汽水管道的基础知识

第三章 汽水管道的基础知识——张都清

第一节

汽水管道设计的基本原则

一、管道设备设计原则 二、系统图和原始图纸 第二节 汽水管道的支吊架

一、基本概念 二、弹簧支吊架 三、恒力吊架 四、限位支吊架 五、减振器

六、支吊架的维护和检查 第三节 汽水管道应力计算

一、原始参数 二、计算参数 三、钢材的许用应力

四、内压产生的应力及壁厚计算 五、应力验算

六、管道对设备的推力和力矩的计算 第四节 管道附件

第五章 在役汽水管道的检验 （1万字）——张都清

第一节 第二节 第三节

概述

管道检验内容

汽水管道的安全性评定

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第三章 汽水管道的基础知识——张都清

第一节 汽水管道设计的基本原则

一、管道设备设计原则

管道装置的设计，一般由几名设计人员同时完成，为使设计技术风格一致，大家须遵守统一的设计原则：

（1） 管道应成组、成排的布置，主要是为了强调美观和保证管道支吊架的经济性。 （2） 管道设备的连接，应尽可能的短而直，尤其是合金钢管道。同时，又要有一定的柔性，以减少由热胀和位移所产生的力和力矩。

管道改变标高或走向时，应避免管道形成集聚气体或液体的死角；如不可避免时应在高点设置气阀、低点设置液阀。

（3） 由于管法兰处易泄露，对于高温、高压管道除必须是用法兰连接外，其它应避免使用法兰连接。焊接连接的管道是保证管道无泄漏的最佳、最经济的方法。

（4） 管道穿越楼板、平台及墙壁时要加套管保护，套管直径应不妨碍管道的热胀，并大于保温后的管道直径。

（5） 管系中要尽量减少异型管件。管道设计时应最大限度的降低管道、弯管、阀门附件等异型管件的数量及与之相连的加工量，并可降低管道焊接、安装、质量检验费用。异型管件的减少，不但可以降低管道设备投资，更重要的是减少了焊口的数量，提高了管系的安全性。

（6） 管道压力降的损失要求在允许的范围之内。

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二、系统图和设计资料

管道设计是以确定最佳的热力系统图为基础，应有管道的平面布置图和立体图，图中应包括管道的下列的数据：

1. 管道编号、设计压力、运行压力； 2. 设计温度和运行温度； 3. 阀门的编号；

4. 管道的钢号、规格、理论计算壁厚、壁厚偏差； 5. 设计采用的持久强度、弹性模量、线膨胀系数； 6. 支吊架位置、类型； 7. 监察端位置；

8. 管道的冷紧口位置及冷紧值； 9. 管道对设备的推力、力矩； 10. 管道的最大值及其位置；

11. 支吊架的安装载荷、工作载荷、支吊架的热位移等。

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第二节 汽水管道的支吊架

一、基本概念

1.支吊架的作用和分类

汽水管道是火电厂中重要的部件，必修确保它的安全运行，为此，设计单位进行了精心设计，如正确的选用钢材，合理的布置管线及支吊架，严格准确地进行应力计算。除此之外，还需安装单位进行正确的安装和调整，否则合理设计的支吊架也不能保证管道的安全运行；在运行过程中还要合理地启停及检修（包括支吊架的运行及调整），才能防止管道过早的出现损坏；试验人员还需要定期对管道进行检验和研究，及时发现不安全隐患。由此可见，要保证管道的安全运行，需要多方面工作的配合。

随着高参数大容量机组的增加，由于经济上和技术上的原因，工作应力水平和计算精度的提高，强度富裕量很小；由于管道直径与壁厚的增加，管道对设备的推力及力矩可能很大。管道破坏造成的危害更大。因此，为保证管道的安全运行就更显得重要，做到这一点的关键是管道日常的维护和检验，尤其是管道支吊架的维护和调整。

管道支吊架是管道系统的重要组成部分，它的功能可概括为：承受管道载荷、限制管道位移和控制管道振动三个方面。其中承受管道载荷是管道支吊架的最主要、最普遍的功能。

支吊架按其作用分为承重支吊架、限位支吊架装置和振动控制装置三大类，有的支吊架兼有其中两个或三个功能。见表3－1和图3－1［1］。

（1）承重支吊架

按其在管道垂直位移时载荷的变化情况可分为恒力支吊架、变力支吊架和刚性支吊架。

（2）限位支吊装置：是用以限制和约束因热胀引起管系自由位移为目的的装置。 按其是否承受管系载荷可分为限位支吊架和限位装置两类。在限制管道位移的同时也承受管系重量的装置，称为限位支吊架。单纯限制管道位移而不承受管系重量的装置，称为限位装置。

按其限位特性可分为限位装置、导向支架和固定支架三种。

（3）振动控制装置：专门用来控制管道摆动、振动或冲击的装置统称为控制振动装置。

控制不承受管系的重量，在正常情况下，不约束或较小约束管道自由地热位移。

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表3－1 管道支吊架的类型

编号 名称 1 承重支吊架 分类 用途 以承受管系重量为目的的装置 名称 ①恒力支吊架 型式 用途 用于管道垂直位移较大或需要转移载荷的地方 ②变力支吊架 用于管道垂直位移不太大的地方 ③刚性支吊架 用于管道无垂直位移或垂直位移很小且允许约束的地方 2 限位支吊架 以限制和约束因热胀引起管系自由位移为目的的装置 ⑤导向装置 ④限位装置 用于管管系中需要限制某一方向位移的地方 用于引导管道位移方向或需要控制管道沿轴线转动的地方 ⑥固定支架 用于管道不允许任何方向位移的地方 3 振动控制装置 用于制止管道摆动振动或冲击的控制装置 ⑧阻尼器 ⑦减振器 用于需要控制持续性的流体振动的地方 用于需要控制冲击性的流体振动和地震激扰的地方

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图3-1 管道支吊架装置的类型 （图中管道装置类型编号与表1-1相同）

2、管道支吊架的构成 （1）管部结构

直接安装在管子上的部件称为管部，它是管道支吊装置中唯一不可缺少的部件。管部结构按其对管道的支承方式可分为：悬吊式、支承式和拉撑式三类，按其同管道的连接方式可分为：焊接式(一般用于介质参数不高的管道)和夹持式(推荐普遍采用的型式)两种；按其所连接管道的形状位置可分为：水平管道、垂直管道（立管）和弯头(管)三种。

（2）功能件

用于实现管道支吊装置主要功能的核心部件称为功能件。承重支吊架中的恒力弹簧组件、变力弹簧组件；限位支吊装置中的拉撑杆；振动控制装置中的减振器、阻尼器等都属于功能件。 （3）根部结构

将管道支吊装置固定到承载结构上的部件称为根部。通常情况下，尽量将管道支吊装置直接固定(生根)在承载结构上。这种生根部件也可看作根部结构的一部分，但通常将其归在中间连接件中，这样对于此类支吊装置就没有独立的根部结构。在多数情况下，尤其是混凝土建筑结构，管道支吊点偏离承载结构，需要添加辅助钢结构，才能实现支吊装置的生根固定。这种辅助钢结构就是支吊装置的根部结构。

辅助钢结构有梁、立柱和构架三类，其中最常用的有悬臂粱、简支梁和三角架三种。

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（4）连接件

用于连接管部结构与功能件；连接功能件与根部结构或连接管部结构与根部结构的部件均称为连接件。连接件大部分介于上述各类部件之问，故又称为中间连接件。这些连接件又都是刚性结构，也可称为刚性连接件 。

中间连接件按其连接方式可分为夹持式、焊接式、螺纹连接式、销(轴)孔连接式、埋(嵌)入式、滚滑式等类型。

3.支吊架的载荷

支吊架的载荷是指作用在支吊架的力和力矩，管道在工作过程中，有以下几种载荷作用于支吊架：

管子重量；阀门、法兰和三通等管件的重量；保温层的重量；管内介质的重量（一般只考虑液体的重量，气体的重量忽略不计）；弹簧支吊架作用于弹簧的附加力；弹簧支吊架的转移载荷；滑动支架的摩擦力；管道的热胀冷缩、冷紧或连接设备的热位移产生的力和力矩；介质产生的作用力，如排气管和安全阀产生的排放反力等。前四项为管道的自重。

通常把支吊架的载荷分为三类：工作载荷、安装载荷和结构载荷。

工作载荷：管道正常工作时（热态），按支吊架布置情况，分配给该支吊架的管道自重，称为该支吊架的工作载荷。对于不承受附加力和力矩的支吊架（如恒力吊架），工作载荷就是该支吊架的工作时的实际载荷。工作载荷是支吊架弹簧和恒力吊架选用时的载荷依据，也是计算支吊架其它载荷的基础。

