關于彈簧支吊架的安裝與調(diào)整

康宇鑫 吳劍軍 張 博

中國石油工程建設有限公司 河南洛陽 471023

管道支吊架的設計是管道設計中的重要組成部分，它必須考慮相關設備、管道及其組成件的綜合受力情況，通過正確、合理的管道支吊架設置，來完成對管系一次應力和二次應力的約束和矯正，以此來保證管道的長周期安全運行。

1 管道支吊架的大致分類

管道支吊架按照性能可以分為剛性支吊架、彈性支吊架、柔性管架和減振阻尼器。剛性支吊架具有較高的剛度，在作用力的作用下，理論上是不發(fā)生形變的，其一般應用于沒有豎向位移的管道支撐點上。彈性支吊架是指加入了彈性元件的支吊架，一般應用于在豎直方向上具有較大位移的管道支撐點上。柔性管架是一種在管道主位移方向上剛度較小的支架，即管道位移不受支吊架的限制，而是將位移傳遞給支架使之共同移動，適用于對大口徑單根管道的支撐。減振阻尼器是一種特殊的管道支吊架，其主要作用是抑制管道的震動和沖擊荷載，限制管道和設備的線加速度及線速度，但允許管道及設備的最終熱位移。以下重點討論彈簧支吊架的安裝和調(diào)整。

2 彈簧支吊架的分類及簡介

彈簧支吊架分為兩大類，一是可變彈簧支吊架（圖1），二是恒力彈簧支吊架（圖2）。可變彈簧支吊架的荷載隨著位移的變化而變化，其允許位移范圍一般為0～120mm，荷載變化率不應該大于25%。恒力彈簧支吊架的荷載理論上不隨位移的變化而變化，它是通過一個旋轉機構保證力矩平衡，來實現(xiàn)荷載的恒定。但在現(xiàn)實中，要保證荷載完全恒定是不現(xiàn)實的，一般認為將荷載變化率控制在6%以內(nèi)，即認為合格，允許位移范圍一般為50～400mm?？勺儚椈珊秃懔椈删纱?lián)和并聯(lián)使用。當荷載過大時，采用并聯(lián)；當位移變化過大時，采用串聯(lián)。設計中，彈簧支吊架的最大串聯(lián)數(shù)不宜超過3 個。需要注意的是，在實際工程建設中，即便將質量完全合格的彈簧安裝在管道及設備上之后，也不能保證其在日后的生產(chǎn)運行中完全滿足設計要求。影響彈簧支吊架性能的最大因素就是其安裝和調(diào)整，且對日后管道及設備的安全運行起著決定性的作用。如果彈簧支吊架安裝調(diào)整不到位，會導致彈簧無法正常工作，引起管道及設備損害，甚至發(fā)生事故。

圖1 可變彈簧支吊架典型結構圖

圖2 恒力彈簧支吊架典型結構圖

3 彈簧支吊架的安裝和調(diào)整

3.1 明確正確的拆除時間

當管道完成所有的過載測試及絕熱施工后，在開車試運之前，應當將所有彈簧支吊架的限位銷釘移除。只有在這個時候拆除掉彈簧的限位銷釘，才能夠保證將彈簧調(diào)整到正確的設計荷載，從而滿足設計要求，同時也能夠避免管道或設備在過載測試的過程中造成彈簧卡阻及損壞。另外，有一種比較特殊的情況就是，對于和轉動設備接口相連的管道上的彈簧支吊架的調(diào)整，應當在施工完成后，管道強度試驗之前進行，其目的是為了使管法蘭和設備法蘭的間距、平行度、同軸度等重要參數(shù)在配管過程中得到充分保證。待完成這類管道的配管安裝后，再重新鎖定彈簧支吊架的限位銷釘，進行管道的后續(xù)過載試驗。

3.2 明確彈簧的“三態(tài)”

