管道支吊架是與管道緊密聯(lián)系在一起的結(jié)構(gòu)，是管道重要的組成部分之一。管道支吊架設(shè)計(jì)不當(dāng)，在運(yùn)行中會使管道其他組件易于損壞，更嚴(yán)重的是會使轉(zhuǎn)動設(shè)備受損，直至被迫停運(yùn)。因此，該問題在工程設(shè)計(jì)中不可忽視。正確設(shè)計(jì)管道支吊架，對于改善管系振動、適應(yīng)管系變形等有著重要的作用與意義。
一、管道支吊架的分類與結(jié)構(gòu)組成
管道支吊架的種類很多，按功能和用途可分為4大類8小類，詳見表1。從管道支承的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系等方面考慮，管道支吊架有管部附著件、連接配件、特殊功能件、輔助鋼結(jié)構(gòu)及生根件等組成。
表1 管道支吊架的分類
大分類小分類
序號名稱用途序號名稱用途
1承重支吊架用來承受管道的重力及其它垂直向下荷載的場合1剛性支吊架無垂直位移的場合
2可調(diào)剛性支架無垂直位移、安裝誤差嚴(yán)格的場合
3彈簧支吊架有垂直位移的場合
2限制性支吊架用來阻止、限制或控制管道系統(tǒng)熱位移的場合4固定支架在固定點(diǎn)處不允許有線位移和角位移的場合
5限位支架限制某一方向位移的場合
6導(dǎo)向支架允許管道有軸向位移、不允許有橫向位移的場合
3恒力支吊架用于垂直位移大、希望保持管道在冷、熱狀態(tài)下支吊點(diǎn)的荷載不能變化很大的場合
4防振支架用于限制、緩和往復(fù)式機(jī)、泵進(jìn)出口管道和由地震、風(fēng)壓、水擊、安全閥排出反力引起的管系振動7減振器需要彈簧減振的場合
8阻尼器緩和往復(fù)式機(jī)泵、地震、水擊、安全閥排出反力等引起的油壓式振動
二、管道支吊架位置的確定方法
1.確定管道支吊架位置的要點(diǎn)與要求
應(yīng)滿足管道最大允許跨度的要求，有壓力脈動的管道，要按所要求的管道固有頻率來決定支架間距，避免發(fā)生共振;有集中荷載時(shí)，支架應(yīng)在靠近集中荷載的地方設(shè)置，以減少偏心載荷和彎曲應(yīng)力;在敏感設(shè)備(泵、壓縮機(jī))附近設(shè)置支架，以防止設(shè)備嘴子承受過大的管道荷載;往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)出口管道或者是其它有強(qiáng)烈振動的管道，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置支架且要落地生根，以避免振動傳遞;除振動管道外，應(yīng)盡量利用已建構(gòu)筑物的梁柱作支架的生根點(diǎn)，并考慮生根點(diǎn)所能承受的荷載，生根點(diǎn)的構(gòu)造滿足生根件的要求;要求作更詳細(xì)應(yīng)力分析的管道，其支架位置根據(jù)分析決定，基于維修方便，管道支吊架應(yīng)設(shè)在不防礙管道與設(shè)備的連接和檢修的部位;管道的支撐點(diǎn)在直立方向無位移時(shí)應(yīng)采用剛性支吊架，有位移時(shí)應(yīng)采用可變彈簧支吊架，位移量大時(shí)應(yīng)采用恒力彈簧支吊架;沿直立設(shè)備布置的管道，第一個(gè)管架應(yīng)設(shè)置承重支架，其后應(yīng)分別設(shè)置導(dǎo)向支架。
2.典型配管的支架位置的確定方法
針對容器類設(shè)備上部接管的支架位置的確定，通常的作法是，每根管道都有一個(gè)滑動承重架，當(dāng)垂直管段較長時(shí)，可增加一個(gè)導(dǎo)向架，支架均生根在設(shè)備上。
塔類設(shè)備管道的支架位置的確定方法是，塔類管道通常支承在塔壁上，第一個(gè)支架盡時(shí)靠近設(shè)備管口，以減小設(shè)備口和支承點(diǎn)的相對熱膨脹位移，減小熱脹的反力。如果第一個(gè)支架至管口的管道柔性不夠，可改變管道走向適當(dāng)增加管道的柔性;如果第一個(gè)承重架荷載過大時(shí)，可另設(shè)第二個(gè)承重架，但第二個(gè)承重架應(yīng)選用彈簧架。
泵管道的支架位置的確定情況是，泵的管道布置方式有很多種類，如RS-1支架通常可作成可調(diào)節(jié)高度的承重架。再如，DS-1是限位架，要使泵進(jìn)口水平管的軸線保持無偏移，泵口不至于承受過大的彎矩。RS-2支架為滑動架，應(yīng)注意支架至彎頭的距離不易過小，否則將會脫空。DS是水平向限位架。此外，對大型水泵出口要注意止回閥關(guān)閉時(shí)的推力作用，在止回閥和切斷閥附近應(yīng)有堅(jiān)固的支架，以承受水擊及重力荷載。
