在管道設計過程中,工程設計人員所面對的一個重要問題是,在管道輸送熱的或冷的液體時,由于管壁上的金屬溫度的上升或下降,管道在豎直或水平方向上會發生位移,這就會導致管道支點的變形。如果這個支點是剛性支架,那么就會阻礙管段的變形,或者管段與支吊架分離,導致管道產生過大的力和應力,而且還會通過管道系統將這種力或應力傳遞到固定支架和相連的設備或轉動機泵上,對這些設備的安全造成了危害,進而會造成污染、泄漏、爆炸等事故。
在目前的管線設計中,為了處理管線的熱位移問題,有很多種設計方法。在管路設計中,常用的一種方式就是在管路上增設彈簧支撐、在管路上安裝恒力彈簧支吊架、伸縮接頭、管路預張力等。
目前,彈簧彈簧支吊架的分類有兩大類:一是可調彈簧支吊架,二是恒力彈簧支吊架。當軸向位移產生時,彈簧會產生收縮或者拉伸,此時軸心上的受力就會改變,使得軸心上的壓力會再分布到鄰近的軸心上。
彈簧支吊架的可變載荷比不能超過6,在要求的可變載荷比不能超過6的情況下,宜選擇恒力彈簧支架。恒力彈簧式懸索器的特性是,當管道發生豎直變形時,懸索器所承受的荷載不會發生變化,也就是說,懸索器所承受的荷載在理論上為零值。
恒力彈簧支吊架是一種給被懸掛物體施加在規定的移動范圍內的恒定拉力的設備。主要用于化工、火力發電廠的煤氣、水、煙風管道的支吊;支撐式熱電廠的爐身、爐膛;支吊用來支撐電氣化鐵道上的導線、承載線等。為了避免額外負載的出現,在負載(也就是被吊物體)因溫度改變而發生幾十到幾百 mm的熱膨脹變形時,恒力彈簧支架會做出與之對應的膨脹變形,并施加一定的拉力。這樣,恒力彈簧支座就可以承擔承重,平衡介質反力,消除附加應力,從而確保系統的正常工作。當管道處于豎直方向時,可變彈簧支架的一個特點就是它具有豎直方向。
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