管道支吊架选型经验（管道支吊架的选用及设置）
管道支吊架选型经验（管道支吊架的选用及设置）1 作用分析过程中 正确设置支吊架是一项重要的工作。支吊架选型得当 布置合理 所设计的管系不仅美观 而且经济安全。
1. 在进行管道设计时 首先要考虑满足工艺要
求 还要考虑设备、管道及其组成件的受力状
况 以保证安全运转。管道应力分析是涉及多学
科的综合技术 是管道设计的基础。在管道应力
分析过程中 正确设置支吊架是一项重要的工
作。支吊架选型得当 布置合理 所设计的管系
不仅美观 而且经济安全。
1 作用
管道支吊架主要有以下几个方面的作用。
(1) 承受管道的重量荷载(包括自重、充水
重、保温重等) 。
(2) 阻止管道发生非预期方向的位移。
(3) 控制摆动、振动或冲击。
2 位置及类型
管道支吊架的位置及其类型对已定管系的受
力状态的影响很大 主要有两个方面。
(1) 对管系的应力分布状态、最大应力值、
管系的端点作用力和力矩有影响 因为这种管系
端点的荷载将会传递到与该管端相联接的设备
上。因此 支吊架设置得当 能改善管系中的应
力分布和端点受力以及力矩状况。因此 管系的
柔性不但受到管系形状的影响 也受到所选定支
吊架位置和类型的影响。
(2) 支吊架的设置非常灵活 可变化的范围
较大。支吊架的位置、数量和形式选择往往因人
而异。对同一个管系存在着多种支吊架设置方
案 不同的设置形式将反映出不同的应力分布
应力值及端点受力。因此 在进行管道设计时
为使管系具有足够的柔性 除了应注意管系走向
和形状外 支架位置和型式也是相当重要的。
211 间距
支吊架间距尤其是水平管道的承重支吊架间
距不得超过管道的允许跨距 以控制其挠度不超
限。一般连续敷设的管道允许跨距应按三跨连续
梁承受均布荷载时的刚度条件计算 按强度条件
校验 取刚度条件决定的跨距和强度条件决定的
跨距中两者的小值。
212 柔性
尽量利用管道的自支承作用 少设置或不设
置支架。要利用管系的自然补偿能力合理分配支
吊架点和选择支吊架类型。
213 位移
有管托的管道纵向位移不得超过管托的长
度; 管托长度应留足余量 并排敷设的管道横向
位移不得影响相邻管道。
214 生根条件
必须具备生根条件的支吊架一般可生根在地
面、设备或建构筑物上。
215 类型
(1) 支吊架从限制性可分为3 类: 固定架、
导向架和支托架(或单向止推架) 。
(2) 支吊架从力学性能又可分为刚性支架和
弹性支架。
21511 刚性支架
2. 从理论上说 刚性支架的刚度为无穷大 在
外力荷载的作用下没有变形 一般用在无垂直位
移的地方。
21512 弹性支架
弹簧都具有一定的刚度 在外力荷载的作用
下可以变形(位移) 。弹簧支架在弹簧工作范围
内 管道有小的变形过程时 不会完全失去其分
配荷载 从而控制荷载转移量。
弹簧支吊架一般用于管段在垂直方向有热位
移的场所 引起管道支点的变位 若该支点为刚
性支吊架 将会妨碍管段的变位 或使管段脱离
支吊架 致使管道产生过大的力和应力。如果采
用弹簧管托、管吊则不会产生这种现象。弹簧支
吊架分为两大类: 可变弹簧支吊架和恒力弹簧支
吊架。
(1) 可变弹簧支吊架的特性是当管系在垂直
方向发生位移后弹簧压缩或伸长 支点受力发生
变化 管系在支点处的荷载将重新分配给附近支
点 一般常指定其荷载变化率范围为25 %。
荷载变化率= | 工作载荷- 安装载荷
工作载荷
| ×100 ≤25 %
当可变弹簧无法满足荷载变化率≯25 %之要
求时 即可选用恒力弹簧支吊架。
(2) 恒力弹簧支吊架是管系上下(垂直) 位
移时 其荷载不变 即它的荷载变化率在理论上
为零 此类支吊架适用于垂直位移量较大的管
系 或者荷载变化率要求严格的场合。对用恒力
弹簧吊架支承的管道和设备 在发生位移时 亦
可获得恒定的支承力 因而不会给管道和设备带
来附加的力和应力。可避免管道系统产生不利的
力转移 以保证管道及设备正常运行。
216 位置
确定管道支吊架位置有以下要点。
(1) 满足管道最大允许跨度的要求。
(2) 在有集中荷载时 支架要布置在靠近荷
载的地方 以减少偏心荷载和弯曲应力。
(3) 在敏感设备(泵、压缩机等) 附近 应
设置支架 以防管道荷载作用于设备管嘴。
(4) 往复式压缩机的吸入或排出管道以及其
他有强烈振动的管道 宜单独设置支架 支架生
根于地面上的管墩、管架上并与建筑物隔离 以
避免将振动传递到建筑物上。
(5) 除振动的管道外 应尽可能利用建筑
物、构筑物的梁柱作为支架的生根点 且应考虑
生根点所能承受的荷载 生根点的构造应能满足
生根件的要求。
(6) 对于复杂的管道 尤其是需要作详细应
力计算的管道 还应根据应力计算结果调整其支
吊架的位置。