安装载荷：管道处于安装状态时（冷态），支吊架承受的管道自重称为安装载荷。它与工作载荷的差别在于，管道在热态和冷态时的自重载荷的转移变化。例如，对于向下热位移的弹簧支吊架，安装载荷小于工作载荷；对于向上热位移的弹簧支吊架，安装载荷大于工作载荷；而恒力吊架的安装载荷和工作载荷等。安装载荷是确定弹簧支吊架的安装弹簧压缩值的依据。

结构载荷：修正后的工作载荷加上有关的附加力和力矩，称为支吊架的结构载荷。对附加力和力矩（除工作载荷以外的所有力和力矩），应根据不同支吊架型式和具体的使用条件分别考虑。

4.支吊架的热位移

管道由冷态到热态时，由于温度升高而膨胀，支吊架的支吊点产生相应的移动，这就是支吊点的热位移，并由此产生管道的热胀。管道的热胀，一般是受到制约的，于是管道引起热胀应力，大机组的高温管道热位移往往很大，导致管道局部位置的热应力超标，对设备

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的推力超过允许值。一般采取下面的一些方法使管道的应力合格。

采用专门补偿装置补偿，亦可由管系自身柔性产生弯曲和扭转变形实现自补偿。依靠管道自身补偿能力来吸收管道热伸长，在长管道中，热位移值可能很大。可采用弹性弯曲和扭转变形实现自补偿。

选择支吊架的型式时，根据支吊架的垂直热位移的大小和方向，确定刚性支吊架、弹簧支吊架或是恒力吊架。支吊架的弹簧压缩值不能超过允许值，且冷热态的载荷变化不能超过规定，这些都与热位移的大小和方向有关。

5.支吊架的间距

支吊架的间距关系到管道自重应力的大小和管道的变形，间距选择不当，也可能引起管道的振动，支吊架的间距，应能满足管道的强度和刚度条件，并能保证管道运行中的稳定。

支吊架的强度条件：管道强度应按《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》（SDGJ-90）有关外载应力验算的规定计算，使管道的持续外载当量应力在允许范围内；并且单跨距管道按简支梁计算，管道自重引起的最大弯曲应力不应大于23.5MPa。

按照强度条件，均布载荷水平直管道的最大支吊架间距按下式计算：

Lmax?0.4336wq（3－1）

按照刚度条件,均布载荷水平直管道的支吊架允许最大间距用下式计算:

Lmax?0.21184EtIq（3－2）

式中: Lmax-支吊架的最大允许间距,m；

Et-钢材在设计温度下的弹性模数,KN／mm2；

I- 管子截面惯性距,mm； q-管子单位长度自重,KN/m。

水平90o弯管两端支吊架间的管道展开长度，不应大于水平直管上允许支吊架的最大间距的0.73倍。

二 、弹簧支吊架

通常所说的弹黄支吊架之所以又称为变力(可变)弹簧支吊架是相对于恒力弹簧支吊架而言。也就是弹簧支吊架的载荷随着所支吊的管道的位移而变化。

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图3－2 弹簧吊架结构

它由弹簧、壳体、压盖、载荷和位移指示器以及锁定装置等组成。带有“热”和“冷”状态位置标志的载荷和位移刻度板，可以清晰地显示出支吊架在热状态和冷状态时的载荷和位移值。这类弹簧支吊架在出厂前已按设计要求将载荷整定在冷态载荷位置，在安装运行时还可根据变化了的载荷加以调整。锁定装置在管道进行水压试验或其它需要时，将弹簧支吊架锁定成刚性支吊架来使用。

1.弹簧支吊架的工作原理

当管道的支吊点有垂直方向的热位移时，如果采用刚性支吊架，对向上热位移的支吊点，热态载荷就会大幅度下降，甚至悬空不吃力；而对向下热位移的支吊点，不但承受上位移支吊架的转移载荷，而且要承受较大的限位作用产生的管道热胀推力或力矩。这时支吊架本身和管道应力（包括自重一次应力和热胀二次应力）产生相应的有害影响。因此，有垂直方向热位移的支吊点，除了专门设置的限位刚吊外，一般应选用弹性支吊架，弹簧支吊架便是其中一种。

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在弹簧支吊架中，支吊架的载荷直接与弹簧力相平衡，而弹簧力等于弹簧刚度与压缩值的乘积。当支吊点产生垂直方向的热位移时，弹簧压缩值也发生改变，支吊架的载荷也就发生变化， 如能选择合适的弹簧，支吊架载荷变化就会限制在某一允许范围之内，不会发生刚性支吊架那样载荷大幅度变化或完全不吃力的情况。

弹簧支吊架的设计，目前多数采用热态吊零方案，即管道在热态时，弹簧支吊架的载荷等于分配给该支吊架点的工作载荷。因此，管道在冷态时（安装状态），弹簧支吊架的载荷（安装载荷）比工作载荷或大（上位移时）或小（下位移时）些。

弹簧的载荷和压缩值是有一定限度的。当单个弹簧不能满足热位移要求时，可以串联弹簧；当单个弹簧不能满足载荷要求时，可以并联弹簧。

弹簧支吊架工作中，有一定的载荷变化；热位移较大的支吊点，需串联多个弹簧，而串联数量是有限的。因此，对严格控制载荷变化和热位移很大的场合，弹簧支吊架将不能满足需要。但它具有结构简单的优点，所以应用还是非常广泛。

2. 弹簧特性和工作范围

弹簧使用特性参数主要有允许变形量、允许载荷和刚度。

弹簧压死时的压缩值（全压缩值或称极限压缩值）用λb表示，对应的载荷（即极限载荷）用Po 表示。

为了避免弹簧支吊架成为刚性支吊架（弹簧压死）。或是空不吃力，并保证压缩值与载荷之间为线性关系，弹簧工作时，不允许压缩值过大或过小。

最大允许变形量用λmax表示，对应的最大允许载荷用Pmax表示。λmax一般取（0.7~0.8）λb，现行支吊架标准中，λmax≈0.7λb。

弹簧最小允许压缩值用λmin表示，对应的最小值允许载荷用Pmin表示。λmin一般取（0.2~0.3）λb，现行支吊架标准中，λmin ≈0.3λb。

单位压缩值所需的力称为弹簧刚度，用P′表示。 P′=P/λ=Pmax/λmax=Pmin/λmin（N/mm）（3—3） 式中P为压缩力（应在Pmax 和Pmin范围之内）； λ为压缩值。

刚度的倒数称弹簧系数，用K表示（mm/N）。

弹簧在工作过程中，管道由冷态到热态时的载荷变化与支吊架工作载荷之比，称为载荷变化系数，用C表示。

C=|ΔP|/Pop=|Pop-Per|/Pop=Pˊ2ΔZt/Pop (3—4)

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式中：Pop为支吊架工作载荷（N）；

Per为支吊架安装载荷（N）； Pˊ为弹簧刚度（N/mm）； ΔZt为支吊点垂直位移（mm）。

弹簧工作过程中，需要满足支吊架的工作载荷、安装载荷、载荷变化率的要求以及支吊点热位移的需要，因而弹簧的实际允许工作范围就受到相当的限制。下面详细分析一下满足上述要求时的弹簧工作范围。

3. 弹簧规格和技术要求

弹性支吊架弹簧已实现了标准化、系列化。从火力发电厂汽水管道设计技术规定中可以查到的弹簧标准系列。

支吊架弹簧在生产制造中要满足下列技术要求：

弹簧表面不应有裂纹、折叠、分层、过烧等缺陷。弹簧材料应满足60SizMnA钢技术条件。

弹簧两端应有不少于3/4圈的拼紧圈。两端应磨平，磨平部分不少于园周的3/4。 弹簧的节距应均匀，节距偏差不应大于0.1*（t-d），其中t为节距，d 钢丝直径；且在最大压缩值范围内，弹簧的工作圈不得相碰。

弹簧两个端面应与轴线垂直，弹簧倾斜量不应超过自由高度2%。

弹簧在最大允许载荷范围内，其载荷与标准载荷的偏差，不应超过±10%。

弹簧应有出厂合格证件。用于主蒸汽、再热蒸汽、主给水管上的弹簧，安装前应进行刚度测定。必要做全压缩试验：弹簧压缩到极限状态保持5分钟。卸去载荷后，永久变形量不得超过原自由高度的2%；如超过规定，应进行第二次全压缩试验，两次试验的总永久变形量不得超过原自由高度的3%。

4. 弹簧选择和支吊架的安装整定 （1）弹簧选择的基本原则

第二节详细叙述了弹簧的适用范围，其结论是弹簧选择的理论基础。选择弹簧时，在任何情况下压缩保证在λmax至λmin之间，弹簧的安装载荷和工作载荷均不应超过其最大允许载荷。

