汽水管道的基础知识.doc

第三章 汽水管道的基础知识——张都清
第一节 汽水管道设计的基本原则
一、 管道设备设计原则
二、 系统图和原始图纸
第二节 汽水管道的支吊架
一、 基本概念
二、 弹簧支吊架
三、 恒力吊架
四、 限位支吊架
五、 减振器
六、 支吊架的维护和检查
第三节 汽水管道应力计算
一、 原始参数
二、 计算参数
三、 钢材的许用应力
四、 内压产生的应力及壁厚计算
五、 应力验算
六、 管道对设备的推力和力矩的计算
第四节 管道附件
第五章 在役汽水管道的检验 （1万字）——张都清
第一节 概述
第二节 管道检验内容
第三节 汽水管道的安全性评定

第三章 汽水管道的基础知识——张都清
第一节 汽水管道设计的基本原则
一、管道设备设计原则
管道装置的设计，一般由几名设计人员同时完成，为使设计技术风格一致，大家须遵守统一的设计原则：
（1） 管道应成组、成排的布置，主要是为了强调美观和保证管道支吊架的经济性。
（2） 管道设备的连接，应尽可能的短而直，尤其是合金钢管道。同时，又要有一定的柔性，以减少由热胀和位移所产生的力和力矩。
管道改变标高或走向时，应避免管道形成集聚气体或液体的死角；如不可避免时应在高点设置气阀、低点设置液阀。
（3） 由于管法兰处易泄露，对于高温、高压管道除必须是用法兰连接外，其它应避免使用法兰连接。焊接连接的管道是保证管道无泄漏的最佳、最经济的方法。
（4） 管道穿越楼板、平台及墙壁时要加套管保护，套管直径应不妨碍管道的热胀，并大于保温后的管道直径。
（5） 管系中要尽量减少异型管件。管道设计时应最大限度的降低管道、弯管、阀门附件等异型管件的数量及与之相连的加工量，并可降低管道焊接、安装、质量检验费用。异型管件的减少，不但可以降低管道设备投资，更重要的是减少了焊口的数量，提高了管系的安全性。
（6） 管道压力降的损失要求在允许的范围之内。

二、系统图和设计资料
管道设计是以确定最佳的热力系统图为基础，应有管道的平面布置图和立体图，图中应包括管道的下列的数据：
1. 管道编号、设计压力、运行压力；
2. 设计温度和运行温度；
3. 阀门的编号；
4. 管道的钢号、规格、理论计算壁厚、壁厚偏差；
5. 设计采用的持久强度、弹性模量、线膨胀系数；
6. 支吊架位置、类型；
7. 监察端位置；
8. 管道的冷紧口位置及冷紧值；
9. 管道对设备的推力、力矩；
10. 管道的最大值及其位置；
11. 支吊架的安装载荷、工作载荷、支吊架的热位移等。

第二节 汽水管道的支吊架
一、基本概念
1.支吊架的作用和分类
汽水管道是火电厂中重要的部件，必修确保它的安全运行，为此，设计单位进行了精心设计，如正确的选用钢材，合理的布置管线及支吊架，严格准确地进行应力计算。除此之外，还需安装单位进行正确的安装和调整，否则合理设计的支吊架也不能保证管道的安全运行；在运行过程中还要合理地启停及检修（包括支吊架的运行及调整），才能防止管道过早的出现损坏；试验人员还需要定期对管道进行检验和研究，及时发现不安全隐患。由此可见，要保证管道的安全运行，需要多方面工作的配合。
随着高参数大容量机组的增加，由于经济上和技术上的原因，工作应力水平和计算精度的提高，强度富裕量很小；由于管道直径与壁厚的增加，管道对设备的推力及力矩可能很大。管道破坏造成的危害更大。因此，为保证管道的安全运行就更显得重要，做到这一点的关键是管道日常的维护和检验，尤其是管道支吊架的维护和调整。
管道支吊架是管道系统的重要组成部分，它的功能可概括为：承受管道载荷、限制管道位移和控制管道振动三个方面。其中承受管道载荷是管道支吊架的最主要、最普遍的功能。
支吊架按其作用分为承重支吊架、限位支吊架装置和振动控制装置三大类，有的支吊架兼有其中两个或三个功能。见表3－1和图3－1［1］。
（1）承重支吊架
按其在管道垂直位移时载荷的变化情况可分为恒力支吊架、变力支吊架和刚性支吊架。
（2）限位支吊装置：是用以限制和约束因热胀引起管系自由位移为目的的装置。
按其是否承受管系载荷可分为限位支吊架和限位装置两类。在限制管道位移的同时也承受管系重量的装置，称为限位支吊架。单纯限制管道位移而不承受管系重量的装置，称为限位装置。
按其限位特性可分为限位装置、导向支架和固定支架三种。
（3）振动控制装置：专门用来控制管道摆动、振动或冲击的装置统称为控制振动装置。
控制不承受管系的重量，在正常情况下，不约束或较小约束管道自由地热位移。

