧支吊架：用于承受管道自重荷载，但其承载力随着支吊点处管道垂直位移的变化而变化。 荷载变化系数管道垂直位移（mm）弹簧刚度（N/mm）/工作荷载（N）100，对于主要管道，不宜大于25。刚性吊架：用于承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移。滑动支架：将管道支承在滑动底板上，用于承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移。滚动支吊架：将管道支承在滚动部件上，用于承受管道自重荷载并约束管系在支吊点处垂直位移。,1.2 限制管道位移,管道在各种荷载作用下都会产生不同程度的变形和位移。在管系中的适当位置设置限位装置，不仅是可能的，而且是必要的，关键是正确选定设置限位装置的位置和采用限位装置的型式。导向装置：用于引导管道沿预定方向位移而限制其它方向位移的装置。水平管承受管道自重。限位装置：用于约束或部分限制管系在支吊点处某一（几）个方向位移的装置。通常不承受管道自重。固定支架：将管系在支吊点处完全约束而不产生任何线位移和角位移的刚性装置。,1.3 控制管道振动,管道在动荷载作用下，会产生程度不同的摆动、振动或冲击。拉撑杆、支架、减震器、阻尼器。减振装置：用于控制管道低频高幅晃动或高频低幅振动，但对管系的热胀或冷缩有一定约束的装置。阻尼装置：用于承受管道地震荷载或冲击荷载，控制管系高速振动位移，同时允许管系自由热胀冷缩的装置。但不承受管道的自重。,2.管道支吊架类型,承重支吊架限位支吊装置控制振动装置,2.1 承重支吊架,以承受管道自重（包括管件、绝热保温层和管内流体等），简称支吊架。按承载结构与管道在空间的相对位置分为支架和吊架。按在管道垂直位移时其荷载的变化情况可分为恒力支吊架（用于管道垂直位移较大或需要限制转移荷载的地方）、变力支吊架（用于管道垂直位移不太大的地方）和刚性支吊架（用于管道无垂直位移或垂直位移很小且允许约束的地方）。,2.2 限位支吊装置,以限制和约束因热胀引起管系自由位移。按其是否承受管系荷重分为限位支吊架和限位装置。按其限位特性分为限位装置（用于管系中需要限制某一方向或某些方向位移的地方，不承受管系重量）、导向支架（用于引导管道位移或需要控制管道沿轴线转动的地方，水平管道承受荷重，垂直管道不承受荷重）和固定支架（用于管道上不允许管道有任何方向的平移和转动）。,2.3 控制振动装置,用于制止管道摆动、振动或冲击。分为减振装置（用于需要控制持续性的流体振动的地方）和阻尼装置（用于需要控制冲击性的流体振动和地震激扰的地方，如主汽门快速关闭、安全阀排放、水锤等冲击激扰和地震激扰的管系振动）。,3.管道支吊架的构成,管部中间部件根部组成,3.1 管部,直接安装在管子上的部件。按其对管道的支承方式分为悬吊式（用于吊架）、支承式（用于支架或带横担吊架）和拉撑式（用于限位装置和振动控制装置）。按其同管道的连接方式分为焊接式（一般用于介质参数不高的管道）和夹持式（推荐普遍采用的型式）。按其所连接管道的形状位置分为水平管道、垂直管道（立管）和弯头（管）。垂直管道的管部结构或用于限制管道轴向位移的双臂管部结构，设计时应考虑由于管道和支吊架的位移引起偏心受载，所以在管部的任一悬臂上应能承受该支吊架的全部荷载。,3.2 功能件,用于实现管道支吊装置主要功能的核心部件。承重支吊架中的恒力弹簧组件、变力弹簧组件；限位支吊装置中的拉撑杆；振动控制装置中的减震器、阻尼器。,将管道支吊装置固定到承载结构上的部件。.辅助钢结构有梁、立柱和构架，最常用的有悬臂梁、简支梁和三角架。