载荷变化率不应大于规定值，管道由冷态到运行状态，弹簧的载荷变化系数不应大于35％；对于主要管道，不宜大于25％。

当热位移量较大，单个弹簧不能满足热位移要求时，需串联弹簧，此时热位移值按照

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刚度分配，弹簧串联使用时，每个弹簧的载荷是一样的，故串联弹簧的最大允许载荷应一样（即弹簧号应一样，类别可不同）。

由单个弹簧的允许热位移值和允许串联数量可知，弹簧吊架的热位移适用范围为：上位移时约60mm，下位移时约80mm，超过此范围时应选用恒力吊架。对弹簧支架，为了支架的稳定性很少采用串联弹簧结构。

单个弹簧不能满足载荷要求时，或结构上需要采用双吊结构时，需并联弹簧。并联弹簧的安装载荷是一样的，热位移时弹簧的压缩值变化也相同，即工作载荷也一样，可以并联弹簧应选择完全相同的弹簧，即选用同类、同号弹簧。 （2）弹簧支吊架的选择

弹簧支吊架编号的确定：根据管道运行时的计算工作载荷、工作位移量、位移方向，查GB10182或者JB/T 8130.2的表1来确定。

若管道的位移方向向上，从表1的中线和上粗线之间查得工作载荷，再按位移量向上查得安装载荷。

若管道的位移方向向下，从表1的中线和下粗线之间查得工作载荷，再按位移量向下查得安装载荷。

选用时，不论管道的位移向上和向下，均应使工作载荷和安装载荷在表1的上下两组线之间，并满足载荷变化率不大于25％的要求。

例题：某一管道工作载荷为8225N，运行时位移向上，计算位移量为10mm，根据管线布置确定安装类型为A型，试选择吊架型号。

1) 查JB/T 8130.2的表1,确定该吊架的位移范围为10-30mm; 2) 在表1的中线和上粗线检查的编号13的吊架工作荷载8225N; 3) 以8225N对应的0－30mm刻度值，向下10mm查得安装载荷9721N; 4) 验算载荷变化率为18.2%小于25%; 5) 选用吊架型号为TD 30A 13。

(3) 弹簧支吊架的安装和调整

支吊架安装前应对选用的另部件与设计图纸仔细地核对。管道支吊架的正式安装，一般在管道基本就位，且在冷紧口两端的固定口尚未固定时进行。吊杆长度和可调方向，应能满足管道冷紧时支吊点的位移量和方向。弹簧组件的指示器应朝便于观察的方向。

弹簧支吊架安装时，弹簧处于锁定状态，相当于刚性支吊架，各支吊架的受力可能很不均匀，安装过程中随时调整支吊架的受力大小。支吊架安装完后，应系统地检查、调整一次，

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使两端的固定口和冷紧值，应能满足对口工艺和设计要求，且支吊架受力没有明显的过大过小现象。

管道冷紧时，应随时调整支吊架的受力程度，使之大体保持冷紧前的水平。

管道进行水压试验前和保温前后，应对支吊架的受力状态进行一次全面检查和调整。 管道冲管前拿掉弹簧固定销子。此时通过调整花兰螺丝或可调支座，调整支吊架载荷，使固定销子能够轻松地取出。管系中所有支吊架达到正常运行状态后，对所有弹簧支吊架的载荷进行系统地调整，使内外销孔仍然对齐，此项工作往往要经过几次反复调整才能完成。调整后的弹簧支吊架，应对其位移和载荷指示器位置作出记录。

蒸汽管道冲管时，应检查各支吊架的工作状态。管道正式投入运行，且达到额定温度八h后，应对热位移值和载荷作出记录.如与设计值有偏差时，应分析原因并进行调整。

支吊架调整时，通过花兰螺丝或可调支座调整支吊架载荷，只有支吊架载荷等于设计安装载荷时销子才能取出。因此，载荷调整可以达到较高的精度。在遇到打水压(蒸汽管)等有可能使弹簧超载情况时，可随时上固定销，较为方便。特殊形状的弹簧压盖，增加了弹簧的稳定性，能适应管道一定的水平位移。

三、恒力吊架

弹簧支吊架的载荷是随位移发生变化的，热位移量越大，载荷量变化也越大。恒力吊架的载荷是不随热位变化而保持恒定（或变化极小）。

随着机组容量的增大，支吊架的工作载荷和热位移值都大大增加；大机组的主要管道的应力水平也高，对支吊架载荷变化的要求也严格。因此，弹簧支吊架难以完全满足要求。

恒力吊架，以恒力原理分为，理论恒力型和近似恒力型两种。结构上，用得最多的是弹簧式恒力吊架。目前，我国主要采用PH（LH）型和H—1型恒力吊架。

（一）H—1型恒力吊架 1. 结构与工作原理

H—1型恒力吊架结构见图3—3。

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图3－3 H—1型恒力吊架结构图

此种恒吊主要由固定外壳、中间转体、弹簧三部分组成。此外，尚有负荷调整器、转体位移指示器、转体限位器等附件。

固定外壳固定在吊架生根结构上。而中间转体支撑在其上，并可绕A轴转动。弹簧盒也支撑在固外外壳上，且可绕D轴转动。中间转体上有若干个吊杆孔B，可根据热位移大小选用其中一个。AB距离越大，允许热位移就越大。B孔上挂着吊杆，吊杆上有花兰螺丝，吊架调整时可用它调整吊杆长度。弹簧力作用在转体的C点，AC距离可借助负荷调整器进行调整，AC距离越大吊架载荷就越大。转体在吊杆力（吊架载荷）和弹簧力共同作用下，按力矩平衡原理工作。 图3—4是工作原理分析图。

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图3－4 H—1型恒力吊架工作原理

在ΔACD中

（4—5）

转体上作用有2个力，一个是吊杆载荷W，另一个是弹簧力P。它们对A轴的力矩大小相等方向相反。

W2AB2Sin R=P2h（3—6） 弹簧力 P=P′2λ（3—7） 式中 P′为弹簧刚度（N/mm）；

λ为压缩值（mm）

将弹簧力P和h的导出值代入（3—6）式得： W2AB2Sin R= P′2λ2AC2AD2Sin T/CD（3—8）

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吊架结构设计上可做成∠R=∠T， 使用时，可作到λ=CD。 于是（4—8）式变为： W= P′2AC2AD/AB（3—9）

（3—9）式右面是与热位移无关的常数，故吊架载荷W将不随热位移而变保持恒力。 转体转动范围是AB轴线在x—x轴（即水平线）上下30?范围。

当热位移向上时，AB轴线需靠近下偏30?位置安装；热位移向下时，AB轴线需靠近上30?位置安装；如果吊架的允许热位移值有较大富裕量时，AB轴线也可安装在中间某一位置。

弹簧安装压缩值，必须以λ=CD的原则确定。因为转体在不同安装位置时CD值不相同，故弹簧安装压缩值也就不同。使用时，只要安装时满足λ=CD，热位称时仍可保持两者相等。因为热位移时CD的变化量等于弹簧压缩值的变化。

下面分析一下，弹簧安装压缩值不等于CD时，对吊架载荷和恒力特性的影响。 由（3—9）式可得出： W=WH2F/CD（3—10）

式中：WH为载荷，即λ=CD时为设计载荷。

如果λ≠CD，则安装载荷λ/CD成比例的发生偏差。λ

2. H—1型恒力吊架的选用

H—1型恒吊共有十二种规格，其性能见表4—2。可配弹簧规格。见表3—3。转体在不同安装位置时的弹簧压缩值见表3—4。

吊架的选用，由工作载荷和y向热位移查表4—2确定。首先按照位移大小选择挂载孔B，再在此B孔的各型号中确定适合设计工作载荷的一种型号。

选择挂载孔B时，热位移值必须有相当的裕量，此裕量可按计算热位移值为25%考虑，且不上于30mm；对有较大水平位移的吊架；此裕量还应大些。热位移裕量过小，容易引起转体与限位器相碰，使吊架成为刚性吊架或完全不吃力。

例：计算上热位移为95mm，工作载荷为14000N，试选用H—1型吊架。 选用热位移为：95+30=125mm。

以125mm查表3—2，可选B1孔（允许热位移为125mm）。

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根据B1孔和工作载荷14000N，查表3—2，选H—1—4型（工作载荷范围为12550至17000N）。

负荷调整器位置（AC距离）计算：

AC=8σ31400/[（1700+1255）/2]=81.7(mm)