彈簧的“三態(tài)”，即彈簧的剛態(tài)、冷態(tài)和熱態(tài)。彈簧的剛態(tài)，也就是彈簧的安裝狀態(tài)。由于彈簧的限位銷釘還未移除，整個彈簧處于一種剛性狀態(tài)，既不能被拉伸，也不能被壓縮，此時的彈簧是一個幾何尺寸不能變化的剛體，彈簧的總高度就是彈簧的安裝高度。彈簧的冷態(tài)，是指在正式開工試運之前，將彈簧的定位銷釘拆除后，彈簧恢復彈性時的狀態(tài)。彈簧的熱態(tài)是指裝置開工后，在一個預定的溫度下工作時彈簧的狀態(tài)。

3.3 對彈簧的安裝和調(diào)整要求

彈簧處于剛態(tài)時，是按照管道的應力分析要求，將彈簧預壓縮或預拉伸到一個預定的位置，即安裝標尺（冷態(tài)位置）處，并用限位銷釘鎖死，此時彈簧支吊架是一個幾何尺寸不能變化的的剛體。對于彈簧的安裝和調(diào)整有如下技術要求：

（1）彈簧在安裝時，要使彈簧的觀察面板朝向日后便于觀察的方向；

（2）安裝時要保證彈簧的安裝預留空與彈簧自身的安裝高度相符；

（3）彈簧的限位銷釘移除時，可通過調(diào)整彈簧，形成無約束條件，在無約束條件下予以移除，嚴禁強力移除；

（4）移除限位銷釘后，可再對彈簧做適當調(diào)整，使彈簧準確處于冷態(tài)標尺指示位置，以滿足設計要求；

（5）彈簧和相關管道或設備應當形成緊密連接，不得留有安裝曠量。

由上述彈簧的安裝和調(diào)整要求，可以發(fā)現(xiàn)，彈簧支吊架存在兩種狀態(tài)下的調(diào)整：第一是剛態(tài)調(diào)整，其目的是保證彈簧在無約束狀態(tài)下限位銷釘?shù)囊瞥?；第二是冷態(tài)調(diào)整，其目的是為了在拔出限位銷釘后將彈簧精確調(diào)整到冷態(tài)指示位置，以滿足設計需求。通常所說的彈簧支吊的調(diào)整，指的就是冷態(tài)調(diào)整。

恒力彈簧支吊架主要由彈簧、固定框架、回轉框架、回轉機構、荷載調(diào)整裝置、位移指示板和位移調(diào)整裝置構成；變力彈簧支吊架主要由彈簧、固定殼體、位移指示板和位移調(diào)整裝置構成。其中位移調(diào)整裝置主要分為兩類：一種是可旋螺桿，主要適用于彈簧支架，通過旋轉升降螺桿來達到對彈簧壓縮量的精確控制；另一種是花籃螺母，主要適用于彈簧吊架，通過花籃螺母的旋緊或放松來達到對彈簧壓縮量的精確控制。特別應當注意的是，對于恒力彈簧支吊架，一定不要將位移調(diào)整裝置和荷載調(diào)整裝置混淆，以免造成彈簧失效。安裝前，要仔細檢查彈簧支吊架的銘牌標識，核對好彈簧支吊架位號、位移量、位移方向和安裝荷載，保證將正確的彈簧支吊架安裝到正確的位置上，并與其承載的管道或設備緊密連接，不得留有安裝曠量。完成強度試驗之后，在管道和設備正式運行之前，首先要對彈簧支吊架進行剛態(tài)調(diào)整，通過調(diào)整花籃螺母或者可旋螺桿的松緊直至用手能在無約束狀態(tài)下自由地取出限位銷釘，并且對限位銷釘加以妥善保管，以備日后對彈簧支吊架維護和調(diào)整。隨后，再對彈簧支吊架進行冷態(tài)調(diào)整。

4 彈簧支吊架的粗調(diào)、細調(diào)和精調(diào)

