弹簧支吊架
第一节  弹簧支吊架的工作原理
当管道的支吊点有垂直方向的热位移时，如果采用刚性支吊架，对向上热位移的支吊点，热态荷重就会大幅度下降，甚至悬空不吃力；而对向下热位移的支吊点，不但承受上位移支吊架的转移荷重，而且要承受较大的限位作用产生的管道热胀推力或力矩。这时支吊架本身和管道应力（包括自重一次应力和热胀二次应力）产生相应的有害影响。因此，有垂直方向热位移的支吊点，除了专门设置的限位刚吊外，一般应选用弹属于支上架，弹簧支吊架便是其中一种。
在弹簧支吊架中，支吊架的荷重垂直直接与弹簧力相平衡，而弹簧力等地弹簧刚度与压缩值的乘积。当支吊点产生垂直方向的热位移时，弹簧压缩值也发生改变，支中架为荷重也就发生变化， 如能选择合适的弹簧，支中架荷重变化就会限制在某一允许范围之内，不会发生刚性支吊架那样荷重大幅度变化或完全不吃力的情况。
弹簧支吊架的设计，目前多数采用热态吊零方案，即管道在热态时，弹簧支吊架为荷重等于分配给该支吊架点的工作荷重。因此，管道在冷态时（安装状态），弹簧支吊架的荷 重（安装荷重）比工作荷重或大（上位移时）或小（下位移时）些。
弹簧的荷重和压缩值是有一定限度的。当单个弹簧不能满足热位移要求时，可以串联弹簧；当单个弹簧不能满足荷重要求时，可以并联弹簧。
弹簧支吊架工作中，有一定的荷重变化；热位移较大的支吊点，需串联多个弹簧，而串联数量是有限的。因此，对严格控制荷重变化和热位移很大的场合，弹簧支吊困将不能满足需要。但它具有结构简单的优点，所以应用还是非常广泛。
弹簧特性和工作范围
弹簧使用特性参数主要有允许压缩值、允许荷重和刚变。
弹簧压死时的压缩值（全压缩值或称极限压缩值）用Fb表示，对应的荷重（即极限荷重）和Po 表示。
为了避免弹簧支吊架成为刚性支吊架（弹簧压死）。或是空不吃力，并保证压缩值与荷重之间为线性关系，弹簧工作时，不允许压缩值过大或过小。
最大允许压缩值用Fmax表示，对应的最大允许荷重用Pmax表示。Fmax一般取（0.7~0.8）Fb，现行支吊架标准中，Fmax≈0.7Fb。
弹簧最小允许压缩值用Fmin表示，对应的最小值允许荷重用Pmin表示。Fmin一般取（0.2~0.3）Fb，现行支吊架标准中，Fmin ≈0.3Fb。
单位压缩值所需的力称为弹簧刚度，用P′表示。
P′=P/F=Pmax/Fmax=Pmin/Fmin（公斤/毫米）（2—1）
式中P为压缩力（应在Pmax 和Pmin范围之内）；
F为压缩值。
刚度的倒数称弹簧系数，用K表示（毫米/公斤）。
弹簧在工作过程中，管道由冷态到热态时的荷重变化另与支吊架工作荷重之比，称为荷重变化率，用C表示。
C=|ΔP|/Pgz=|Pgz-Paz|/Pgz=Pˊ·Δy/Pgz   (2—2)
式中：Pgz为支吊架工作荷重（公斤）；Paz为支吊架安装荷重（公斤）；Pˊ为弹簧刚度（公斤/毫米）；
Δy为支吊点垂直位移（毫米）。
按“汽水管道设计技术规定”，
C≤0.35（0.25）   （2—3）
有些国外机组，主要管道的C值取0.2~0.25。C了为越小，支吊架工作过程中荷重变化量就越小，弹簧支吊架就越接近恒力支吊架，有利改善管道应力和冷态设备推力，但弹簧允许范围就越窄，弹簧选用经济性也越差。
弹簧工作过程中，需要满足支吊架的工作荷重、安装荷重、荷重变化率的要求，和支吊点热位移的需要，因而弹簧的实际允许工作范围就受到相当的限制。下面详细分析一下满足上述要求时的弹簧工作范围。
弹簧规格和技术要求
弹性支吊架为弹簧已实现了标准化、系列化。
1975年7月版支吊架手册中的弹簧标准系列见表2—2。此系列弹簧足，在原苏联I类和II类弹簧基础上，为满足不断增大的荷重和热位移需要扩充而来的。因而系列繁杂，也不尽合理。此系列弹簧在1984年前投产的机组在广泛采用。
另一类弹簧系列，是1981年7月版为“汽水管道设计技术规定”中的弹簧系列。此弹簧系列在个别设计单位或一些小工程仍被采用。
现行弹簧标准，是1983年版“汽水管道支吊架设计手册”中的系列，见表2—3。此弹簧系列按最大压缩值分为两类。荷重范围宽，不但有较宽的大荷重范围，而且也有较宽的小荷重范围。荷重系列按等比原则确定，除了小荷重的1至5号弹簧采用约1.538系列比外，统一采用1.333系列比，荷重系列合理。
支吊架弹簧标准（1975年版）
表2-2
弹簧号	允许压缩值Fmax
(毫米)	允许荷重
Fmax
(公斤)	丝径
d
(毫米)	外径
DW
(毫米)	圈数
n	节距
t
(毫米)	自由高度
HO
(毫米)	刚度
P’
(公斤/毫米)	弹簧系数
K
(毫米/公斤)	展开长
l
(毫米)	重量
G
(公斤)							工作图	总图								1
2
3
4
5
6
7
8
9
10	140I类	97
197
292
514
815
1155
1526
2050
2420
3360	7
9
10
12
16
18
22
24
26
30	80
80
80
120
120
160
160
160
160
180	9
13
14
18
10
12
8
9
11
10	11
15
16
20
12
14
10
11
13
12	25.7
22.2
21.9
20.9
32.1
31.5
42.5
41.9
41.6
46.2	242
303
322
394
345
405
373
413
497
507	0.693
1.407
2.121
3.671
5.821
8.25
11.16
14.46
17.29
24.0	1.443
0.711
0.419
0.272
0.172
0.121
0.0896
0.0683
0.0579
0.0417	2540
3360
3540
4290
3950
4500
4360
4730
5510
5690	0.77
1.68
2.18
3.82
6.23
8.99
13
16.8
23
31.6		11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
	70
（II类）	97
197
292
514
815
1155
1562
2050
2040
3360	7
9
10
12
16
18
22
24
26
30	80
80
80
80
120
120
160
160
160
180	4.5
6.5
7
9
5
6
4
4.5
5.5
5	6.5
8.5
9
11
7
8
6
6.5
7.5
7	25.7
22.2
21.9
20.9
32.1
31.5
42.5
41.9
41.6
46.2	126
158
168
206
184
216
203
225
268
276	1.386
2.814
4.242
7.342
11.61

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