转体安装位置为靠近下偏30o位置。弹簧安装压缩值查表3—4，为207mm。

H—1型恒力吊架规格

表3—2

挂载孔位 允许位移（mm） 载荷 （9.8*N） 型号 H-1-1 515~ 710 H-1-2 620~ 865 H-1-3 725~ 1010 H-1-4 815~ 1130 H-1-5 696~ 903 H-1-σ 848~ 1100 H-1-7 1023~ 1330 H-1-8 1200~ 853~ 1106 1037~ 1346 1253~ 1628 1470~ 1097~ 1425 1338~ 1737 1615~ 2100 1895~ 2470 610~845 740~790~ 1070 1040~ 1410 1520~20σ0 2 70 AC=186±1, AD=152 AC=115±1, AD=200 1 σ0 300 245 190 160 125 95 65 B7 B4 B5 B4 B1 B2 B3 弹 簧 号 重量 (9.8*N) 尺寸 参数 (mm) 9σ0~ 12σ5~ 1850~1710 1400~ 2000 1650~ 2240 2500 1025 1300 865~1125~3 76 1195 1520 965~1255~4 85 1340 1700 1670~21σ7 2034~2σ45 2455~3190 2880~3760 6 139 7 153 8 168 9 195 15σσ 1918 17

54H-1-9 1520~ 1973 1862~ 2415 2150~ 2800 2550~ 3320 3000~ 3910 2400~ 3110 2770~ 3610 3290~ 4280 3870~ 5040 3650~4730 10 275 H-1-10 1754~ 2205 H-1-11 2086~ 2710 H-1-12 2450~ 3190

4210~5440 11 289 5.10并用 328 6.11并用 34σ H—1型恒力吊架弹簧规格

表3—3

弹簧号 允许载荷Pmax（9.8*N） 允许压缩值Fmax（9.8*N） 1 2 3 1959 2376 2778 219 219 219 25 28 30 46.19 175 51.74 196 55.43 210 638 663 655 13 12 11 15 14 13 8.94 27 丝直节距t弹簧自由高度H工作圈数总圈刚度P重量（9.8*N） d（mm） （mm） 外径Dw数n1 ˊ （9.8*N/mm） 。n （mm） （mm） 10.84 36 12.σ8 41 4 5 σ 7 8 9 10 11

3104 2450 2986 3680 4380 5140 6720 7540 219 287 287 287 287 287 287 287 32 30 32 35 38 42 48 50 59.13 224 62.3 66.5 72.6 79 87.4 99.8 225 240 262 285 315 360 669 793 745 743 728 762 770 751 10.5 12 10.5 9.5 8.5 8 7 6.5 12.5 14 12.5 11.5 10.5 10 9 8.5 14.17 48 8.53 10.4 52 62 12.64 73 15.26 94 17.91 126 23.41 135 26.27 183.9 375 18

H—1型恒力吊架弹簧安装压缩值（mm）

表3—4

转体安装位置 弹簧压缩值 吊架型号 H-1-1~H-1-4 132 145 191 160 211 172 221 185 145 198 263 207 276 上30° 上20° 上10° 0° 下10° 下20° 下30° H-1-5~H-1-12 174

3. H—1型恒力吊架的安装调整

H—1型恒力吊架安装时，应注意下列几点：

吊架安装前，要核对型号是否与设计相符。可配弹簧应与表3—3相符。选用的挂载孔B与设计相符，并能满足热位移要求即热位移应有足够的裕量。

检查转体是否灵活，转体转动范围应不小于60°，且与指示相符。

实测弹簧刚度。由弹簧刚度引起的载荷偏差应通过载荷调整的加以补偿。载荷调整器位置可通过（3—10）式计算。 AC=AC02Pgz/[(PM+Pm)/2]2Pˊ0/Pˊ

式中： AC0 为载荷调整器的中间值，见表3—2； Pgz为吊架工作载荷；

PM、 、Pm)为吊架的载荷范围，见表3—2； Pˊ0 为弹簧设计刚度，见表3—3； Pˊ为弹簧实测刚度。

根据热位移方向和吊架热位移裕量，确定转体安装位置。由转体安装位置，根据表3—5确定弹簧安装压缩值，调荷器调节范围不能满足（3—10）式计算时，也可适当改变弹簧压缩值（与表3—5比较）调整载荷。但弹簧压缩值的改变，必须考虑对吊架恒力特性的影响，弹簧压缩的改变值不宜超过10mm。弹簧压好后，应临时固定。

吊杆花兰螺丝的可调范围，应能满足管道冷紧和吊架调整的要求。 吊架生根结构，尽量采用双槽钢结构。

固定外壳与根部槽钢的固定螺丝，不能伸得过长，以免影响转体的活动范围。 无论在安装位置还是工作位置，弹簧组件不能与根部结构相碰。

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吊架就位后，调节花兰螺丝和弹簧杆螺母，使转体处于要求的安装位置，并使吊杆吃力。管道冷紧时，应相应调整花兰螺丝，勿使吊杆载荷过大或不吃力。管道水压试验和保温前后，应检查吊杆吃力情况。

吊架调整可参照下列程序进行：

调整前应检查转体位置是否正确。确认无误后去掉弹簧临时固定件。如转体位置发生变化，通过花兰螺丝进行调整。因为各吊架间的相互影响，这种调整工作往往反复多次才达到满意的结果。所有支吊架调整结束后，对调整结果进行一次全面检查，并作出调整记录。特别注意，转体不得与限位器相碰。

调整记录应包括以下内容：吊架号、吊架型号、转体安装位置、挂载孔号、调荷器位置、弹簧安装压缩值和实测弹簧刚度。

管道达到额定温度后，检查转体工作位置，注意转体是否与限位器相碰。转体工作位置应作出记录。

工程中，往往发生实际载荷偏离设计值的情况，此时可通过以下办法改变吊架的载荷： 通过负荷调整器改变载荷。

在恒力特性恶化不大的情况下，适当改变弹簧压缩值。但吊架工作过程中，弹簧压缩值不能超过最大允许值。如吊架有较大的热位移裕量，可改变挂载孔位置，重新整定载荷。

PH（LH）型恒力弹簧支吊架

PH（LH）型恒力弹簧支吊架是大连弹簧厂的系列产品。其基本结构如图4—5所示。二者工作原理完全一样，同号的两种吊架性能也完全相同。PH型和LH型不同点是外形和安装方式的不同，PH型称为卧式恒力弹簧吊架，LH型为立式恒力弹簧吊架，一般情况下，多采用卧式恒力弹簧吊架。

PH（LH型恒吊，也是按力矩平衡原理工作时，故结构上与H—1型恒吊相似

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图3－5 恒力弹簧支吊架支吊架的典型结构图

PH型恒吊工作原理参见图3—6

图3－6 恒力弹簧支吊架工作原理

转体转角范围为60o。吊架允许热位移为AB长度。

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作用于转体上的力为弹簧力P和吊架载荷W，它们对转轴的力矩，大小相等方向相反，即： P2a=W2K （3—11）

W=P2a/x=Pˊ(F0+ΔF)2a/K （3—12） 式中：a为弹簧力臂；

K为载荷力臂； Pˊ为弹簧刚度；

F0 为转角а=0时的弹簧压缩值； ΔF为а≠0时为弹簧压缩值变化量。

（3—12）式右侧，除Pˊ和F0 外，都随转角а变化。为了说明恒力特性，将（3—12）式进行变换。

在ΔABC中，由正弦定理可知： L/Sin(T+а)=R/SinD=AD/SinC（3—13） a=AD2SinD （3—14） 而SinD=Sin(T+а)2R /L（4—15） 故a=AD2R2Sin(T+а)/L （3—16） K=AB2Cos(30o-а) （3—17）

故W=P2a/K=Pˊ(F 0+ΔF)2AD2R2Sin(T+а)/AB2C os(30o-а)2L（3—18） （3—18）式中，Pˊ、F 0、R、AB、L为不随转角而变的常数，其余都是变数，且都是а角的函数。通过大量计算表明，当L/R≈3时，载荷随角а变化最小。此种吊架是近似恒力型吊架，使用中不恒定率可达到6%以下。

吊架的载荷调整，通过改变R大小即可。当R大小范围内改变时，对恒定率的影响很小。载荷与R成正比。即：

W/W。=R/R。 （3—19）

式中：R。为R的中间值，即表3—5中的R值；

W。为对应R。的载荷，即表3—5中的载荷。

R。可调范围为±10%。

与H—1型相似，PH型恒吊也不宜采用改变弹簧压缩值的办法调整载荷；因为用改变弹簧压缩值的办法调整载荷，对吊架的恒定率有影响。

PH（LH）型恒力吊架，允许热位移为50至350mm，允许载荷为1293.6N至180633.6N，载荷调整范围为±10%额定载荷W。，吊架规格型号及性能，详见工厂标准JB-2σ54-B1。因

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为此标准很繁杂，不便列出，以简化型式列于表3—5中。

表3—5中热位移值确定，可通过（3—20）式计算出载荷W。 W。=M/Δy （3—20）

工厂标准中，吊架型号规格表示为：

PH（或LH）—33，333/3333—S（或x）。

其中：PH表示平式；LH表示立式；33表示吊架号；333/3333中分子表示选用热位移，分母表示载荷W。S表示上位移；x表示下位移。

使用时，吊架可并联或串联使用。

产品出厂时，制造厂按用户提供的热位移方向将转体锁定，上位移吊架锁定在下孔，下位移时锁定在上孔。载荷调整器一般放在中间；吊架载荷为，对应型号和选用热位移值的额定载荷W。