表3－1 管道支吊架的类型
编号
分类
型式
名称
用途
名称
用途
1
承重支吊架
以承受管系重量为目的的装置
①恒力支吊架
用于管道垂直位移较大或需要转移载荷的地方
②变力支吊架
用于管道垂直位移不太大的地方
③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
限位支吊架
以限制和约束因热胀引起管系自由位移为目的的装置
④限位装置
用于管管系中需要限制某一方向位移的地方
⑤导向装置
用于引导管道位移方向或需要控制管道沿轴线转动的地方
⑥固定支架
用于管道不允许任何方向位移的地方
3
振动控制装置
用于制止管道摆动振动或冲击的控制装置
⑦减振器
用于需要控制持续性的流体振动的地方
⑧阻尼器
用于需要控制冲击性的流体振动和地震激扰的地方

图3-1 管道支吊架装置的类型
（图中管道装置类型编号与表1-1相同）
2、管道支吊架的构成
（1）管部结构
直接安装在管子上的部件称为管部，它是管道支吊装置中唯一不可缺少的部件。管部结构按其对管道的支承方式可分为：悬吊式、支承式和拉撑式三类，按其同管道的连接方式可分为：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)两种；按其所连接管道的形状位置可分为：水平管道、垂直管道（立管）和弯头(管)三种。
（2）功能件
用于实现管道支吊装置主要功能的核心部件称为功能件。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振器、阻尼器等都属于功能件。
（3）根部结构
将管道支吊装置固定到承载结构上的部件称为根部。通常情况下，尽量将管道支吊装置直接固定(生根)在承载结构上。这种生根部件也可看作根部结构的一部分，但通常将其归在中间连接件中，这样对于此类支吊装置就没有独立的根部结构。在多数情况下，尤其是混凝土建筑结构，管道支吊点偏离承载结构，需要添加辅助钢结构，才能实现支吊装置的生根固定。这种辅助钢结构就是支吊装置的根部结构。
辅助钢结构有梁、立柱和构架三类，其中最常用的有悬臂粱、简支梁和三角架三种。
（4）连接件
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均称为连接件。连接件大部分介于上述各类部件之问，故又称为中间连接件。这些连接件又都是刚性结构，也可称为刚性连接件 。
中间连接件按其连接方式可分为夹持式、焊接式、螺纹连接式、销(轴)孔连接式、埋(嵌)入式、滚滑式等类型。
3.支吊架的载荷
支吊架的载荷是指作用在支吊架的力和力矩，管道在工作过程中，有以下几种载荷作用于支吊架：
管子重量；阀门、法兰和三通等管件的重量；保温层的重量；管内介质的重量（一般只考虑液体的重量，气体的重量忽略不计）；弹簧支吊架作用于弹簧的附加力；弹簧支吊架的转移载荷；滑动支架的摩擦力；管道的热胀冷缩、冷紧或连接设备的热位移产生的力和力矩；介质产生的作用力，如排气管和安全阀产生的排放反力等。前四项为管道的自重。
通常把支吊架的载荷分为三类：工作载荷、安装载荷和结构载荷。
工作载荷：管道正常工作时（热态），按支吊架布置情况，分配给该支吊架的管道自重，称为该支吊架的工作载荷。对于不承受附加力和力矩的支吊架（如恒力吊架），工作载荷就是该支吊架的工作时的实际载荷。工作载荷是支吊架弹簧和恒力吊架选用时的载荷依据，也是计算支吊架其它载荷的基础。
安装载荷：管道处于安装状态时（冷态），支吊架承受的管道自重称为安装载荷。它与工作载荷的差别在于，管道在热态和冷态时的自重载荷的转移变化。例如，对于向下热位移的弹簧支吊架，安装载荷小于工作载荷；对于向上热位移的弹簧支吊架，安装载荷大于工作载荷；而恒力吊架的安装载荷和工作载荷等。安装载荷是确定弹簧支吊架的安装弹簧压缩值的依据。
结构载荷：修正后的工作载荷加上有关的附加力和力矩，称为支吊架的结构载荷。对附加力和力矩（除工作载荷以外的所有力和力矩），应根据不同支吊架型式和具体的使用条件分别考虑。
4.支吊架的热位移
管道由冷态到热态时，由于温度升高而膨胀，支吊架的支吊点产生相应的移动，这就是支吊点的热位移，并由此产生管道的热胀。管道的热胀，一般是受到制约的，于是管道引起热胀应力，大机组的高温管道热位移往往很大，导致管道局部位置的热应力超标，对设备的推力超过允许值。一般采取下面的一些方法使管道的应力合格。
采用专门补偿装置补偿，亦可由管系自身柔性产生弯曲和扭转变形实现自补偿。依靠管道自身补偿能力来吸收管道热伸长，在长管道中，热位移值可能很大。可采用弹性弯曲和扭转变形实现自补偿。
选择支吊架的型式时，根据支吊架的垂直热位移的大小和方向，确定刚性支吊架、弹簧支吊架或是恒力吊架。支吊架的弹簧压缩值不能超过允许值，且冷热态的载荷变化不能超过规定，这些都与热位移的大小和方向有关。
5.支吊架的间距
支吊架的间距关系到管道自重应力的大小和管道的变形，间距选择不当，也可能引起管道的振动，支吊架的间距，应能满足管道的强度和刚度条件，并能保证管道运行中的稳定。
支吊架的强度条件：管道强度应按《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》（SDGJ-90）有关外载应力验算的规定计算，使管道的持续外载当量应力在允许范围内；并且单跨距管道按简支梁计算，管道自重引起的最大弯曲应力不应大于23.5MPa。
（3－1）
按照强度条件，均布载荷水平直管道的最大支吊架间距按下式计算：
（3－2）
按照刚度条件,均布载荷水平直管道的支吊架允许最大间距用下式计算:
式中: Lmax-支吊架的最大允许间距,m；
Et-钢材在设计温度下的弹性模数,KN／mm2；
I- 管子截面惯性距,mm4；
q-管子单位长度自重,KN/m。
水平90º弯管两端支吊架间的管道展开长度，不应大于水平直管上允许支吊架的最大间距的0.73倍。
二 、弹簧支吊架
通常所说的弹黄支吊架之所以又称为变力(可变)弹簧支吊架是相对于恒力弹簧支吊架而言。也就是弹簧支吊架的载荷随着所支吊的管道的位移而变化。