4.1“三步調(diào)整法”步驟

對于彈簧支吊架的冷態(tài)調(diào)整，當一個管系上只有一個彈簧支吊架時，很容易將彈簧調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處。但對于在一個管系或設備上有多個彈簧支吊架的情況，由于在調(diào)整時不同彈簧間的相互影響，往往無法實現(xiàn)一次調(diào)整到位，此時就需要采用彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”，即粗調(diào)、細調(diào)和精調(diào)的“三步調(diào)整法”，具體如圖3 所示。具體步驟如下：

圖3 彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”示意圖

（1）以靠近上端設備口的第一個彈簧支吊架A 為起點開始調(diào)整，當彈簧A 被調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處時，完成彈簧A 的第一次調(diào)整，此為該彈簧A 的“粗調(diào)”。

（2）之后，依次向下調(diào)整第二個彈簧支吊架B，將B 調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處時，完成該彈簧B 的第一次調(diào)整，即該彈簧B 的“粗調(diào)”。此時，由于受到彈簧B的荷載變化影響，彈簧A 的實際冷態(tài)位置會發(fā)生偏移，因此再重新返回調(diào)整彈簧A，將彈簧A 再一次調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處。此時，就完成了彈簧A 的第二次調(diào)整，也就是常說的“細調(diào)”。

（3）然后，繼續(xù)依次向下對第3 個彈簧C 進行“粗調(diào)”，將彈簧C 調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處后，由于受到彈簧C 的荷載變化影響，彈簧A 和B 的實際冷態(tài)位置會發(fā)生偏移，所以要重新返回依次完成對彈簧A 和B的調(diào)整，將彈簧A 和B 依次再次調(diào)整到指定的冷態(tài)標尺處；此時，就完成了彈簧A 的第三次調(diào)整，也就是常說的“精調(diào)”，同時也完成了彈簧B 的第二次調(diào)整，即彈簧B 的“細調(diào)”。如此循環(huán)反復后，就完成了同一個管系或設備上所有彈簧支吊架的調(diào)整。這就是關于彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”。

這里需要特別注意的是，對于同一個管系上多個彈簧支吊架調(diào)整的先后順序，應當遵循“從上至下、從設備口到固定支架”的原則，依次完成所有彈簧支吊架的正確調(diào)整。另外，對于安裝和調(diào)整要求特別嚴格的情況，也要適當考慮施工作業(yè)時的環(huán)境溫度，一般常溫20℃是較為理想的施工作業(yè)環(huán)境溫度。

4.2 嚴格操作意義重大

現(xiàn)場實際施工作業(yè)時，要嚴格要求將每一個彈簧調(diào)整指示到冷態(tài)指示位置，這里有4 個重要目的：（1）使得彈簧支吊架的狀態(tài)設置滿足設計需求；（2）對施工方的一個保護，以此來證明完成了無約束拆除限位銷釘；

（3）在將彈簧支吊架調(diào)整到指定冷態(tài)位置的過程中，也是對彈簧是否可以進行正常機械動作的一個最直觀的檢查；

（4）為了便于開工后的準確觀察，觀察彈簧在相應工況下是否發(fā)生了相應的位移，以此來判斷管道或者設備的自由度是否得到了保障，是否被其他因素約束。如果沒有發(fā)生位移，說明管道或者設備的自由度沒有得到充分保障，此時處于危險狀態(tài)。這個時候，就要求迅速排查出問題所在，將隱患立即予以消除，保障生產(chǎn)安全運行。

由于在管道設計中涉及到的各類型荷載很多，比如風荷載、雪荷載、安全閥反力、地震荷載和水平力等，彈簧支吊架在正常工況下，其位移指示只要處于冷熱態(tài)標定之間一般就認為是合格的。如果有異議，也可以提出申請再次進行設計復核。

5 結束語

總之，彈簧支吊架的安裝與調(diào)整是在管道工程建設中極為重要的一個環(huán)節(jié)，安裝與調(diào)整的正確與否，將直接關系到彈簧支吊架以后是否可以進行正確動作，補償管道或設備的熱位移，從而確保管道或設備的安全運行。應當在實際的生產(chǎn)建設中，對此提高認識，嚴肅施工紀律，確保工程建設質量。