选用吊架时，应按支吊架计算热位移值1.20倍，并进行修园（个位为0），用为选用的热位移值。 选用吊架示例：

吊架工作载荷为34690N，计算上热位移值为215mm，试选用PH型恒吊。 Δyc=1.203215=258mm 修园选用热位移为Δyc=260mm

M=Pgz2Δy=346903260=901.943104（N.mm）

4. 吊架系列

由于国内尚无此种恒吊产品，下面所列的吊架系列不是正式产品系列，只用为分析问题时的参考。

允许热位移系列。

此恒吊允许热位移系列分为I、II两类。[Δy]I取150mm。考虑到本吊架热位移范围为[Δy]至0.5[Δy]，放[Δy]II取2[Δy]I，即[Δy]II=300mm。 额定载荷系列。

由于主簧和辅簧刚度比为2：1，且最大允许压缩值相同，为了尽量减少弹簧规格，本吊架额定载荷系列比也取2：1。

设吊架的载荷适应范围为125公斤至24000公斤，则吊架额定载荷基本系列如表3—6所示。

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吊架基本载荷系列 表3—6

基本吊架号 I． II． 额定载荷QH（N） 2500 1 1 III． 2 IV． 5000 2 V． VI． 10000 3 3 VII． 4 VIII． 4 20000 IX． X． 5 5 400000 由于本吊架可并列组合，故吊架的全载荷系列如表3—7所示。

吊架载荷系列 表3—7

吊架号 II．1 IIII．I3II． 3 10000 II．233 15000 II． 4 20000 II．333 30000 II． 5 40000 II．433 60000 I．1 I．2 I．I33 I． 3 I．233 I．4 I．333 I．5 I．433 I．532 II．532 80000 II．533 120000 I．533 ．2 3 QH (N)

2500 5000 7500 类别 基本吊架号 3 并联数 注：吊架号说明—— 2

5.吊架的选用和整定

吊架选用需用工作载荷和热位移值二个参数，整定时尚需热位移方向。

此吊架在靠近Δy=0范围工作时，恒定率较差，故吊架的选用热位移值应大于计算热位移值，一般取1.2倍计算热位移值，且附加裕量不应小于35mm。 下面举例说明选用和整定的方法。

例1 试选用和整定Pgz=21242N，运行时热位移向上，计算热位移量10mm的吊架。 选用热位移为：Δyc=80+35=115mm

由Pgz和Δyc查图3—14，可选I.333、I.434、I.5型。选用I.5型。 I.5型吊架的QH=4000公斤，[Δy]H=150mm。 Pgz=QH

固定齿定位在Δy=30mm位置，则吊架允许位移量为： [Δy]=150-30=120mm。 主簧初压缩量为30mm。

例2：试用和整定Pgz=34300N，上位移Δyj=120mm的吊架。 Δyc=1.23120=144mm

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查图3—14，可选II.4、II.433、II.333、II.5型，选用II.4型。 II.4型为QH=19600n，[Δy]H=300mm Pgz>QH 。QH2A/ QH =3500/2000=1.75。 吊架允许热位移为：

[Δy]A=3003（2/3-0.531.75）=187.5mm

定位齿定在Δy=[Δy]A =187.5mm位置。主簧初压值为[Δy]H =300mm。

三、限位支吊架

1. 限位支吊架的基本概念

弹簧支吊架和恒力吊架都属弹性支吊架，它们的共同点是，不承受管道的热胀和冷紧推力，对管道热位移不起限制作用。这对改善管道热胀二次应力和自重一次应力有一定的好处。以往的高温管道，除了端点是刚性支撑外，几乎全部采用弹性支吊架。这种支吊架设置方式，对中、小型机组还比较适用，而在大机组管道设计中出现的问题和矛盾就特别突出。

随机组容量的增大，主蒸汽、再热蒸汽等管线长度不断增长，加上工作温度的提高，使管道支吊点热位移值（包括垂直和水平位移）也大幅度增加，以至于 吊架的选用，吊杆偏装和满足吊杆长度等问题变得很困难。

高压、高温管道，由于管径大、管壁厚、热胀量大，对连接设备和建筑结构的热胀力或冷紧力（力矩）都很大，很难满足设备要求的限定值，对建筑结构的设计也带来难题。

旁路管道，由于管线较短，管系刚度往往较大，且与主管的接口位置有较大的热位移，使管道的热胀二次应力普遍偏高。特别是大机组多采用双路管道系统，管道布置往往不对称，造成旁路管的二个接口有较大的相对位移，更增加了旁路管布置的困难。

上述各种问题，单纯通过管道布置方式的改变，很难圆满的解决问题，而且会增加材料消耗，采用限位支吊架则是解决问题的较方便途径。

限位支吊架是以限制管道热位移为主的支吊架（有的也承受管道重量）。与固定支架不同的是，限位支吊架只限一个或二个方向的线位移，而对管道的角位移一般不加限制。这种不完全的限位，对管道的热胀应力影响较小，却能达到多种有益的效果。

通过限位支吊架，可以把管道热胀人为的分成若个独立段，使支吊点的热位移值大幅度降低；也可根据需要，改变管道上某些点的热位移值和方向。

采用限位支吊架，可以调整管道的热胀二次应力，使一些高应力点的应力得以降低。 如果需要限制管道对设备的推力，也可通过限位支吊架实现。管道设置限位支吊架后，比起全部采用弹性支吊架，稳定性增加，可以降低管道振动。

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管道重量偏离设计值，或支吊架载荷调整偏离设计值的情况是大量存在的。如果管道全部采用弹性支吊架（特别是大量采用恒吊时），这种不平衡力将大部分转移到管道端点，引起管道弹性变形和自重一次应力的增加，也可能对连接设备的正常运行带来危害。如果管道中采用了一定数量的承重型限位支吊架，则上述不平衡力将分摊到限位支吊架和管道端点上，对管道和连接设备的危害将大大减小。

限位支吊架主要用于热胀量大的主蒸汽、再热蒸汽等高温管道中。 2 . 限位支吊架常用型式

广义的说，凡是具有限位功能的支吊架都应属于限位支吊架，如固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架等，但目前所指的限位支吊架并不完全包括这些支吊架。这一方面考虑历史上形成的支吊架分类习惯，另一方面这些支吊架的使用方式，也与专用限位支吊架有一定的差别。如固定支架是限制三个方向的线位移和角位移（即完全限位）；一般的滑动支架和刚性吊架，用在y向位移近似为零的支吊点，因而也就不存在限位问题。

由于采用限位支吊架的目的不同和安装位置的差异，限位支吊架的标准化工作比较困难。下面介绍几种常用的限位支吊架型式和它们的特点。

导向支架是承垂型限位支架，用于水平管道上，限位方向是y向向下和垂直于管道轴线的水平方向，导向支架已列入支吊架设计标准中。

现行标准中，导向板与支架管部的间隙为4mm，允许管道水平面角位移为0.6o~2o（大径管为小值），而管道的实际型位移一般是0.5o左右，加上导向板的刚度较弱，所以导向支架一般不具备限制管道角位移的功能。

导向支架多用于水平布置的门形补偿器两侧，或用于轴向补偿的波形补偿器两侧，达到防止门形补偿器背部热位移过大和避免波形补偿器的目的。

限位刚吊的结构与一般刚性吊架相同，只是使用条件的不同。限位刚吊用在有y向热位移的吊点，用来限制吊点的向下热位移。限位刚吊不但承重而且承受较大的限位力，载荷较大，吊杆比一般刚性吊架粗的多。按限位刚吊的限位功能，一般只能用于有向下y向位移的吊点，但实际工程中也用于有向上热位移的吊点。此时，应特别注意在热态时刚吊载荷的大幅度减小，甚至完全悬空不吃力的情况发生，以免使管道自重一次应力的大量增大。火力发电厂主蒸汽、再热蒸汽管道的y向膨胀量都很大，因而限位刚吊应用很普遍。在管系中，限位刚吊和管道端点构成重力静不定力系，它们的实际安装载荷与设计安装载荷往往存在较大的偏差，在安装、调整支吊架载荷时，需要对限位刚吊的载荷进行实测调整，否则会对管道的自重一次应力有不利影响。限位支架是限制支吊点水平位移的限位支吊架，可装于水平