图3－2 弹簧吊架结构

它由弹簧、壳体、压盖、载荷和位移指示器以及锁定装置等组成。带有“热”和“冷”状态位置标志的载荷和位移刻度板，可以清晰地显示出支吊架在热状态和冷状态时的载荷和位移值。这类弹簧支吊架在出厂前已按设计要求将载荷整定在冷态载荷位置，在安装运行时还可根据变化了的载荷加以调整。锁定装置在管道进行水压试验或其它需要时，将弹簧支吊架锁定成刚性支吊架来使用。

1.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，热态载荷就会大幅度下降，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载荷，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，一般应选用弹性支吊架，弹簧支吊架便是其中一种。
在弹簧支吊架中，支吊架的载荷直接与弹簧力相平衡，而弹簧力等于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，支吊架的载荷也就发生变化， 如能选择合适的弹簧，支吊架载荷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载荷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，弹簧支吊架的载荷等于分配给该支吊架点的工作载荷。因此，管道在冷态时（安装状态），弹簧支吊架的载荷（安装载荷）比工作载荷或大（上位移时）或小（下位移时）些。
弹簧的载荷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载荷要求时，可以并联弹簧。
弹簧支吊架工作中，有一定的载荷变化；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，对严格控制载荷变化和热位移很大的场合，弹簧支吊架将不能满足需要。但它具有结构简单的优点，所以应用还是非常广泛。
2. 弹簧特性和工作范围
弹簧使用特性参数主要有允许变形量、允许载荷和刚度。
弹簧压死时的压缩值（全压缩值或称极限压缩值）用λb表示，对应的载荷（即极限载荷）用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，并保证压缩值与载荷之间为线性关系，弹簧工作时，不允许压缩值过大或过小。
最大允许变形量用λmax表示，对应的最大允许载荷用Pmax表示。λmax一般取（0.7~0.8）λb，现行支吊架标准中，λmax≈0.7λb。
弹簧最小允许压缩值用λmin表示，对应的最小值允许载荷用Pmin表示。λmin一般取（0.2~0.3）λb，现行支吊架标准中，λmin ≈0.3λb。
单位压缩值所需的力称为弹簧刚度，用P′表示。
P′=P/λ=Pmax/λmax=Pmin/λmin（N/mm）（3—3）
式中P为压缩力（应在Pmax 和Pmin范围之内）；
λ为压缩值。
刚度的倒数称弹簧系数，用K表示（mm/N）。
弹簧在工作过程中，管道由冷态到热态时的载荷变化与支吊架工作载荷之比，称为载荷变化系数，用C表示。
C=|ΔP|/Pop=|Pop-Per|/Pop=Pˊ·ΔZt/Pop (3—4)
式中：Pop为支吊架工作载荷（N）；
Per为支吊架安装载荷（N）；
Pˊ为弹簧刚度（N/mm）；
ΔZt为支吊点垂直位移（mm）。
弹簧工作过程中，需要满足支吊架的工作载荷、安装载荷、载荷变化率的要求以及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。
3. 弹簧规格和技术要求
弹性支吊架弹簧已实现了标准化、系列化。从火力发电厂汽水管道设计技术规定中可以查到的弹簧标准系列。
支吊架弹簧在生产制造中要满足下列技术要求：
弹簧表面不应有裂纹、折叠、分层、过烧等缺陷。弹簧材料应满足60SizMnA钢技术条件。
弹簧两端应有不少于3/4圈的拼紧圈。两端应磨平，磨平部分不少于园周的3/4。
弹簧的节距应均匀，节距偏差不应大于0.1*（t-d），其中t为节距，d 钢丝直径；且在最大压缩值范围内，弹簧的工作圈不得相碰。