安全閥管道的支架位置的確定，其情況是，安全閥的管口承受外載引起的彎矩要求盡量小，以免閥體變形影響閥的性能。設(shè)置支架時(shí)除考慮承受管道的重力荷載外，還應(yīng)注意泄放流體時(shí)產(chǎn)生的反力及其方向。安全閥出口管第一個(gè)支架的生根點(diǎn)不應(yīng)生根在柔性大的剛結(jié)構(gòu)上，同時(shí)支承點(diǎn)的垂直向熱位移應(yīng)盡量小。在溫度較高的管道上，閥出口水平段應(yīng)足夠長，避免支架脫空。安全閥突然開啟，容易產(chǎn)生振動，特別是大口徑、大壓差的安全閥應(yīng)注意防振，出口管為氣液兩相時(shí)，更要注意防振和避免水擊。
關(guān)于控制閥組管道的支架位置的確定，其情況是，控制閥組通常在管道的彎頭下面設(shè)置支架，對于常溫的管道可采用固定架，對于有熱脹的管道，應(yīng)根據(jù)柔性分析的要求，將一個(gè)架設(shè)置成固定架，另一個(gè)架設(shè)置成滑動架或?qū)蚣堋Ｈ绻y組很長，僅在閥組兩端支撐，會使閥組中間下垂較大，應(yīng)在中間增加一個(gè)支架，中間支架最好采用可調(diào)式支架，以便安裝。中間架也可設(shè)置成固定架，熱脹時(shí)向兩端位移。
三、管道支吊架設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
1.節(jié)省彈簧架
彈簧架比普通支架貴，在長期工作狀態(tài)下還有失效問題，不如剛性支架耐用可靠，過多的設(shè)置彈簧支吊架還會使管系各點(diǎn)位移方向失去控制，管系穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生偏斜和振動，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少彈簧架的設(shè)置。
2.減小管道與支架間的相對位移
管道與支架間的相對位移在管道支架設(shè)計(jì)中非常重要。如透平機(jī)的蒸汽管道，低點(diǎn)為管徑較小的冷凝水排出管，若在A點(diǎn)設(shè)支于地面的支架，彎頭處設(shè)彈簧支座，這樣會因蒸汽主管垂直管段很長又向下膨脹，而冷凝水管在A點(diǎn)支于地面剛性較大，阻礙彈簧向下移動，這樣易造成機(jī)器損壞，或?qū)е缕溥\(yùn)行不正常。因此，應(yīng)將支于地面的支架改在從主管上生根。由于支架隨主管一起升降，主管能夠自由向下膨脹，這樣管徑較小的冷凝水管與支架間垂直向相對位移就會減至很小。
3.放空管道的支架，設(shè)計(jì)時(shí)要求計(jì)算反力及傾覆力矩，核算放空管的強(qiáng)度
放空管末端部型式不同，對支架的設(shè)置要求亦不同。絕大多數(shù)常壓設(shè)備及管道，包括水平力為平衡的三通式，多用于壓差較大或要求排氣垂直向上，它們在設(shè)置支架時(shí)都要考慮風(fēng)荷載的影響。末端帶彎頭，對排氣要求確定方向，但放空時(shí)會產(chǎn)生水平力。如果支架設(shè)置不合適，出口與支架的距離過大，噴氣反力又大時(shí)，放空管可能會發(fā)生傾斜，因此管道支架設(shè)計(jì)時(shí)要求計(jì)算反力及傾覆力矩，核算放空管的強(qiáng)度。
4.防止管道振動
剛性圓鋼吊架連續(xù)安裝多個(gè)時(shí)，管道的橫向阻力很小，容易引起擺動和振動，從防止管道振動的角度出發(fā)，管架選型時(shí)應(yīng)盡量不用圓鋼吊架，或者不連續(xù)使用圓鋼吊架。往復(fù)式壓縮機(jī)對管道振動的防止更為突出，除考慮支架間距與固有頻率的關(guān)系外，還要避免在樓面上、梁上設(shè)支架，以避免把管道的振動傳遞給建筑物，因此要求配管時(shí)把管道的支架生根在地面基礎(chǔ)上。調(diào)節(jié)閥組除考慮支承重量外，還要考慮管道熱膨脹以及承受振動的力。當(dāng)閥門進(jìn)出口壓差大時(shí)，或液體管道減壓過程產(chǎn)生氣體時(shí)，均易產(chǎn)生劇烈振動。兩相流的管道還應(yīng)考慮水錘的可能性。如果熱脹力允許，宜在調(diào)節(jié)閥的出口側(cè)設(shè)固定架，進(jìn)口側(cè)設(shè)滑動架，必要時(shí)在調(diào)節(jié)閥出口側(cè)的垂直管段上設(shè)導(dǎo)向架。
四、結(jié) 語
綜上所述，管道支吊架在管道設(shè)計(jì)中尤其重要，管道支吊架的設(shè)置主要是承受管系的自重和外載，避免產(chǎn)生過量撓度，控制管系的一次應(yīng)力在允許使用范圍之內(nèi)。此外，基于使管系適應(yīng)位移的需要，控制管系二次應(yīng)力和綜合應(yīng)力不應(yīng)超過允許界限，以使管系的端點(diǎn)推力在許用范圍之內(nèi)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備之目的。