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管和立管上。

3. 设有限位支吊架管道的冷紧

管道设限位支吊架后，管道为膨胀补偿由限位支吊架分成若干个独立管段，管系的冷紧方式和具体工艺要求，也就与无限位时有所不同。为了说明设有限位支吊架管系的冷紧特点，首先回顾一下无限位管系的冷紧。管系无限位时，整个管系为一个膨胀补偿段，三个方向的冷紧集中在一个冷紧口进行。冷紧时，如果冷紧口两侧的冷紧位移量不按两侧管段的柔性进行分配，则冷紧装置未松开前，两侧管段冷紧效果不相同；但冷紧装置松开后，管道可按各段的柔性自行调整冷紧位移量，特别是支吊架的载荷调好后，管道重量对冷紧位移的影响因素可以消除，管道各点的冷紧位移，完全由管道各段柔性自行调整，热位移时，各点的热位移量也是按各段柔度自行分配膨胀量，达到整体管道为同一冷紧比。因此，对无限位管道的冷紧，其冷紧口两侧的冷紧位移量，可不作严格的限制，也可以靠管道重力进行冷紧，因为它们对冷紧效果的影响，只存在于冷紧装置未松开前，或支吊架载荷未调好前，对最终冷紧效果并无实质性影响。

管道设限位支吊架后，由于膨胀位移和冷紧位移受到限位支吊架的制约，故冷紧量如何分配到各限位段，或冷紧口两侧的冷紧位移如何分配，以及冷紧过程的工序和工艺，将直接影响到冷紧效果，因而冷紧方法和具体要求也就变得较为复杂。有限位支吊架管道的冷紧，按冷紧口数量分为整体冷紧和分段冷紧两类；整体冷紧时，整个管系只设一个冷紧口，分段冷紧则每个限位段都设冷紧口。按冷紧量的分配方式，可分为按限位段柔度分配冷紧量和按膨胀量分配冷紧量两类。对冷紧效果有直接影响的是冷紧量的分配方式，而冷紧口的数量只是具体工艺过程不同而已。

分段冷紧是各限位段都设冷紧口，分别进行冷紧。冷紧前需装好限位支吊架，限位支吊架参与冷紧。进行冷紧前，需对各冷紧量统一进行检查，然后依次进行冷紧。冷紧过程中，限位支吊架不作调整。

分段冷紧采用按限位管道柔度分配冷紧量时，由于各限位段的柔度和膨胀量并不成比例，各段的冷紧比不相同，特别是各限位段的柔度和膨胀量之比相差悬殊时，各段冷紧比就会相差很大。冷紧结束时，限位点两侧的冷紧力大小相等方向相反，限位支吊架不受冷紧力。对端点的冷紧力和管道的冷紧应力，与同一总冷紧量的无限位时相同。管道热态时，限位点两侧的热态推力不相等，限位支吊架承受热胀推力。

管道二次应力不但要看应力水平，而且还要看冷热态的应力变化幅度。而冷紧比大小并不能改变二次应力冷热态的变化幅度，冷紧比只能改变冷热态的应力值。因此，只要二次

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应力值和端点推力满足要求，冷紧比可大可小，各限位段的冷紧比也不必强求一律，这是按限位段柔度分配冷紧量冷紧法实际应用的前题。实际工程设计中，有的限位段冷紧比只有0.5左右，而另一些限位段的冷紧比高达1.5以上。

分段冷紧采用按限位段的膨胀量分配冷紧量时，各限位段的冷紧比相同。冷态时，由于限位点两侧的冷紧力值不等，限位支吊架承受冷紧力。热态时，管道二次应力和对限位支吊架的推力各限位段按同一比例反向变化（相对于冷态的）；如果冷紧比取1、冷紧有效系也为1、则热态时各管道段的二次应力为零，限位支吊架和端点热胀推力也为零。整体冷紧只设一个冷紧口。当采用不同的冷紧位移分配方式时，冷紧效果和冷紧工艺要求也不相同。

当采用按各限位段的柔度分配冷紧位移时，限位支吊架不参与冷紧，限位支吊架一般应在冷紧后安装。此法的冷紧效果、限位支吊架的冷热态推力，等效于按柔度分配冷紧量的分段冷紧。如果限位支吊架在各支吊架载荷调整后安装，则冷紧口两侧的冷紧位移也与无限位时一样，可不作严格要求。如限位支吊架需在冷紧前安装（如限位刚吊），则冷紧口两侧的冷紧位移量和已安装的限位支吊架的冷紧位移量（即冷紧时限位支吊架的调整量），冷紧过程中需按要求严格控制。

按限位段的膨胀量分配冷紧的整体冷紧，等效于按膨胀量分配冷紧量的分段次冷紧。冷紧时需对冷紧口两侧和各限位点的冷紧位移进行严格控制，故限位支吊架需在冷紧前装好。

各种冷紧方式的冷紧工序和具体要求，应遵守下列原则：

采用按限位段柔度分配冷紧量的分段冷紧时，冷紧前各限位支吊架需事先装好，各冷紧口的冷紧量应统一检查，各冷紧值由设计给定。各冷紧口两侧的冷紧位移量，一般可不进行严格控制。

设有限位刚吊的管系，冷紧次序从管道最下方冷紧口开始，如管系中无其他方向限位时，x、z向冷紧宜放在最后一个冷紧口进行。如管系中有x、z向限位所在管段的y向冷紧，然后依次进行相临冷紧口的冷紧。

显然，当管系中有多个限位点，特别是有多个不同方向的限位时，冷紧工序将变得很复杂。

采用按限位段膨胀量分配冷紧量的分段冷紧，与前者比较，只是冷紧量分配方式和冷紧效果不同，冷紧工序和要求则一样。

采用按限位段柔度分配冷紧位移的整体冷紧时，冷紧前限位支吊架一般不装（承重的限位支吊架可装），限位支吊架需在支吊架载荷调好后装。冷紧口两侧的冷紧位移量，可不作

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严格规定。冷紧过程与无限位时大体相同。特别需要指出的是，支吊架载荷调整，不但包括各弹性支吊架，也包括承重的限位支吊架（需实测整定），此冷态载荷由设计给定。 分段冷紧不宜用于多限位点的管系；而限位点少时，分段与整体冷紧工序的繁简程度并无多大区别。就管道施工工序而言，施工中需预先清洗接口，焊接式流量装置需在冲管后才能正式安装，管道安装工作难以一次正式完成，给分段冷紧工作带来困难。因此，整体冷紧方式就显出通用性广、简便、实用的优点。特别是按管段柔度分配冷紧位移的整体冷紧，冷紧工序与无限位管道没有什么区别。

采用按限位段膨胀量分配冷紧量或冷紧位移的冷紧方法，有较小的热态二次应力和较小的热态端点推力。而冷紧的主要目的就在于使热态二次应力减小，使管道投运初期的蠕动速度减小，因而此种冷紧方式较为合理。当然，实际管道的二次应力水平一般都较小，不是管道设计的主要矛盾，故按柔性分配冷紧量或冷紧位移的冷紧方式，在实际工程中也多有采用。按柔性分配冷紧量的方式，在冷紧过程中，对承重支吊架的载荷状态无特殊要求，冷紧工序也较为简便。

四 、减振器

在管道设计中，由于参数的提高、主辅机设备机械振动的传递、各主要管道内工质运行工况大幅度变化及布置方式的改变，电厂的部分管道容易产生较严重的振动，设计过程中,为控制振动的发生，往往采用减震器。常见的减震器的类型有弹簧式减振器、轮鼓式减振器、液压式阻尼器和机械式阻尼器。

弹簧式减振器是借助减振弹簧的刚度及弹簧顶压缩的初始力，以减少或消除管道周期性的摆动或振动。

轮鼓式减振器是靠摩擦力来控制管道摆动、振动和吸收冲击载荷，起限制管道热位移的作用。

液压式阻尼器是借助特殊结构的阀门控制液压缸活塞移动以抑制管道或设备受周期性荷载和冲击性荷载影响的阻尼装置。它适用于防止管道因地震、流动瞬变成风载产生的破坏性响应。专用的液压式阻尼器也可用来承受安全阀排放或破管引起的持续推力。液压式阻尼器对管道热胀冷缩的缓慢移动几乎没有阻尼，而且它对低幅高频振动也不起作用。

机械式阻尼器是利用机械传动原理限制管道或设备移动的线加速度或线速度的阻尼装置，但它有不允许设备或管道自由的膨胀。

29

第三节 支吊架的运行维护和检查

一、检查周期

管道支吊架在管道的运行时应定期进行检查和维护，在DL/T616火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则中作了明确的规定。

汽水管道首次试投运时，在蒸汽温度达到额定值8h后，应对所有支吊架进行一次目视检查，对弹性支吊架荷载标尺或转体位置、减振器及阻尼器行程、刚性支吊架及限位装置状态进行记录。发现异常应分析原因，并进行调整或处理。