弹簧两个端面应与轴线垂直，弹簧倾斜量不应超过自由高度2%。
弹簧在最大允许载荷范围内，其载荷与标准载荷的偏差，不应超过±10%。
弹簧应有出厂合格证件。用于主蒸汽、再热蒸汽、主给水管上的弹簧，安装前应进行刚度测定。必要做全压缩试验：弹簧压缩到极限状态保持5分钟。卸去载荷后，永久变形量不得超过原自由高度的2%；如超过规定，应进行第二次全压缩试验，两次试验的总永久变形量不得超过原自由高度的3%。
4. 弹簧选择和支吊架的安装整定
（1）弹簧选择的基本原则
第二节详细叙述了弹簧的适用范围，其结论是弹簧选择的理论基础。选择弹簧时，在任何情况下压缩保证在λmax至λmin之间，弹簧的安装载荷和工作载荷均不应超过其最大允许载荷。
载荷变化率不应大于规定值，管道由冷态到运行状态，弹簧的载荷变化系数不应大于35％；对于主要管道，不宜大于25％。
当热位移量较大，单个弹簧不能满足热位移要求时，需串联弹簧，此时热位移值按照刚度分配，弹簧串联使用时，每个弹簧的载荷是一样的，故串联弹簧的最大允许载荷应一样（即弹簧号应一样，类别可不同）。
由单个弹簧的允许热位移值和允许串联数量可知，弹簧吊架的热位移适用范围为：上位移时约60mm，下位移时约80mm，超过此范围时应选用恒力吊架。对弹簧支架，为了支架的稳定性很少采用串联弹簧结构。
单个弹簧不能满足载荷要求时，或结构上需要采用双吊结构时，需并联弹簧。并联弹簧的安装载荷是一样的，热位移时弹簧的压缩值变化也相同，即工作载荷也一样，可以并联弹簧应选择完全相同的弹簧，即选用同类、同号弹簧。
（2）弹簧支吊架的选择
弹簧支吊架编号的确定：根据管道运行时的计算工作载荷、工作位移量、位移方向，查GB10182或者JB/T 8130.2的表1来确定。
若管道的位移方向向上，从表1的中线和上粗线之间查得工作载荷，再按位移量向上查得安装载荷。
若管道的位移方向向下，从表1的中线和下粗线之间查得工作载荷，再按位移量向下查得安装载荷。
选用时，不论管道的位移向上和向下，均应使工作载荷和安装载荷在表1的上下两组线之间，并满足载荷变化率不大于25％的要求。
例题：某一管道工作载荷为8225N，运行时位移向上，计算位移量为10mm，根据管线布置确定安装类型为A型，试选择吊架型号。
1) 查JB/T 8130.2的表1,确定该吊架的位移范围为10-30mm;
2) 在表1的中线和上粗线检查的编号13的吊架工作荷载8225N;
3) 以8225N对应的0－30mm刻度值，向下10mm查得安装载荷9721N;
4) 验算载荷变化率为18.2%小于25%;
5) 选用吊架型号为TD 30A 13。
(3) 弹簧支吊架的安装和调整
支吊架安装前应对选用的另部件与设计图纸仔细地核对。管道支吊架的正式安装，一般在管道基本就位，且在冷紧口两端的固定口尚未固定时进行。吊杆长度和可调方向，应能满足管道冷紧时支吊点的位移量和方向。弹簧组件的指示器应朝便于观察的方向。
弹簧支吊架安装时，弹簧处于锁定状态，相当于刚性支吊架，各支吊架的受力可能很不均匀，安装过程中随时调整支吊架的受力大小。支吊架安装完后，应系统地检查、调整一次，使两端的固定口和冷紧值，应能满足对口工艺和设计要求，且支吊架受力没有明显的过大过小现象。
管道冷紧时，应随时调整支吊架的受力程度，使之大体保持冷紧前的水平。
管道进行水压试验前和保温前后，应对支吊架的受力状态进行一次全面检查和调整。
管道冲管前拿掉弹簧固定销子。此时通过调整花兰螺丝或可调支座，调整支吊架载荷，使固定销子能够轻松地取出。管系中所有支吊架达到正常运行状态后，对所有弹簧支吊架的载荷进行系统地调整，使内外销孔仍然对齐，此项工作往往要经过几次反复调整才能完成。调整后的弹簧支吊架，应对其位移和载荷指示器位置作出记录。
蒸汽管道冲管时，应检查各支吊架的工作状态。管道正式投入运行，且达到额定温度八h后，应对热位移值和载荷作出记录.如与设计值有偏差时，应分析原因并进行调整。
支吊架调整时，通过花兰螺丝或可调支座调整支吊架载荷，只有支吊架载荷等于设计安装载荷时销子才能取出。因此，载荷调整可以达到较高的精度。在遇到打水压(蒸汽管)等有可能使弹簧超载情况时，可随时上固定销，较为方便。特殊形状的弹簧压盖，增加了弹簧的稳定性，能适应管道一定的水平位移。

