裝配式支吊架的選用及設(shè)置有哪些
首先要考慮滿足工藝要求，還要考慮設(shè)備、支吊架及其組成件的受力狀況，以保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)。支吊架應(yīng)力分析是涉及多學(xué)科的綜合技術(shù)，是管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在管道應(yīng)力分析過(guò)程中，正確設(shè)置支吊架是一項(xiàng)重要的工作。支吊架選型得當(dāng)，布置合理，所設(shè)計(jì)的管系不僅美觀，而且經(jīng)濟(jì)安全。
一、作用：裝配式支吊架主要有以下幾個(gè)方面的作用。
(1)承受管道的重量荷載(包括自重、充水重、保溫重等)。
(2)阻止管道發(fā)生非預(yù)期方向的位移。
(3)控制擺動(dòng)、振動(dòng)或沖擊。
二、位置及類型：
裝配式支吊架的位置及其類型對(duì)已定管系的受力狀態(tài)的影響很大，主要有兩個(gè)方面。
(1)對(duì)管系的應(yīng)力分布狀態(tài)、最大應(yīng)力值、管系的端點(diǎn)作用力和力矩有影響，因?yàn)檫@種管系端點(diǎn)的荷載將會(huì)傳遞到與該管端相聯(lián)接的設(shè)備上。因此，支吊架設(shè)置得當(dāng)，能改善管系中的應(yīng)力分布和端點(diǎn)受力以及力矩狀況。因此，管系的柔性不但受到管系形狀的影響，也受到所選定支吊架位置和類型的影響。
(2)支吊架的設(shè)置非常靈活，可變化的范圍較大。成品支吊架的位置、數(shù)量和形式選擇往往因人而異。對(duì)同一個(gè)管系存在著多種支吊架設(shè)置方案，不同的設(shè)置形式將反映出不同的應(yīng)力分布，應(yīng)力值及端點(diǎn)受力。因此，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，為使管系具有足夠的柔性，除了應(yīng)注意管系走向和形狀外，支架位置和型式也是相當(dāng)重要的。
(3)間距：支吊架間距尤其是水平管道的承重支吊架間距不得超過(guò)管道的允許跨距，以控制其撓度不超限。一般連續(xù)敷設(shè)的管道允許跨距應(yīng)按三跨連續(xù)梁承受均布荷載時(shí)的剛度條件計(jì)算，按強(qiáng)度條件校驗(yàn)，取剛度條件決定的跨距和強(qiáng)度條件決定的跨距中兩者的小值。
(4)柔性：盡量利用管道的自支承作用，少設(shè)置或不設(shè)置支架。要利用管系的自然補(bǔ)償能力合理分配支吊架點(diǎn)和選擇支吊架類型。
(5)位移：有管托的管道縱向位移不得超過(guò)管托的長(zhǎng)度;管托長(zhǎng)度應(yīng)留足余量，并排敷設(shè)的管道橫向位移不得影響相鄰管道。
(6)生根條件：必須具備生根條件的支吊架一般可生根在地面、設(shè)備或建構(gòu)筑物上。
(7)類型：
a、支吊架從限制性可分為3類：固定架、導(dǎo)向架和支托架(或單向止推架)。
b、支吊架從力學(xué)性能又可分為剛性支架和彈性支架。
(8)剛性支架從理論上說(shuō)，剛性支架的剛度為無(wú)窮大，在外力荷載的作用下沒(méi)有變形，一般用在無(wú)垂直位移的地方。
(9)彈性支架彈簧都具有一定的剛度，在外力荷載的作用下可以變形(位移)。成品支吊架在彈簧工作范圍內(nèi)，管道有小的變形過(guò)程時(shí)，不會(huì)完全失去其分配荷載，從而控制荷載轉(zhuǎn)移量。彈簧支吊架一般用于管段在垂直方向有熱位移的場(chǎng)所，引起管道支點(diǎn)的變位，若該支點(diǎn)為剛性支吊架，將會(huì)妨礙管段的變位，或使管段脫離支吊架，致使管道產(chǎn)生過(guò)大的力和應(yīng)力。如果采用聚氨酯管托、管吊則不會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。
彈簧支吊架分為兩大類：可變彈簧支吊架和恒力彈簧支。