对于300MW及以上机组的主蒸汽管道、高低温再热蒸汽管道的支吊架，每年应在热态时逐个目视观察一次，并记入档案。

300MW及以上新装机组的主蒸汽管道、高低温再热蒸汽管道运行3—4万h后的大修时，应对所有支吊架的根部、功能件、连接件和管部进行一次全面检查。

本导则适用范围内的汽水管道，运行8—12万h后的大修时，应对支吊架进行一次全面检查。

二、检查内容

对于管道、支吊架在冷热态时位移正常，不与其他构件相碰。支吊架根部受力正常，钢架不存在变形现象，吊杆的倾斜度不大于4度。具体来讲：

（一）. 弹簧支吊架:

1．变力弹簧支架是否过度压缩、卡死、偏斜或失载，弹簧盒内有无其它杂物 2．记录弹簧刻度（如有位移指示器则直接读数，没有，用尺子测量弹簧的高度）。 （二）.恒力支吊架：

1．恒力弹簧支吊架位移指示是否越限。

2．恒吊的位移指示器在两端有余量，不卡死，不脱载。 （三）. 固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架和限位支架： 1. 工作面应平整，无卡涩或脱空现象 2．管部滑动底扳是否越限。

3．主要受力焊缝是否有裂纹，是否存在破坏现象。 （四）.阻尼器

1．阻尼器的油系统与行程是否正常，是否漏油。 2．阻尼器位移是否正常。

30

三、支吊架调整

支吊架的吊杆与垂线间夹角在冷热态时不能满足规定的夹角值时（变力和恒力弹簧吊架吊杆和水平线的夹角应小于4°，刚性吊架吊杆和水平线的夹角应小于3°），不能满足时，可调整偏装值来实现。

变力弹簧支吊架安装荷载的调整应通过松紧螺母来进行，必要时可用吊杆最上方或横担下方的螺纹作辅助调整。不宜用吊杆连接附件的螺纹作辅助调整。具体的调整方法见弹簧支吊架一节中的相关内容。

对于恒力吊架的在安装过程和运行过程前，如固定销轴不能自由拔出，可按下列方法调整：

调整载荷螺栓与吊杆螺栓之间的松紧螺母，使吊架承受的力与支吊架本体的弹簧力矩平衡，从而拔下固定销轴；

当固定销轴在固定空中偏向载荷一侧时（销轴与孔之间有间隙），说明载荷力矩偏大，应旋松松紧螺母；

当固定销轴在固定空中偏向弹簧罩筒一侧时，说明载荷力矩偏小，应旋紧松紧螺母； 当采用上述方法仍不能取出固定销轴，表明实际载荷与计算载荷有较大偏差，应调整吊架本体内载荷调整螺栓，使实际的载荷力矩与支吊架的弹簧力矩相平衡，拔出固定销轴。

如采用上述所有的方法，仍不能取出固定销轴，说明选用的恒力吊架型号不对，实际载荷与支吊架标准载荷偏差过大，应改变分配给的支吊架的荷载或改变吊架。

恒力吊架在运行过程中，位移指示器的刻槽应在0－10刻度内移动，不应碰到弧形槽。否则，按照上述方法调整。

单吊杆刚性吊架，冷、热态均不允许失载。双吊杆刚性吊架，冷、热态均不应一例失载。出现失载时，根据情况，设法纠正。

投产后的管道需要增设阻尼器的，阻尼器的型式应与管道动荷特性及阻尼要求相适应，阻尼器的规格应按动力荷载选用。

补装液压或机械阻尼器，必须使冷、热态均有足够的位移裕度，以防阻尼器位移超限损坏。

减振器与阻尼器一般应在管道处于冷态线时安装。安装前应核对图纸尺寸与管线实际位置，如管线实际位置偏差过大，应对安装尺寸进行适当修正。

补装减振器后，必须进行热态调整，保证弹簧压缩后的行程裕度大于因管道位移在减振器位置的轴向分量，并使无附加力作用在热态的管道上。

31

第三节 应力计算的基本参数

一、原始参数

原始参数是指给定的最基本条件，或由这些最基本条件而查出的数据。如主蒸气管道的计算压力，计算温度，计算安装温度；选用的钢种、规格、壁厚负公差、弯管的弯曲半径，管子自重（包括保温及介质重量在内的单位长度重量）；以及钢材在工作温度下的线膨胀系数α、弹性模数E及钢材工作温度下的弹性模量E，钢材在设计温度下的许用应力σ等等。

主蒸气管道的计算压力，取用锅炉额定蒸发量时过热器出口的额定工作压力。不考虑安全门动作时的超压对管道寿命的影响，因为安全门动作次数很少，而且动作前压力升高的时间，与整个运行时间相比是很小的，对管道寿命影响不大。也不考虑压力的正常波动，从静力计算的角度看，压力高一点对寿命不利一点，压力低一点对寿命有利一点，近似的说可以相互弥补。

主蒸气管道计算的温度，取用锅炉额定蒸发量时过热器出口的额定工作温度。如果蒸气温度波动在允许的范围内，而且全年平均温度不超过额定温度，或虽然超过额定温度，但不严重的超温是不可避免的，它将影响管道的寿命，但一般设计是当有裕度，所以不造成对安全的威胁。如果超温次数多、时间长，这是不允许的。

考虑到我国东西南北四方与春夏秋冬四季气温的大致情况，并为了与钢材性能试验温度相协调，管道的计算安装温度一般取用20o。

二、计算参数

由原始参数或管子及管件的具体特点，经过计算或按有关规定可得出计算参数。如管子为面积、管子断面惯性短、管子断面抗弯矩、管子壁厚允许负偏差，管子负偏差系数及管子壁厚附加值，计算刚度及刚度的折算系数，环向焊缝系数，管件的尺寸系数、柔性系数及应力加强系数，以及许用应力范围等。

1. 管子断面惯性短，管子及三通断面抗弯矩 （1）J=π/σ4（DW4-DN4）2（mm 4） （3—21） （2）W=π/32DW(DW4-DN4)2(mm3) （3—22） （3）Wz=π/32dW(dW4-dN4)2(mm3) （3—23） 式中：J—管子断面惯性矩，（mm4）；

W—管子及等径三通的断面抗弯矩，（mm3）；

t

20

t

t

32

Wz—不等径三通支管的断面抗弯矩，（mm）； DW—— 管子等径三通的外径， (mm)；

DN—管了及等径三通的内径 ， (mm)； dW —不等径三通支管的外径， （mm）； dN —不等径三通支管的内径， （mm）； 1. 刚度EJ及刚度折算系数U： U=EJ/（EJ）ˊ （3—24）

式中：EJ—管系的计算刚度，按计算管系中最多数同类元件的规格计算； （EJ）ˊ—管子的实际刚度，按实际元件的规格计算，对于热挤压三通及焊制三通，它们的刚度按与三通连接的管子刚度计算。

2.管件尺寸系数λ： 它是表征管件特性的参数。

（1）对于弯制弯管、热挤压弯管及焊制弯管 λ=RS/rρ

2 、

3

（3—25）

（2）对于未加强焊制三通 λ=S/rρ

、

（3—26）

3. 柔性系数K：

柔性系数表示弯管相对于直管，在承受弯矩时柔性增大的程度，是表示管件变形特性的参量。其数值等于在相对变形条件下，按一般弯曲理论求出的弯矩与考虑弯管载面扁平效应时求出的弯矩值之比。管件柔性系数的确定方法为：

（1）对于弯制弯管及热挤压弯管

K=1.σ5/λ

、

（3—27）

（2）对于焊制弯管 K=1.52/λ

5/σ

(3—28)

式中：K—柔性系数； λ—尺寸系数。

当计算得出的K<1时，取K=1。

（3）对于热挤压三通及焊制三通，取K=1。 （4）对于直管，取K=1。

（5）对于阀门、对焊法兰、铸钢三通、铸钢弯头等刚度大的管件，其壁厚比连接管

33

子大很多，将它作为刚性元件，不计入其弹性补偿作用，即不计其柔性。

4. 应力加强系数m

应力加强系数表示弯管或三通，在承受交变弯曲疲劳时与直管承受同样弯矩而产生的最大应力之比值，试验和实践都证明这些管件存在局面应力集中。对峰值应力的限定，本应采用疲劳分析，但火力发电厂尚没有采用，所以在一次及二次应力验算时，对三通及弯头等的应力集中，计入应力加强系数来修正，以防疲劳破坏。目前已对等径三通进行应力加强系数试验，在其它管件无试验可取之前，应力加强系数均按下式计算：

m=0.9/λ

2/3

（3—29）

式中：m—应力加强系数； λ—尺寸系数。

当计算得出的m<1时，取m=1。对于直管，取m=1。 σ、环向焊缝系数Φ

在计算持续外载及热胀当量应力时，其应力方向可能垂直环向焊缝，而焊缝几何形状及质量等不利因素将影响其承载能力。因此，就引入环向焊缝系数Φ来考虑这个影响。其规定如下：