三、 恒力吊架
弹簧支吊架的载荷是随位移发生变化的，热位移量越大，载荷量变化也越大。恒力吊架的载荷是不随热位变化而保持恒定（或变化极小）。
随着机组容量的增大，支吊架的工作载荷和热位移值都大大增加；大机组的主要管道的应力水平也高，对支吊架载荷变化的要求也严格。因此，弹簧支吊架难以完全满足要求。
恒力吊架，以恒力原理分为，理论恒力型和近似恒力型两种。结构上，用得最多的是弹簧式恒力吊架。目前，我国主要采用PH（LH）型和H—1型恒力吊架。
（一）H—1型恒力吊架
1. 结构与工作原理
H—1型恒力吊架结构见图3—3。

图3－3 H—1型恒力吊架结构图

此种恒吊主要由固定外壳、中间转体、弹簧三部分组成。此外，尚有负荷调整器、转体位移指示器、转体限位器等附件。
固定外壳固定在吊架生根结构上。而中间转体支撑在其上，并可绕A轴转动。弹簧盒也支撑在固外外壳上，且可绕D轴转动。中间转体上有若干个吊杆孔B，可根据热位移大小选用其中一个。AB距离越大，允许热位移就越大。B孔上挂着吊杆，吊杆上有花兰螺丝，吊架调整时可用它调整吊杆长度。弹簧力作用在转体的C点，AC距离可借助负荷调整器进行调整，AC距离越大吊架载荷就越大。转体在吊杆力（吊架载荷）和弹簧力共同作用下，按力矩平衡原理工作。
图3—4是工作原理分析图。

