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[原创] 弹簧架选型设计指南

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   发表于 2019-10-27 22:53:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 鹰图-程俊丰 于 2019-10-27 23:04 编辑

介绍:
        弹簧吊架是管道工业的一个组成部分。每个管道工程师都知道使用弹簧吊架支撑管道重量。当一些刚性支撑由于其热运动而不承受荷载或刚性支撑对设备连接产生不良影响时,建议使用弹簧吊架来分担部分荷载以保持管道系统的安全。对于任何给定的应用场景,要依据具体配置和项目要求来选择合适类型的弹簧支撑。弹簧吊架有两种。a)可变弹簧吊架-荷载在整个工作范围内变化;b)恒定弹簧吊架:荷载在整个工作范围内保持恒定。在使用 CAESAR II 的进行管道系统分析时,可参照下面的弹簧选型流程执行操作。


可变弹簧的选型流程:
图1 可变弹簧

        1、确定所需的热态荷载和管道移动(向上或向下)。

        2、根据弹簧样本预估行程范围。

        3、找到热荷载在工作行程内(中间范围)的弹簧,并选择其中最小的弹簧型号

        4、确保冷态荷载在弹簧的工作范围内,即在所选弹簧表中所示的两条深黑色线之间。

        冷态荷载可以按下式进行计算:

         冷态荷载 = 操作荷载 + 位移 x 弹簧刚度(管道向上移动)

         冷态荷载 = 操作荷载 – 位移 x 弹簧刚度(管道向下移动)

        5、如果冷态荷载超出所选弹簧表中的工作范围,则应选择更高一级的弹簧尺寸或下一个行程范围。

        6、检查所选弹簧的荷载变化率

        一般来说,对于非关键系统,荷载变化率限制在25%。对于关键系统,如汽轮机端接的蒸汽连接和与旋转设备连接的管道,如压缩机等,变化率限制在10%以内。如果变化率超过允许值,则在相同的荷载范围内选择较大尺寸的弹簧或较小的弹簧刚度。

        7.确定弹簧类型并根据可用空间和可用结构类型检查弹簧的可行性。


恒力弹簧的选型流程:
        当垂直移动超过50 mm,或有必要限制荷载向相邻的设备管口的转移,或当弹簧变化超过25%时,应选择恒力弹簧。

图2 恒力弹簧

        1、确定荷载及总的行程

        总行程 = 设计行程 + 裕量行程

        裕量行程 = 20% 的设计行程或 25mm 之间的大值

        2、从荷载表中选择弹簧,记住所选弹簧必须在工作范围内(在红线和黑线之间)

        3、选择类型并根据可用空间和可用结构类型检查弹簧的可行性。

        4、弹簧箱必须而不受任何限制,能够自由移动。

        5、在向结构提资时,应力工程师必须检查弹簧载荷作用线与弹簧底板间的偏心情况(参见图1)。

图3 弹簧载荷作用线与弹簧底板间的偏心情况

CAESAR II 中的选型流程:
        1、CAESAR-II 中弹簧选型的默认设置:

        在弹簧选型框输入数据之前,最好为弹簧设计设置默认的控制数据。相应输入框的具体含义可直接在个输入框中按F1键进行查看,这里就不在赘述。

图4 CAESAR II 的弹簧默认设置

        2、CAESAR-II 弹簧选型的辅助面板设置

        在对特定节点进行弹簧选型时,会出现以下辅助窗口。此窗口的设置如下图所示。

图5 弹簧选型辅助面板

        注1:最大允许行程限制

        此字段用于指定可变弹簧架的行程限制。如果行程超过指定的这一限制,不论是否存在满足要求的可变        弹簧,软件都将直接选择以恒力弹簧。在此框中输入一个如 0.001 的小值将会让软件强制选出一个恒力弹簧。

         注2:释放规则

        在弹簧设计荷重分配工况运行期间,通常会将离弹簧很近的设备连接处的固定点或约束进行释放,以便使弹簧能够承担原本应传向设备管嘴的荷载。

        弹簧可以设计为承受固定点和弹簧之间管道的全部重量,使用此框指定释放的节点及相应释放规则。

        释放规则有:

        1、仅释放固定或约束的 Y 向

        2、仅释放固定或约束的 Y 和 X 向

        3、仅释放固定或约束的 Y 和 Z 向

        4、释放固定或约束的所有转动自由度(X, Y 和 Z 向)

        5、释放固定或约束的所有平东和转东自由度(X、Y、Z、RX、RY和RZ)。.

        上面的选项5通常会对相邻弹簧产生最高的荷载,但仅当弹簧和固定点之间的水平距离在约4倍管道直径范围内时才应使用。.

        注3:此处弹簧数量

        考虑到支撑的稳定性,使用座簧时,对 24″ 及以上管道应使用2个座簧。

弹簧选型的几点注意事项:
  • 对于座簧,从稳定性角度来看,弹簧高度应保持最小。如果弹簧高度较低,弹簧上由摩擦力导致的力矩将减小,这样可以避免或显著减小弹簧的倾斜。
  • 在设计弹簧吊架时,应将持续工况下管道向下的挠度减至最小(不超过 +/-1 mm),这样原始管道系统就不会受到太大的张力。



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发表于 2019-10-28 15:58:29 | 显示全部楼层
程工,你好!
请问恒力弹簧的第5条怎么操作,如何检查?是把这个偏心力矩提给结构吗?
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 楼主| 发表于 2019-10-28 16:11:12 | 显示全部楼层
joinbeing 发表于 2019-10-28 15:58
程工,你好!
请问恒力弹簧的第5条怎么操作,如何检查?是把这个偏心力矩提给结构吗? ...

是的
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发表于 2019-12-12 08:51:33 | 显示全部楼层
论坛多就应该多发一些这种实用贴!
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发表于 2020-1-5 17:39:31 | 显示全部楼层
说明很详细,保存
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发表于 2020-3-13 22:32:35 | 显示全部楼层
谢谢分享
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发表于 2020-4-9 20:17:26 | 显示全部楼层
实用,谢谢分享,可以考虑每个月发一个这样的技术贴(就算是软件使用小技巧也可以),这样大家可以每个月来看一次
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发表于 2020-5-11 14:33:53 | 显示全部楼层
技术大神的帖子不错,工具就是为了更好的辅助设计。
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