(7) 应设在不妨碍管道与设备的连接和检修
的部位。
(8) 应设在弯管和大直径三通式分支管附
近。
(9) 安全泄压装置出口管道应根据需要 考
虑是否设置支架。
3 选用原则
(1) 选用管道支吊架时 应按照支承点所承
受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温
度、是否保温或保冷以及管道的材质等条件选用
合适的支吊架。
(2) 设计时应尽可能选用标准管托、管卡、
管吊。焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管
吊节省钢材且制作简单和施工方便。因此 除下
列情况外 应尽量采用焊接型的管托和管吊: ①
管内介质温度≥400 ℃的碳素钢材质的管道; ②
低温管道; ③合金钢材质的管道; ④生产中需要
经常拆卸检修的管道; ⑤架空敷设且不易施工焊
接的管道; ⑥非金属衬里管道。
(3) 防止管道过大的横向位移和可能承受的冲
击荷载 以保证管道只沿着轴向位移 一般在下列
条件的管道上设置导向管托: ①安全阀出口的高速
放空管道和可能产生振动的两相流管道; ②横向位
移过大影响邻近管道; ③固定支架之间的距离过
长 可能产生横向不稳定时; ④为防止法兰和活接
头泄漏而要求不宜发生过大横向位移的管道。
(4) 热胀量超过100mm 的架空敷设管道应
选用加长管托 以免管托落到管桥梁下。
(5) 支架生根在钢质设备上 若设备需热处
理时 应给设备专业提供垫板委托。当设备为合
金材质 垫板材料应与设备材质相同。
(6) 对于生根在设备或土建平台上荷载较大
的支架位置、标高和荷载应事先与相关专业联
系。
3. (7) 凡需要限制管道位移量时 应考虑设置
限位架。
(8) 当垂直方向有位移时 可选弹簧支吊
架; 弹簧根据具体情况可用于并联和串联。
(9) 当管道在支承点有垂直位移且要求支承
力的变化范围在6 %以内时 管系应采用恒力弹
簧支吊架。
(10) 在管道支吊架通用图中无法选出合适
的支吊架时 可采取其它特殊形式支吊架。
4 应力分析
管道支吊架的设置除了对管系一次应力的大
小有着直接的影响外 还对调节管系的二次应力
/ 端点推力起着重要的作用。正确选用支吊架
调整和改善管系的应力分布状态 使管系适应变
形的需要和管系端点推力在使用范围内是十分重
要的。同时 还可选择某种类型支架来限制管系
在某个方向的位移 从而减少设备管嘴的应力以
保护设备 尤其是那些敏感设备 如压缩机、汽
轮机和机泵的管嘴等。
411 泵
泵出口管道布置见图1 。
图1 泵出口管道布置
若弯头处选用刚性吊架 对于温度较高的介
质 刚性吊架势必会托空 管系上管道、阀门等
重量以及热胀力都落在泵嘴子上 支吊架失去了
作用。改用弹簧吊架就会大大改善泵嘴子受力。
412 杠杆效应
在利用支吊架调节管道的应力时 管道设计
中充分利用或消除支架的杠杆效应是十分重要
的。由于管道是一个刚度足够大的弹性体 那么
在任何有刚性支架的地方都会产生杠杆效应。以
某厂减压转油线为例 见图2 。
图2 减压转油线
整个转油线只有1 个支架 它好比是1 个杠
杆 支架设置的位置直接影响到减压塔嘴子的受
力 如图2 支架在a 和b 位置不同 减压塔嘴子
的受力见表1 。
表1 减压塔嘴子的受力
FX(N) FY(N) FZ(N) MX(Nm) MY(Nm) MZ(Nm)
操作工况a - 234 - 15832 - 1970 - 99082 - 964 - 365
操作工况b- 278 - 29327 - 2776 - 77412 - 1006 775
自重工况a - 78 - 25845 2459 49431 - 321 452
自重工况b- 156 - 38730 2390 58058 - 566 519
从数据中可以看出 由于FY 方向的力较
大 引起的MX 的力矩也较大 但是FY 值大
不一定MX 的值就大 它还与力臂有关 所以通
过应力分析不断地尝试 最终可以找到一个最理
想的位置 使减压塔嘴子受的力和力矩最小。
管道设计人员在设计支吊架时 先应将管系
通盘考虑一下 如果管系复杂可将它分成若干个
较简单的管系; 对于高温、高压的管道一定要进
行应力分析 以免由于支架的选择不当造成不良
后果。
5 结语
综上所述 在整个管道工程的投资中 虽然
支吊架系统所占的比例很少 但支吊架对整个管
系的安全运行起着至关重要的作用; 管道支吊架
的设计与管系的应力密切相关 可以借助设置支
吊架来限制某个方向的力或位移 从而使管系处
于安全状态。从某种意义上来说管道的规划过程
实际上是规划管道支吊架。由此可见 管道支吊
架的设计在管道设计中起着非常重要的作用