(1)可變彈簧支吊架的特性是當(dāng)管系在垂直方向發(fā)生位移后彈簧壓縮或伸長(zhǎng)，支點(diǎn)受力發(fā)生變化，管系在支點(diǎn)處的荷載將重新分配給附近支點(diǎn)，一般常指定其荷載變化率范圍為25%。荷載變化率=|工作載荷-安裝載荷-工作載荷×100≤25%。當(dāng)可變彈簧無(wú)法滿足荷載變化率》25%之要求時(shí)，即可選用恒力彈簧支吊架。
(2)恒力彈簧支吊架是管系上下(垂直)位移時(shí)，其荷載不變，即它的荷載變化率在理論上為零，此類支吊架適用于垂直位移量較大的管系，或者荷載變化率要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。對(duì)用恒力彈簧吊架支承的管道和設(shè)備，在發(fā)生位移時(shí)，亦可獲得恒定的支承力，因而不會(huì)給管道和設(shè)備帶來(lái)附加的力和應(yīng)力?？杀苊夤艿老到y(tǒng)產(chǎn)生不利的力轉(zhuǎn)移，以保證管道及設(shè)備正常運(yùn)行。
三、位置:確定裝配式支吊架位置有以下要點(diǎn)。
(1)滿足管道最大允許跨度的要求。
(2)在有集中荷載時(shí)，支架要布置在靠近荷載的地方，以減少偏心荷載和彎曲應(yīng)力。
(3)在敏感設(shè)備(泵、壓縮機(jī)等)附近，應(yīng)設(shè)置支架，以防管道荷載作用于設(shè)備管嘴。
(4)往復(fù)式壓縮機(jī)的吸入或排出管道以及其他有強(qiáng)烈振動(dòng)的管道，宜單獨(dú)設(shè)置支架，支架生根于地面上的管墩、管架上并與建筑物隔離，以避免將振動(dòng)傳遞到建筑物上。
(5)除振動(dòng)的管道外，應(yīng)盡可能利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支架的生根點(diǎn)，且應(yīng)考慮生根點(diǎn)所能承受的荷載，生根點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)能滿足生根件的要求。
(6)對(duì)于復(fù)雜的管道，尤其是需要作詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算的管道，還應(yīng)根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果調(diào)整其支吊架的位置。
(7)應(yīng)設(shè)在不妨礙管道與設(shè)備的連接和檢修的部位。
(8)應(yīng)設(shè)在彎管和大直徑三通式分支管附近。
(9)安全泄壓裝置出口管道應(yīng)根據(jù)需要，考慮是否設(shè)置支架。
四、選用原則：
(1)選用裝配式支吊架時(shí)，應(yīng)按照支承點(diǎn)所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷以及管道的材質(zhì)等條件選用合適的支吊架。
(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)管托、管卡、管吊。焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托吊節(jié)省鋼材且制作簡(jiǎn)單和施工方便。因此，除下列情況外，應(yīng)盡量采用焊接型的管托和管吊：
a、管內(nèi)介質(zhì)溫度≥400℃的碳素鋼材質(zhì)的管道;
b、低溫管道;
c、合金鋼材質(zhì)的管道;
d、生產(chǎn)中需要經(jīng)常拆卸檢修的管道;
e、架空敷設(shè)且不易施工焊接的管道;
f、非金屬襯里管道。
(3)防止管道過(guò)大的橫向位移和可能承受的沖擊荷載，以保證管道只沿著軸向位移，一般在下列條件的管道上設(shè)置導(dǎo)向管托：
a、安全閥出口的高速放空管道和可能產(chǎn)生振動(dòng)的兩相流管道;
b、橫向位移過(guò)大影響鄰近管道;