图3－4 H—1型恒力吊架工作原理
在ΔACD中
（4—5）

转体上作用有2个力，一个是吊杆载荷W，另一个是弹簧力P。它们对A轴的力矩大小相等方向相反。
W·AB·Sin R=P·h（3—6）
弹簧力 P=P′·λ（3—7）
式中 P′为弹簧刚度（N/mm）；
λ为压缩值（mm）
将弹簧力P和h的导出值代入（3—6）式得：
W·AB·Sin R= P′·λ·AC·AD·Sin T/CD（3—8）
吊架结构设计上可做成∠R=∠T，
使用时，可作到λ=CD。
于是（4—8）式变为：
W= P′·AC·AD/AB（3—9）
（3—9）式右面是与热位移无关的常数，故吊架载荷W将不随热位移而变保持恒力。
转体转动范围是AB轴线在x—x轴（即水平线）上下30˚范围。
当热位移向上时，AB轴线需靠近下偏30˚位置安装；热位移向下时，AB轴线需靠近上30˚位置安装；如果吊架的允许热位移值有较大富裕量时，AB轴线也可安装在中间某一位置。
弹簧安装压缩值，必须以λ=CD的原则确定。因为转体在不同安装位置时CD值不相同，故弹簧安装压缩值也就不同。使用时，只要安装时满足λ=CD，热位称时仍可保持两者相等。因为热位移时CD的变化量等于弹簧压缩值的变化。
下面分析一下，弹簧安装压缩值不等于CD时，对吊架载荷和恒力特性的影响。
由（3—9）式可得出：
W=WH·F/CD（3—10）
式中：WH为载荷，即λ=CD时为设计载荷。
如果λ≠CD，则安装载荷λ/CD成比例的发生偏差。λ<CD的安装载荷偏大，λ<CD则安装载荷偏小。

2. H—1型恒力吊架的选用
H—1型恒吊共有十二种规格，其性能见表4—2。可配弹簧规格。见表3—3。转体在不同安装位置时的弹簧压缩值见表3—4。
吊架的选用，由工作载荷和y向热位移查表4—2确定。首先按照位移大小选择挂载孔B，再在此B孔的各型号中确定适合设计工作载荷的一种型号。
选择挂载孔B时，热位移值必须有相当的裕量，此裕量可按计算热位移值为25%考虑，且不上于30mm；对有较大水平位移的吊架；此裕量还应大些。热位移裕量过小，容易引起转体与限位器相碰，使吊架成为刚性吊架或完全不吃力。
例：计算上热位移为95mm，工作载荷为14000N，试选用H—1型吊架。
选用热位移为：95+30=125mm。
以125mm查表3—2，可选B1孔（允许热位移为125mm）。
根据B1孔和工作载荷14000N，查表3—2，选H—1—4型（工作载荷范围为12550至17000N）。
负荷调整器位置（AC距离）计算：
AC=8σ×1400/[（1700+1255）/2]=81.7(mm)
转体安装位置为靠近下偏30º位置。弹簧安装压缩值查表3—4，为207mm。
H—1型恒力吊架规格

表3—2
挂载孔位
B7
B4
B5
B4
B1
B2
B3
弹
簧
号
重量
(9.8*N)
尺寸
参数
(mm)
允许位移（mm）
载荷
（9.8*N）
型号
300
245
190
160
125
95
65
H-1-1

515~
710
610~845
790~
1070
1040~
1410
1520~20σ0
1
σ0
AC=186±14, AD=152
H-1-2

620~
865
740~1025
9σ0~
1300
12σ5~
1710
1850~2500
2
70
H-1-3

725~
1010
865~1195
1125~1520
1400~
2000

3
76
H-1-4

815~
1130
965~1340
1255~1700
1650~
2240

4
85
H-1-5
696~
903
853~
1106
1097~
1425

1670~21σ7

6
139
AC=115±15, AD=200
H-1-σ
848~
1100
1037~
1346
1338~
1737

2034~2σ45

7
153
H-1-7
1023~
1330
1253~
1628
1615~
2100

2455~3190

8
168
H-1-8
1200~
15σσ
1470~
1918
1895~
2470

2880~3760

9
195
H-1-9
1520~
1973
1862~
2415
2400~
3110

3650~4730

10
275
H-1-10
1754~
2205
2150~
2800
2770~
3610

4210~5440

11
289
H-1-11
2086~
2710
2550~
3320
3290~
4280

5.10并用
328
H-1-12
2450~
3190
3000~
3910
3870~
5040

6.11并用
34σ

H—1型恒力吊架弹簧规格
表3—3
弹簧号
允许载荷Pmax（9.8*N）
允许压缩值Fmax（9.8*N）
丝直d（mm）
节距t（mm）
弹簧外径Dw（mm）
自由高度H。（mm）
工作圈数n
总圈数n1
刚度Pˊ
（9.8*N/mm）
重量（9.8*N）
1
1959
219
25
46.19
175
638
13
15
8.94
27
2
2376
219
28
51.74
196
663
12
14
10.84
36
3
2778
219
30
55.43
210
655
11
13
12.σ8
41
4
3104
219
32
59.13
224
669
10.5
12.5
14.17
48
5
2450
287
30
62.3
225
793
12
14
8.53
52
σ
2986
287
32
66.5
240
745
10.5
12.5
10.4
62
7
3680
287
35
72.6
262
743
9.5
11.5
12.64
73
8
4380
287
38
79
285
728
8.5
10.5
15.26
94
9
5140
287
42
87.4
315
762
8
10
17.91
126
10
6720
287
48
99.8
360
770
7
9
23.41
135
11
7540
287
50
183.9
375
751
6.5
8.5
26.27