,3.3 根部,用于连接管部结构与功能件、连接功能件与根部结构或连接管部结构与根部结构的部件。吊架吊杆的最小直径为10mm，且限于DN50的管道上使用。对于DN65的管子，吊杆直径不得小于12mm。吊杆需配有调节垂直高度的部件，以满足必要的安装调节量。,3.4 连接件,近似水平布置的管道应控制一定的支吊架间距，以保证管道不产生过大的挠度、弯曲应力和剪切应力，特别要考虑管道上如法兰、阀门等部件集中荷载的作用。垂直管道支吊架也应控制间距，防止管道由于各种荷载组合作用而产生过应力。,4.支吊架间距,12. 具有下列情况之一的关断阀，制造厂如不带旁同阀时，宜装设旁通阀,（管规P.59）强度条件：应控制管道自重产生的弯曲应力，使管道的持续外载当量应力在允许范围内。刚度条件：应控制管道自重产生的弯曲挠度，使管道在安全范围内使用并能正常疏、放水。,4.1 水平直管道的支吊架间距,4.2 在水平管道方向改变处，两支吊点之间的管子展开长度不应超过水平直管支吊架间距的0.73，其中一个支吊架宜尽量靠近弯管或弯头的起弯点。4.3 垂直管道也宜设置适当数量的管道侧向约束装置，以防止管道侧向振动。,5. 支吊架布置,5.1设备接口附近的支吊架间距和型式，除要符合管道的强度、刚度和防振要求外，还应使设备接口所承受的管道最大推力和力矩在运行范围内，且不应限制设备接口位移。5.2在靠近集中荷载（如阀门、三通等）处宜布置支吊架。5.3装设波纹管补偿器和套筒补偿器的管道，应根据管道补偿需要和补偿器性能，设置固定支架和导向装置，将管道热位移正确引导到补偿器处，并应满足补偿器制造厂的要求。,5.4安全阀排汽管道的自重和排汽反力应由支吊架承受，对于开式排放系统，当阀管上不设支吊架时，应对安全阀进出口接管和法兰进行强度核算。5.5在形补偿器两侧适当位置宜设置导向装置。5.6当设备接口承受过大的管道推力或力矩时，如装设限位装置，其位置及限位方向应通过计算确定。5.7垂直管道穿过各层楼板和屋顶时，在空洞周围应有防水措施，穿过屋顶的管道应装设防雨罩。室外管道吊架的拉杆，在穿过保温层处应装设防雨罩，以防雨水进入保温层。,6. 支吊架的调整,安装时需调整支吊架吊杆长度使管系处于冷态位置。在安装压缩量下把弹簧锁死按冷位移值调整支吊架至冷态位置，注意冷紧,7. 对失重的处理,调整支吊架跨距给定荷载（适于弹吊）,8. 对设备端点的推力和力矩超载的处理,检查端点附加位移是否正确当同一个力的分量冷、热态的代数差值超过时，说明管道的柔度不够。调整冷、热态值的比例时，改变冷紧比。当垂直推力大时，调整端点相邻的支吊架荷重当水平推力大时，离开一定距离后设限位当力矩过大时，分析力矩方向，设相反力矩的限位,支吊架设计（二）管道支吊架荷载,支吊架应能承受管道和相关设备在可能出现的各种工况下所施加的静荷载和动荷载。支吊架的荷载绝大部分是管道荷载传递给它的。但也有支吊架自身的重量、摩擦力等。,支吊架荷载分为静荷载、动荷载和偶然荷载,永久荷载：在支吊结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载。（如管子重量、保温重量和支吊架自重）变化荷载（活荷载）：在支吊结构使用期间，其值随时间变化，且变化值与平均值相比不可忽略的荷载。（如流体重量、荷重分配和管道挠性补偿器荷载、风荷载、雪荷载）偶然荷载（动荷载）：在支吊结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间较短的荷载。