c、固定支架之間的距離過(guò)長(zhǎng)，可能產(chǎn)生橫向不穩(wěn)定時(shí);
d、為防止法蘭和活接頭泄漏而要求不宜發(fā)生過(guò)大橫向位移的管道。
(4)熱脹量超過(guò)100mm的架空敷設(shè)管道應(yīng)選用加長(zhǎng)管托，以免管托落到管橋梁下。
(5)支架生根在鋼質(zhì)設(shè)備上，若設(shè)備需熱處理時(shí)，應(yīng)給設(shè)備專業(yè)提供墊板委托。當(dāng)設(shè)備為合金材質(zhì)，墊板材料應(yīng)與設(shè)備材質(zhì)相同。
(6)對(duì)于生根在設(shè)備或土建平臺(tái)上荷載較大的支架位置、標(biāo)高和荷載應(yīng)事先與相關(guān)專業(yè)聯(lián)系。(7)凡需要限制管道位移量時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置限位架。
(8)當(dāng)垂直方向有位移時(shí)，可選彈簧支吊架;彈簧根據(jù)具體情況可用于并聯(lián)和串聯(lián)。
(9)當(dāng)管道在支承點(diǎn)有垂直位移且要求支承力的變化范圍在6%以內(nèi)時(shí)，管系應(yīng)采用恒力彈簧支吊架。
(10)在裝配式支吊架通用圖中無(wú)法選出合適的支吊架時(shí)，可采取其它特殊形式支吊架。
五、應(yīng)力分析：裝配式支吊架的設(shè)置除了對(duì)管系一次應(yīng)力的大小有著直接的影響外，還對(duì)調(diào)節(jié)管系的二次應(yīng)力端點(diǎn)推力起著重要的作用。正確選用支吊架，調(diào)整和改善管系的應(yīng)力分布狀態(tài)，使管系適應(yīng)變形的需要和管系端點(diǎn)推力在使用范圍內(nèi)是十分重要的。同時(shí)，還可選擇某種類型支架來(lái)限制管系在某個(gè)方向的位移，從而減少設(shè)備管嘴的應(yīng)力以保護(hù)設(shè)備，尤其是那些敏感設(shè)備，如壓縮機(jī)、汽輪機(jī)和機(jī)泵的管嘴等。
(1)泵，泵出口管道布置若彎頭處選用剛性吊架，對(duì)于溫度較高的介質(zhì)，剛性吊架勢(shì)必會(huì)托空，管系上管道、閥門。重量以及熱脹力都落在泵嘴子上，支吊架失去了作用。改用彈簧吊架就會(huì)大大改善泵嘴子受力。
(2)杠桿效應(yīng)，在利用支吊架調(diào)節(jié)管道的應(yīng)力時(shí)，管道設(shè)計(jì)中充分利用或消除支架的杠桿效應(yīng)是十分重要的。由于管道是一個(gè)剛度足夠大的彈性體，那么在任何有剛性支架的地方都會(huì)產(chǎn)生杠桿效應(yīng)。以某廠減壓轉(zhuǎn)油線為例，整個(gè)轉(zhuǎn)油線只有1個(gè)支架，它好比是1個(gè)杠桿，支架設(shè)置的位置直接影響到減壓塔嘴子的受力，如圖2支架在a、和b位置不同，減壓塔嘴子。
(3)減壓塔嘴子的受力：FX(N)FY(N)FZ(N)MX(Nm)MY(Nm)MZ(Nm)操作工況a、-234-15832-1970-99082-964-365。操作工況b-278-29327-2776-77412-1006775。自重工況a、-78-25845245949431-321452。自重工況b-156-38730239058058-566519。
從數(shù)據(jù)中可以看出，由于FY方向的力較大，引起的MX的力矩也較大，但是FY值大，不一定MX的值就大，它還與力臂有關(guān)，所以通過(guò)應(yīng)力分析不斷地嘗試，最終可以找到一個(gè)最理想的位置，使減壓塔嘴子受的力和力矩最小。管道設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)支吊架時(shí)，先應(yīng)將管系通盤考慮一下，如果管系復(fù)雜可將它分成若干個(gè)較簡(jiǎn)單的管系;對(duì)于高溫、高壓的管道一定要進(jìn)行應(yīng)力分析，以免由于支架的選擇不當(dāng)造成不良后果。