H—1型恒力吊架弹簧安装压缩值（mm）
表3—4
转体安装位置
弹簧压缩值
吊架型号
上30°
上20°
上10°
0°
下10°
下20°
下30°
H-1-1~H-1-4
132
145
160
172
185
198
207
H-1-5~H-1-12
174
191
211
221
145
263
276

3. H—1型恒力吊架的安装调整
H—1型恒力吊架安装时，应注意下列几点：
吊架安装前，要核对型号是否与设计相符。可配弹簧应与表3—3相符。选用的挂载孔B与设计相符，并能满足热位移要求即热位移应有足够的裕量。
检查转体是否灵活，转体转动范围应不小于60°，且与指示相符。
实测弹簧刚度。由弹簧刚度引起的载荷偏差应通过载荷调整的加以补偿。载荷调整器位置可通过（3—10）式计算。
AC=AC0·Pgz/[(PM+Pm)/2]·Pˊ0/Pˊ
式中： AC0 为载荷调整器的中间值，见表3—2；
Pgz为吊架工作载荷；
PM、 、Pm)为吊架的载荷范围，见表3—2；
Pˊ0 为弹簧设计刚度，见表3—3；
Pˊ为弹簧实测刚度。
根据热位移方向和吊架热位移裕量，确定转体安装位置。由转体安装位置，根据表3—5确定弹簧安装压缩值，调荷器调节范围不能满足（3—10）式计算时，也可适当改变弹簧压缩值（与表3—5比较）调整载荷。但弹簧压缩值的改变，必须考虑对吊架恒力特性的影响，弹簧压缩的改变值不宜超过10mm。弹簧压好后，应临时固定。
吊杆花兰螺丝的可调范围，应能满足管道冷紧和吊架调整的要求。
吊架生根结构，尽量采用双槽钢结构。
固定外壳与根部槽钢的固定螺丝，不能伸得过长，以免影响转体的活动范围。
无论在安装位置还是工作位置，弹簧组件不能与根部结构相碰。
吊架就位后，调节花兰螺丝和弹簧杆螺母，使转体处于要求的安装位置，并使吊杆吃力。管道冷紧时，应相应调整花兰螺丝，勿使吊杆载荷过大或不吃力。管道水压试验和保温前后，应检查吊杆吃力情况。
吊架调整可参照下列程序进行：
调整前应检查转体位置是否正确。确认无误后去掉弹簧临时固定件。如转体位置发生变化，通过花兰螺丝进行调整。因为各吊架间的相互影响，这种调整工作往往反复多次才达到满意的结果。所有支吊架调整结束后，对调整结果进行一次全面检查，并作出调整记录。特别注意，转体不得与限位器相碰。
调整记录应包括以下内容：吊架号、吊架型号、转体安装位置、挂载孔号、调荷器位置、弹簧安装压缩值和实测弹簧刚度。
管道达到额定温度后，检查转体工作位置，注意转体是否与限位器相碰。转体工作位置应作出记录。
工程中，往往发生实际载荷偏离设计值的情况，此时可通过以下办法改变吊架的载荷：
通过负荷调整器改变载荷。
在恒力特性恶化不大的情况下，适当改变弹簧压缩值。但吊架工作过程中，弹簧压缩值不能超过最大允许值。如吊架有较大的热位移裕量，可改变挂载孔位置，重新整定载荷。
PH（LH）型恒力弹簧支吊架
PH（LH）型恒力弹簧支吊架是大连弹簧厂的系列产品。其基本结构如图4—5所示。二者工作原理完全一样，同号的两种吊架性能也完全相同。PH型和LH型不同点是外形和安装方式的不同，PH型称为卧式恒力弹簧吊架，LH型为立式恒力弹簧吊架，一般情况下，多采用卧式恒力弹簧吊架。
PH（LH型恒吊，也是按力矩平衡原理工作时，故结构上与H—1型恒吊相似
图3－5 恒力弹簧支吊架支吊架的典型结构图

