一種防偏恒力彈簧支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李永波

摘要：恒力彈簧支架在石油化工中起著減小和轉(zhuǎn)移管道二次應(yīng)力，保證管道安全運(yùn)行的重要作用。研究了在保證恒力彈簧支架的橫向穩(wěn)定性的同時(shí)，通過結(jié)構(gòu)上的巧妙設(shè)計(jì)，保持結(jié)構(gòu)的緊湊性，從而改善所支撐管道和設(shè)備的穩(wěn)定性。并對(duì)該結(jié)構(gòu)的恒力彈簧支架的原理和荷載調(diào)整原量進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：恒力彈簧支架、防偏斜、合成力

中圖分類號(hào)：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Structural Design of Anti-roll Constant Spring Support

Li Yong-bo

（Yangzhou Taike Piping Machineries Co.， Ltd.， Yangzhou 225000， China）

Abstract： Constant spring support plays an important role in reducing and transferring the secondary stress of pipelines and ensuring the safe operation of pipelines in petrochemical industry. It is studied to ensure the stability of the pipeline and equipment supported by maintaining the compactness of the structure through the clever design of the structure while ensuring the lateral stability of the constant spring support. The principle and constant amount of load adjustment of the constant spring support of the structure are analyzed.

Keywords： constant spring support， anti-roll， combined force

隨著我國(guó)石化裝置的高效化、大型化，豎塔設(shè)備或立管管道的垂直位移也越來越大，需要采用恒力彈簧支架作為支撐。此類設(shè)備或管道一般垂直高度較高，或在產(chǎn)生垂直位移的同時(shí)產(chǎn)生水平位移，這都對(duì)恒力彈簧支架的支撐穩(wěn)定性提出了較高的要求（如圖1），如果是采用單柱的支撐形式，很容易造成支撐的不穩(wěn)定，影響管道和設(shè)備的安全。為了克服這種現(xiàn)象，結(jié)合大量工程實(shí)踐，我公司設(shè)計(jì)出多柱并聯(lián)支撐的結(jié)構(gòu)來防止恒力彈簧支架的支柱在運(yùn)行過程中產(chǎn)生偏斜。

在現(xiàn)場(chǎng)布置時(shí)，對(duì)恒力彈簧支架橫向的尺寸有要求，如圖2，尺寸A和尺寸B都不能過大。如果A尺寸過大，會(huì)導(dǎo)致恒力彈簧支架與鄰近的恒力彈簧支架干涉，無法布置，周時(shí)也要節(jié)省更多的空間用于布置其他的構(gòu)件及儀表等設(shè)備。B尺寸過大的話，會(huì)使耳式支座變長(zhǎng)，不利于耳式支座的受力以及設(shè)備管道的穩(wěn)定性。

我公司根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)制造出一種恒力彈簧支架，能夠很好地兼顧穩(wěn)定防偏斜、尺寸緊湊的要求。其結(jié)構(gòu)如圖3。

這種結(jié)構(gòu)的恒力彈簧支架，采用一個(gè)主承力彈簧和一個(gè)輔助彈簧的合力達(dá)到力的恒定。圖中的螺紋支柱與內(nèi)框架焊接固定。當(dāng)管道或設(shè)備產(chǎn)生向下位移時(shí)，螺紋支柱帶動(dòng)內(nèi)框架壓縮主彈簧，同時(shí)內(nèi)框架通過拉板帶動(dòng)滾輪向下移動(dòng)。與滾輪接觸的凸輪會(huì)推動(dòng)滾輪壓縮輔助彈簧。則螺紋支柱上的力就是主承力彈簧的反力與兩側(cè)凸輪對(duì)滾輪反力的合力。

Fh——恒力彈簧支架工作荷載

Fs1——主彈簧反力

Fs2——輔彈簧力

a——凸輪滾輪接觸面的法線與水平線之間的夾角

在位移的前半部分，主彈簧的支撐力小于要求的工作荷載，凸輪對(duì)內(nèi)框架提供一個(gè)方向向上的合力;當(dāng)位移位于設(shè)計(jì)總位移的一半時(shí)，主彈簧的支撐力等于恒力彈簧支架的工作荷載，凸輪對(duì)內(nèi)框架的反力完全沿水平方向，垂直方向上的合力為0;在位移的后半部分，主彈簧的支撐反力大于要求的工作荷載，凸輪通過滾輪對(duì)內(nèi)框架形成一個(gè)方向向上的合力。這樣，內(nèi)框架通過螺紋支柱，始終輸出一個(gè)恒定的支撐力，即為恒力彈簧支架的工作荷載。

這種原理的恒力彈簧支架，可以很方便地進(jìn)行荷載調(diào)整。如圖5，如果給主彈簧施加一定的預(yù)壓荷載，則可以將恒力彈簧支架的工作荷載調(diào)大，最大荷載調(diào)整量可以達(dá)到原設(shè)計(jì)荷載的100%。但由于主彈簧的總壓縮量是一定的，通過預(yù)壓主彈簧來調(diào)整荷載的同時(shí)，恒力彈簧支架所能提供有效位移隨之減小，在實(shí)際選用時(shí)，可根據(jù)需要靈活地控制恒力彈簧支架的荷載和位移。

主彈簧與輔助彈簧的布置方式最大限度地利用了豎向與橫向的空間。4個(gè)螺紋支柱與外框架之間設(shè)有導(dǎo)向裝置，同時(shí)位移指示銷與內(nèi)框架是剛性連接，指示銷在圖中的槽內(nèi)位移時(shí)，也可以起到很好的導(dǎo)向作用。這種設(shè)置顯著提高了恒力彈簧支架的橫向穩(wěn)定性與承受水平位移的能力。

總結(jié)：通過巧妙布置主彈簧與輔彈簧的相對(duì)位置，節(jié)約水平空間的同時(shí)，可以布置4個(gè)立柱支撐，有效防止恒力彈簧支架偏斜。通過特殊設(shè)計(jì)的凸輪，實(shí)現(xiàn)力的恒定和大范圍的力的調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

GB/T17116.1-2018 《管道支吊架 第一部分 技術(shù)規(guī)范》

GB/T17116.2-2018 《管道支吊架 第二部分 管道連接部件》