（如管道排汽反力、流体锤引起的瞬态作用力、地震引起的荷载）,支吊架设计应考虑的荷载（不限于）：,管子、阀门、管件及绝热层的重力；支吊架零部件的重力；若输送介质较轻，则考虑水压试验或管路清洗时的介质重力；管道中柔性管件（如波形膨胀节、滑动伸缩节、柔性金属软管等）由于内部压力产生的作用力；支吊架约束管道位移（包括热胀、冷缩、冷紧、自拉和端点附加位移）所承受的约束反力和力矩；,雪荷载；风荷载；正常运行时，由于种种原因引起的管道振动力；管内流体动量瞬时突变（如流体锤）引起的瞬态作用力；流体排放产生的反力；地震引起的荷载,支吊架设计应考虑的荷载（不限于）：,1.1管道荷重：管子重量、流体重量、保温重量 1.2荷重分配。注意荷重的分配，应尽量使管系的自重应力分布较为均匀。吊零分配法、静力平衡法、简支梁法。,1.管道荷重及其分配,2.支吊架自重3.管道挠性补偿器荷载,4.支吊架摩擦力,钢与钢摩擦 0.3钢与聚四氟乙烯0.2聚四氟乙烯之间0.1钢与钢滚动摩擦0.1吊架 0.1,5. 管道排汽反力6. 闭式排放、开式排放 7. 风荷载 8. 雪荷载,支吊架设计（三）管道的位移和限制,1. 影响管道变形位移的因素管道自重 一般向下，有时向上支吊架附加反力 支吊架附加反力是指管道由一个状态变到另一个状态时支吊力的改变量。通常所说的支吊架附加反力是指弹簧组件的附加反力。管道端点附加位移 管道端点通常是指管道与设备的连接点。管道热胀冷缩 管道冷紧,2.管道的状态线,设计线 不考虑任何因素作用的状态线安装线 考虑管道疏水坡度的坡切和冷紧的割短（或加长），是管道安装时（冷紧前）的实际位置线冷态线 管道冷紧后，机组启动前的管道位置线 。冷态线是以安装线为基准，考虑管道自重、支吊架在冷态的附加力和冷紧引起管道变形位移的叠加。热态线 管道在工作状态下的位置线。热态线是以安装线为基准，考虑管道自重、支吊架在工作状态的附加反力、管道热位移、端点附加位移和有效冷紧位移引起管道变形位移的叠加。,3.管道热位移计算,“”表示从冷态到热态向上位移；“”表示从冷态到热态向下位移。近似计算法：忽略管道系统弹性对变形位移的影响；忽略非计算的热位移方向的管段热膨胀对计算方向位移量的影响；忽略管道系统三个方向热膨胀线位移引起管段的角位移；忽略支吊架附加力对管道变形位移的影响。,4.管道位移对支吊架荷载的影响,管道位移对吊架吊杆的影响 当生根点至吊点之间的距离一定时，管道水平位移越大，拉杆的偏斜角也越大；当拉杆的偏斜角控制在一定值时，则管道水平位移越大，就要求生根点至吊点之间的距离也越大。GB/T17116.1管道支吊架中规定：刚性吊架吊杆与垂线之间夹角不超过3o；弹性吊架吊杆与垂线之间夹角不超过4o。如果不能满足，应采取措施。管道位移对刚性吊架的影响 刚性吊架的设置应充分注意水平位移对拉杆荷载的影响；在吊架设计中应尽量设法将拉杆偏斜角和拉杆荷载增量限制在相当小的比值内。,管道位移对变力弹簧吊架的影响管道位移对恒力弹簧吊架的影响管道位移对根部结构的影响,偏装就是支吊架的根部与管部相对偏移一定水平距离安装，以减少支吊点水平位移对支吊架的影响。根部偏装、管部偏装。,5.支吊架的偏装,调整管系的应力分布 用于限制管系弹性转移的限位装置，一般装设在管道刚性明显变化的交界点附近，并且在刚性大的那一管段上，限制刚性大的管道朝刚性小的管段方向的热位移。减小管系对设备的推力 简化管道及其支吊架的设计限位支吊架和导向装置在预定约束方向上的冷态间隙一般不应超过2mm。对于在管道径向两侧约束的限位装置和导向装置，其冷态间隙还应计及管道径向热膨胀量。,6.限位装置在管系中的作用,7. 支吊架组装图注意的问题,支吊架荷重、冷位移及热位移值、弹簧号、弹簧安装预压缩值等是否