火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講座

1、火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講火力發(fā)電廠汽水管道支吊架講座座 武漢大學(xué) 劉尚慈 1概述概述n1.1 支吊架的作用 對汽水管道起著支承重量、平衡介質(zhì)反力、限對汽水管道起著支承重量、平衡介質(zhì)反力、限制位移和防止振動(dòng)。制位移和防止振動(dòng)。 管道支吊架的正常工作狀態(tài)保證了管系應(yīng)力符管道支吊架的正常工作狀態(tài)保證了管系應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求，從而使管道達(dá)到設(shè)計(jì)壽命。合設(shè)計(jì)要求，從而使管道達(dá)到設(shè)計(jì)壽命。1.2 支吊架的分類 承重類：支架、吊架承重類：支架、吊架 限位類：剛性吊架、導(dǎo)向支架、固定支座限位類：剛性吊架、導(dǎo)向支架、固定支座 減振類：減振器、阻尼器減振類：減振器、阻尼器 按結(jié)構(gòu)分類：彈簧支吊架、恒力吊架按結(jié)構(gòu)分

2、類：彈簧支吊架、恒力吊架1.3 支吊架的荷重1.3.1 支吊架荷重的組成支吊架荷重的組成管子重量；管件（閥門、三通、法蘭）重量；保溫層重量；管內(nèi)液態(tài)介質(zhì)重量；彈簧支吊架中彈簧的壓縮力（上熱位移的支吊點(diǎn)）；彈簧支吊架的轉(zhuǎn)移荷重；滑動(dòng)支架的摩擦力；管道熱脹冷縮、冷緊產(chǎn)生的力或力矩；介質(zhì)排氣反力；地震力；室外管道所受風(fēng)雪載荷等。1.3.2 工作荷重、安裝荷重工作荷重、安裝荷重 工作荷重：管道熱態(tài)工作時(shí)支吊架的承載荷重 安裝荷重：管冷態(tài)時(shí)支吊架的承載荷重 結(jié)構(gòu)荷重：1.5倍工作荷重、作為過載及支吊架零件強(qiáng)度校核依據(jù)1.4 支吊點(diǎn)的熱位移及影響1.4.1 熱位移熱位移 管道由冷態(tài)到熱態(tài)時(shí)，由于熱膨脹使各

3、支吊點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)量。 上熱位移 下熱位移 水平熱移1.4.2 熱位移作用熱位移作用 設(shè)計(jì)參數(shù)之一，是支吊架設(shè)計(jì)選型依據(jù)之一； 冷緊，管道熱膨脹產(chǎn)生的約束力和力矩，由固定支架和限位支吊架承受。管系受到的熱脹應(yīng)力（二次應(yīng)力）是管道應(yīng)力驗(yàn)算的要求之一。管系運(yùn)行中由于種種原因產(chǎn)生的熱應(yīng)力明顯超過設(shè)計(jì)要求時(shí)，會(huì)減少管系壽命。為了減少管系的熱脹力，安裝時(shí)要進(jìn)行冷緊。 對管道安裝及運(yùn)行的影響 支吊點(diǎn)有水平方向的熱位移時(shí)，要采用滾珠（柱）盤等減小膨脹及收縮時(shí)的摩擦力及保證管道正常熱脹。 有水平方向熱位移的吊架，吊桿必須有足夠的長度，安裝時(shí)要適當(dāng)偏裝。選用恒力吊架時(shí)，上位移的支吊點(diǎn)采用轉(zhuǎn)動(dòng)體下偏裝，下位移的

4、支吊點(diǎn)采用上偏裝。 運(yùn)行中管道的熱位移量往往與設(shè)計(jì)熱位量不符、情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起各支吊架設(shè)計(jì)工作荷載與實(shí)際工作荷載明顯不同；甚至一些支吊架發(fā)生脫空或卡死。選用彈簧支吊架時(shí)，過大超過設(shè)計(jì)值的下位移會(huì)使彈簧壓死，過大的上位移會(huì)使彈簧脫空。過大的上位移可能使恒力吊架脫載、過大的下位移會(huì)使恒力吊架轉(zhuǎn)動(dòng)體卡死并過載。 安裝時(shí)冷緊量往往與設(shè)計(jì)值不符，這也是支吊點(diǎn)實(shí)際熱位移值與設(shè)計(jì)值不符的原因之一。1.4.3 對熱位移的監(jiān)督對熱位移的監(jiān)督 首次升溫時(shí)，檢查管道膨脹是否受阻； 管道熱位移較大，應(yīng)在測量方便處設(shè)置三向 位移指示器； 機(jī)組首次啟動(dòng)前和啟動(dòng)后蒸汽參數(shù)達(dá)額定后8h，以及停機(jī)后管壁降溫至接近環(huán)境溫度時(shí)各測