PH型恒吊工作原理参见图3—6

图3－6 恒力弹簧支吊架工作原理
转体转角范围为60º。吊架允许热位移为AB长度。
作用于转体上的力为弹簧力P和吊架载荷W，它们对转轴的力矩，大小相等方向相反，即：
P·a=W·K （3—11）
W=P·a/x=Pˊ(F0+ΔF)·a/K （3—12）
式中：a为弹簧力臂；
K为载荷力臂；
Pˊ为弹簧刚度；
F0 为转角а=0时的弹簧压缩值；
ΔF为а≠0时为弹簧压缩值变化量。
（3—12）式右侧，除Pˊ和F0 外，都随转角а变化。为了说明恒力特性，将（3—12）式进行变换。
在ΔABC中，由正弦定理可知：
L/Sin(T+а)=R/SinD=AD/SinC（3—13）
a=AD·SinD （3—14）
而SinD=Sin(T+а)·R /L（4—15）
故a=AD·R·Sin(T+а)/L （3—16）
K=AB·Cos(30º-а) （3—17）
故W=P·a/K=Pˊ(F 0+ΔF)·AD·R·Sin(T+а)/AB·C os(30º-а)·L（3—18）
（3—18）式中，Pˊ、F 0、R、AB、L为不随转角而变的常数，其余都是变数，且都是а角的函数。通过大量计算表明，当L/R≈3时，载荷随角а变化最小。此种吊架是近似恒力型吊架，使用中不恒定率可达到6%以下。
吊架的载荷调整，通过改变R大小即可。当R大小范围内改变时，对恒定率的影响很小。载荷与R成正比。即：
W/W。=R/R。 （3—19）
式中：R。为R的中间值，即表3—5中的R值；
W。为对应R。的载荷，即表3—5中的载荷。
R。可调范围为±10%。
与H—1型相似，PH型恒吊也不宜采用改变弹簧压缩值的办法调整载荷；因为用改变弹簧压缩值的办法调整载荷，对吊架的恒定率有影响。
PH（LH）型恒力吊架，允许热位移为50至350mm，允许载荷为1293.6N至180633.6N，载荷调整范围为±10%额定载荷W。，吊架规格型号及性能，详见工厂标准JB-2σ54-B1。因为此标准很繁杂，不便列出，以简化型式列于表3—5中。
表3—5中热位移值确定，可通过（3—20）式计算出载荷W。
W。=M/Δy （3—20）
工厂标准中，吊架型号规格表示为：
PH（或LH）—××，×××/××××—S（或x）。
其中：PH表示平式；LH表示立式；××表示吊架号；×××/××××中分子表示选用热位移，分母表示载荷W。S表示上位移；x表示下位移。
使用时，吊架可并联或串联使用。
产品出厂时，制造厂按用户提供的热位移方向将转体锁定，上位移吊架锁定在下孔，下位移时锁定在上孔。载荷调整器一般放在中间；吊架载荷为，对应型号和选用热位移值的额定载荷W。
选用吊架时，应按支吊架计算热位移值1.20倍，并进行修园（个位为0），用为选用的热位移值。
选用吊架示例：
吊架工作载荷为34690N，计算上热位移值为215mm，试选用PH型恒吊。
Δyc=1.20×215=258mm
修园选用热位移为Δyc=260mm
M=Pgz·Δy=34690×260=901.94×104（N.mm）
4. 吊架系列
由于国内尚无此种恒吊产品，下面所列的吊架系列不是正式产品系列，只用为分析问题时的参考。
允许热位移系列。
此恒吊允许热位移系列分为I、II两类。[Δy]I取150mm。考虑到本吊架热位移范围为[Δy]至0.5[Δy]，放[Δy]II取2[Δy]I，即[Δy]II=300mm。
额定载荷系列。
由于主簧和辅簧刚度比为2：1，且最大允许压缩值相同，为了尽量减少弹簧规格，本吊架额定载荷系列比也取2：1。
设吊架的载荷适应范围为125公斤至24000公斤，则吊架额定载荷基本系列如表3—6所示。

吊架基本载荷系列 表3—6
基本吊架号
I． 1
II． 1
III． 2
IV． 2
V． 3
VI． 3
VII． 4
VIII． 4
IX． 5
X． 5
额定载荷QH（N）
2500
5000
10000