5、量一次三向位移值； 大修時(shí)在停機(jī)后（管壁溫度接近環(huán)境溫度時(shí)），以及啟動(dòng)待蒸汽參數(shù)達(dá)額定后8h，各測量一次三向位移值。 當(dāng)各支吊點(diǎn)實(shí)際熱位移值與設(shè)計(jì)值相差太大，甚至引起有的支吊脫空或卡死、應(yīng)查明原因及時(shí)糾正。 必要時(shí)，建議測量各支吊點(diǎn)的熱位移。1.5 支吊架的間距 支吊架間距是保證管道的強(qiáng)度和防止過大變形的重要參數(shù)，它由管道的自重（包括保溫層重量）、剛度等確定。 水平管道的軸向一次應(yīng)力中，自重產(chǎn)生的軸向應(yīng)力占有較大的比例、且自重應(yīng)力與支吊架間距的平方成正比，立管中由自重產(chǎn)生的軸向應(yīng)力與吊架間距成正比。 設(shè)計(jì)中正確選擇支吊架間距不但保證管道的強(qiáng)度，而且使得各計(jì)算管段（如兩支吊之間的彎管可作為計(jì)算管

6、段）的一次應(yīng)力、一次二次應(yīng)力的數(shù)值相近。 運(yùn)行中若有支吊架脫載，不但發(fā)生荷載的轉(zhuǎn)移、顯然支吊架間距也發(fā)生根本改變。按照DL/T5054-96火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定等。 管道的最大撓度2.62mm，均布荷載水平直管段的支吊架允許最大間距為： （m） 式中：Et材料設(shè)計(jì)溫度下的彈性模數(shù)，kN/mm2； I管子截面慣性矩，cm4； q管道單位長度自重，kN/m。qIELt2118. 0max 按照強(qiáng)度條件、均布荷載水平直管段的最大支吊架間距為： （m） 式中：w管子截面抗彎矩，cm3。 水平90彎管兩端支吊架的管段展開長度，不應(yīng)大于水平直管段上允許支吊架最大間距的0.73倍。 垂直管段上支吊

7、架的間距，可大于水平管段支吊架最大允許間距的數(shù)值。但不應(yīng)超過支吊架的允許荷重，同時(shí)還應(yīng)注意支吊架間距增大后，不致降低管道的穩(wěn)定性而引起管道震動(dòng)。qwL4336. 0max 1.6 支吊架零部件 支吊架零部件分為管部、連接件、根部三部分。 單槽鋼吊架根部零件、吊桿應(yīng)通過槽鋼的抗彎中心，否則槽鋼不但受彎而且受扭。槽鋼彎曲中心e按下式計(jì)算（圖1）。 （cm） 式中：Jx槽鋼斷面對x軸的慣性矩，cm4； H、b、t槽鋼截面尺寸參數(shù)，cm；圖1xJtbHe422 滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架的滑動(dòng)面采用聚四氟乙烯塑料板，原火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)導(dǎo)則推薦選用滾珠盤或滾柱盤支架。 運(yùn)行中滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架可能發(fā)生卡澀

8、或脫空。2 彈簧支吊架彈簧支吊架 彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)見圖2。彈簧支吊架的荷重直接與彈簧力相平衡，即彈簧力F等于彈簧剛度與壓縮值的乘積。式中：F彈簧力（N）；n 剛度（N/mm）；n 彈簧壓縮值（mm）；n或 式中：K 彈簧系數(shù)（mm/N）。圖2 可變力彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)1底板；2殼體；3彈簧；4頂板；5指示板；6松緊螺母HFHHKF1/1n支吊架彈簧應(yīng)滿足以下要求：n（1）表面不應(yīng)有裂紋、折迭、分層等缺陷，彈簧材料應(yīng)滿足60Si2MnA鋼的技術(shù)要求；n（2）彈簧兩端應(yīng)有不少于3/4圈的拼緊圈，兩端應(yīng)磨平，磨平部分不少于3/4圈。n（3）彈簧規(guī)格（絲徑d、外徑D、自由高度H0、剛度系數(shù) 、彈簧系

9、數(shù)K、節(jié)距t、工作圈數(shù)、總?cè)?shù)、允許壓縮值或最大工作變形量 、允許荷重 等）應(yīng)符合要求，支吊架彈簧規(guī)格可查閱有關(guān)手冊。maxHmaxP2.1 彈簧選擇原則彈簧選擇原則（1）彈簧壓縮值在最大工作變形量 與最小工作變形量 之間。（2）彈簧的安裝荷載或工作荷載不超過彈簧允許荷重 。（3）串聯(lián)安裝，單個(gè)彈簧變形量不能滿足支吊點(diǎn)熱位量時(shí)采用，串聯(lián)安裝時(shí)每個(gè)彈簧的荷重相同、等于工作荷重。因此，串聯(lián)安裝時(shí)所選用的彈簧號相同的彈簧，其類別（即允許壓縮值或自由高度）可不同，串聯(lián)安裝時(shí)兩個(gè)彈簧的熱位移值按彈簧的最大允許荷載下變形量比例分配。（4）并聯(lián)安裝，單個(gè)彈簧不能滿足荷重要求或結(jié)構(gòu)上需要采用雙吊結(jié)構(gòu)時(shí)，選用并

10、聯(lián)安裝。此時(shí)各彈簧的工作荷重相同、熱位移也相同，并聯(lián)彈簧的型號完全相同。maxHminHmaxP2.2 彈簧吊架的故障彈簧吊架的故障n（1）脫開；n（2）壓死；n（3）壓偏；n（4）彈簧斷裂；n（5）規(guī)格型號與設(shè)計(jì)不符；n（6）彈簧壓縮高度與設(shè)計(jì)值相差過大。3 恒力吊架恒力吊架 彈簧吊架在工作中由于實(shí)際熱位移與設(shè)計(jì)不同、使得實(shí)際工作高度與設(shè)計(jì)工作高度不同時(shí)，其實(shí)際工作荷重與設(shè)計(jì)值不同。管道在起停過程中，支吊點(diǎn)的熱位移不斷變動(dòng)、彈簧支吊架的實(shí)際工作荷載也變動(dòng)。支吊點(diǎn)的熱位移很大時(shí)，彈簧吊架要多個(gè)串聯(lián)才能使用，而有時(shí)結(jié)構(gòu)上不允許。恒力吊架適合在熱位移值大，實(shí)際熱位移不能準(zhǔn)確掌握，對荷重變化要求嚴(yán)格

11、時(shí)選用。在整個(gè)熱位移過程中恒力吊架荷重始終不變。 3.1 恒力吊架結(jié)構(gòu)及工作原理恒力吊架結(jié)構(gòu)及工作原理 典型恒力吊架結(jié)構(gòu)如圖3，它由固定框架12（外殼）、彈簧16、載荷調(diào)節(jié)器9、轉(zhuǎn)動(dòng)體（回轉(zhuǎn)框架）10等組成。轉(zhuǎn)動(dòng)體繞主軸1可以在外殼中轉(zhuǎn)動(dòng)，外殼通過生根螺栓11與槽鋼吊架根部相聯(lián)結(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)體的一端通過掛孔7與吊桿3及載荷螺栓6等聯(lián)結(jié)、吊桿可以沿掛孔轉(zhuǎn)動(dòng)（通常轉(zhuǎn)動(dòng)體有多個(gè)掛孔，分布在以主軸1為中心的同一輻射半徑上）。轉(zhuǎn)動(dòng)體中有荷載調(diào)節(jié)器螺栓，彈簧力通過拉板13及拉桿螺栓15作用在載荷調(diào)節(jié)器9的調(diào)整螺栓中部位置。彈簧固定在外殼上，彈簧力由拉桿螺栓傳給拉板，二者之間活動(dòng)聯(lián)結(jié)。 圖3 恒力吊架典型結(jié)構(gòu) 恒

12、力吊架的工作原理可由圖4的分析說明。圖中A為主軸1、B為掛孔位置、C為彈簧力作用在荷載調(diào)節(jié)螺栓上的位置（即拉板13與其交點(diǎn)）、D為彈簧座在外殼上的位置。 轉(zhuǎn)動(dòng)體上荷載W、彈簧力F組成以主軸A為中心的二個(gè)力矩、工作時(shí)它們大小相同、反向相反。DCABFVSTRhDW圖4 恒力吊架工作原理分析圖 是荷載W對A軸的力臂，h是彈簧力F對A軸的力臂。h與T的關(guān)系如下得出：在ADC中，按正弦定理： （3-2） 又彈簧力 （3-3）式中：為彈簧剛度（N/mm），為彈簧壓縮值（mm），由以上3式可得： （3-4） 在結(jié)構(gòu)上可做到R=T，由圖3可見只要V=S即可。通常二者均為60，如果恒力吊架裝配時(shí)，使得，則工作

13、中仍然保持，可得： （3-5） 由（3-5）式可見工作荷重W與支吊架熱位移無關(guān)，而且保持不變。hFSinRABW ACSinDCDSinTADhSinD CDADACSinThHFCDSinTADACHSinRABWABADACW3.2 使用及安裝要點(diǎn)使用及安裝要點(diǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)體工作時(shí)AB軸線與水平軸線夾角在30范圍之內(nèi)（分別由上下限位器限制），所以恒力吊架的允許熱位值等于AB（mm）值。當(dāng)支吊架熱位移向上時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)體（AB）采用下偏安裝，若熱位移向下時(shí)，采用上偏安裝。轉(zhuǎn)動(dòng)體偏裝方式及安裝偏角應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙的要求，掛孔位置也應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用，荷重要求通過調(diào)整AC值達(dá)到。 恒力吊架的技術(shù)參數(shù)有：型號、荷重

14、范圍、允許熱位移、掛孔位置、彈簧號、尺寸參數(shù)（AC值、AD值）等。3.3 恒力吊架故障或失效要點(diǎn)恒力吊架故障或失效要點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)與現(xiàn)場情況不符使得恒力吊架脫空（轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)至上30后被上限位器卡死）。（2）同1情況，恒力吊架卡死成為“剛吊”（轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)至下30后被下限位器卡死）。（3）掛孔位置安裝錯(cuò)誤，不符合設(shè)計(jì)要求。（4）偏裝角與設(shè)計(jì)要求不符（上偏裝誤裝成下偏裝、下偏裝誤裝成上偏裝、偏裝角不符等）。（5）吊桿明顯偏斜。4 限位支吊架限位支吊架 彈簧支吊架與恒力吊架都不能承受管道的熱脹和冷縮力或力矩，對熱位移不能限制。大容量機(jī)組的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道長度大、使管道支吊點(diǎn)熱位移值也大幅度增加、大機(jī)

15、組爐外蒸汽管道管徑大、管壁厚、熱膨脹值又大，因此對設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮力或力矩也很大，旁路管道管系剛度較大（管線較短）、而與主管的接口處主管的熱位移較大，以上幾種情況就需要在管系的適當(dāng)位置采用限位支吊架。 限位支吊架限制一個(gè)或二個(gè)方向的線位移，而對管道角位移不加限制。有的限位支吊架，也承受管道荷重。 設(shè)置限位支吊架后，把管段分成若干個(gè)獨(dú)立管段，使熱位移下降。 采用限位支吊架可以降低管道的熱脹應(yīng)力（二次應(yīng)力），在一些高應(yīng)力點(diǎn)附近可以設(shè)置。 管系中采用一定數(shù)重的承重型限位支吊架，則管系發(fā)生荷重轉(zhuǎn)移時(shí)（安裝調(diào)整后仍偏離設(shè)計(jì)、運(yùn)行中支吊架狀況不正常引起）不致使管道端點(diǎn)力或力矩過大，轉(zhuǎn)移的荷重將分?jǐn)?/p>

16、部分于限位支吊架上。這樣，對管道和被接設(shè)置危害將減小。 一般的固定支架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、剛性吊架，雖然也有限位功能，但不屬于專用限位支吊架。固定支架限制三個(gè)方向的線位移和角位移，即完全限位。一般的滑動(dòng)支架和剛性吊架，用在y向熱位移為零的支吊點(diǎn)，沒有限位要求。4.1 限位導(dǎo)向支架限位導(dǎo)向支架 這是承重型限位支架，用于水平管道上，限位方向?yàn)閥向向下和垂直于管道軸線的水平方向。但限位導(dǎo)向支架，不能限制管道角位移，只能用于允許管道水平面角位移為0.62的范圍。 限位導(dǎo)向支架多用水平布置的形補(bǔ)償器兩側(cè)，或用于軸向補(bǔ)償?shù)牟ㄐ窝a(bǔ)償器的兩側(cè)。4.2 限位剛性吊架限位剛性吊架 用于有y向下熱位移的吊點(diǎn)，限制吊點(diǎn)的向下熱位移。限位剛性吊架不但承重且承受較大的限位力，故吊桿直徑比一般剛性吊架大，使用中限位剛性吊架的實(shí)際工作荷重與設(shè)計(jì)工作荷重往往有很大的偏差，故