（1）当验算点在直管上时，因没有进行具体管段长度设计均得计入环向焊缝系数。对于按照有关规范检验合格的环向焊缝，Φ值按下列规定选取：

对于碳素钢和低合金钢 Φ=0.9 对于钢铬钢 Φ=0.7

（2）当验标点在各类弯管、热挤压三通或焊制三通支管与主管交叉点时，取Φ=1。 5. 许用应力修正系数η

当钢材缺乏有关强度的保证值时，可按有关标准进行钢材的抽样试验，抽样试验得到的强度特性值乘以η=0.9。

三、 钢材的许用应力

工程上用钢材的强度特性值除以一定的安全系数得到基本许用应力。这是大家所熟悉的。对于管道，选择钢材的什么强度特性值，选择多大的安全系数是要经过一番研究才能确定的。

选择钢材的什么强度特性值作管道强度计标指标，首先决定于管道的失效类型，其次是目前技术条件是否可以进行某种强度分析计算。选择多大的安全系数就要顾及各方面的情况，除了考虑到应力计算的准确性和钢材强度特性的可靠性外，还要考虑到没法计算的其他

34

失效类型等。因此，不同强度特性的安全系数是不相同的。

管道是在高温下，受各种各样应力及蒸气介质的作用下工作的，它有可能因大面积屈服、破断、低周疲劳、热疲劳或应力腐蚀等原因而失败。目前最主要的，而且技术上比较成熟的是防止大面积屈服、破断与低周疲劳。所以要选用的强度特性值是，常温强度极限σb；高温强度极限σbt；高温屈服极限σst或高温条件屈服极限σ

t 0.2

及持久强度σ

t、D。但这些强度

特性值不是常数，因此工程上对这些数值的选取就要从安全的角度进行如下规定：

（1）σb20—钢材在20℃时强度极限的最小值； （2）σst 或σ（3）σ

t、 D

t 0.2

—钢材在计算温度下屈服极限或条件屈服极限的最小值；

—钢材在计算温度下10万h持久强度的最小值；

目前，名钢种技术条件均给出新材的屈服极了及强度极限统计的保证最小值。由于持久中度是具有分散带的大量试验点用数学处理外推得到的，所以没有特别声明均指平均值。一般认为持久强度有±20%的分散带。所以它的最低值为：

σ

tDmin

=0.8 σ

t D （3—30）

在管道的应力计算中，只能考虑主要载荷产生的应力，对附加应力，正常温差应力、温度及压力的偏差与某些应力集中等，均没有进行计算。就是被考虑的主要应力，也不是准确计算出来，而是采用简化的近似计标。又如钢材性能存在偏差或分散性，使得它的强度特性值不是一个准确的常数。为了补偿救上述的不足并约管道寿命留有必要的准备，就要在钢材强度特性值取用上留有余地。因此，工程上就用安全系数进行考虑。

许用应力按下列公式计算并取最小值： ［σ］J≤σ

20b

/2.7

［σ］J≤σst/1.5 (3—31) ［σ］J≤σD/1.5

t

由于科学研究的进展，以及经济观点上的原因，各个国家的安全系数具有所不同的，就是在一个国家也是经常修改的。在西德1975年修定的TRD规范，强度特性值的σσ

t

52310min

tD

改为

，在内压下的安全系数由1.5改为1.0；水电部1978年修定的SDGJσ—78规定，

tD

σst 与σ的安全系数由1.65改为1.5。在一个国家内，对不同工作条件的部件，安全系

t52310

数的规定也是不同的。如西德的TRD规范，对σ在内压下安全系数取1.0，在外压下安

全系数取1.2。又如英国BS管道标准中，对2 1/4CrlM0钢，设计寿命为15万h，安全系数取1.5；设计寿命为15至20万h，安全系数取1.0；设计寿命为20至25万h，安全系数取0.8。

35

在工程上，还要考虑构件的特点，如开孔、焊接等因素；有时还考虑结构件的工作条件，中受热与不受热、工作压力是否超过某一限度等因素。以上这些因素不带普遍性，所以在安全系数中没有给予考虑，所以遇上有上述情况的结构件，还要对基本许用应力再进行修正，强度计标中的许用应力为η［σ］J，η称为许用应力的修正系数，它可以在有关的技术规定查出或计算出。

四、 内压产生的应力及壁厚计算

1、内压折算应力计算

管道受到各种各样力的作用，其中最主要的是内部介质的压力。当管子外径（或内径）决定后，应该选用多大的壁厚就要由内部介质压力来决定。因此首先应该进行承受内压管子的应力分析，然后按有关强度理论来计算当量应力，最后计算所需要的壁厚。

当管子内存在均匀分布的压力时，在管壁上任何一点的应力状态，是由作用在该点上三个互相垂直的主应力决定的，其中一个主应力沿管壁圆周的切线方向，通常称内压周向应力（σzx）；第二个主应力平行于管子的轴线方向，称内压轴向应力（σzh）；第三个主应力是沿着管壁的直径方向，称为内压径向应力（σjx）。

三个主应力的计算表达式如下：

?zh?prwp2jsrn22?rnrn2?????(3?32)rwr22??js(1?22)????(3?33)jx?rw22Pjs(1?zxrw?rn))?rwr2?rn2??????（3?34） 式中σzh----内压轴向应力，（MPa） σjx ---内压径向应力，（MPa） σzx ---内压周向应力，（MPa） pjs------计算压力，（MPa） rw--------管子的外壁半径，（mm） rn--------管子的内壁半径，（mm）

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r--------管子上任意一点的计算点的半径，（mm）

由（1-2）和(1-3)可以证明，内压周向应力和内压轴向应力是一个随半径r值而定的变数。在管子内壁，即r= rn时，内压径向应力为最大值；而在管子外壁，即r=rw时，内压周向应力为最小值。

承受内压的管子在三个方向的应力中，内压周向应力始终为最大值，它对管子强度起决定的作用，它永远是拉应力；关于内压径向应力，在管子内壁，绝对值为最大值，而在管子外壁，绝对值为最小值，为零，并且它永远为压应力。在一般情况下，径向应力为最小值，轴向应力介于二者之间；对于内压轴向应力，它与半径无关，沿管壁是均匀分布的。但当管子的外径与内径的比值大于是1.42时，管子的内壁的径向应力将大于内压轴向应力。

管子内压折算应力的计算：

?

zs?Pjs(Dw?S)2S????3.35式中：Pjs 为计算应力，（MPa） Dw 为管子外径，（mm） S为实测壁厚，（mm） 2、壁厚计算

管子或管道的管子壁厚理论计算壁厚SL： SL= PDw /(2Ψh［σ］+P ) (3—36) 上式中： SL—理论计算壁厚，（mm）； P—计算压力，（MPa）； Dw—管子外径，（mm）；

［σ］—钢材在计算温度下的许用应力，（MPa）； Ψh—焊缝减弱系数 。

《水管锅炉受压元件强度计算技术》对Ψh作了如下规定： (1) 对于无缝钢管，η=1.00；

(2) 对压制的焊接弯头按表3—8取用： 表3—8焊缝减弱系数 焊接方法 手工电焊或气焊 焊缝型式 双面焊接有坡口对接焊缝 η 1.00 37

有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝 无氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝 0.90 0.75 在焊缝根部有垫板或垫圈的单面焊接有坡0.80 口对接焊缝 电渣焊 1.00 1.00 0.85 0.80 熔剂层下的自动焊 双面焊接对接焊缝 单面焊接有坡口对接焊缝 单面焊接无坡口对接焊缝 理论计算壁厚只是保证了强度条件的最小壁厚，它没有考虑管子壁厚存在的负偏差、腐蚀与磨损，更没有考虑弯管部分的减薄。当考虑了上述因素的壁厚称为管子或管道的最小需要壁厚Smin，其关系为： Smin=SL+C (3—36)

式中： C—管子壁厚的附加值，（mm）。

计算壁厚的附加值包括两部分：考虑腐蚀减薄的附加壁厚C1，一般取0.5mm，若在运行期限内，腐蚀和氧化减薄值超过0.5mm，则应取实际减薄值; 考虑钢管下偏差的负值的附加壁厚C2，按下式选取：

1）.对于钢管弯成的弯头，考虑钢管的负偏差，弯管和弯头应力区别于直管应力的附加壁厚C2按下列原则取：

C2=A1Sl

1).当1.8?R?3.5时,A1按表3-9 确定?mDw 式中，系数A1按下列原则选取：

50

2).当A1?n(4n?1)

式中3) 当RDwRDw100-m?3.5时,A1按表3-10取

2）.对于由钢板压制的焊接弯头，考虑钢板下壁差和工艺减薄的附加壁厚C2区钢板的下偏差和压制实际工艺减薄值之和。

38

表3-9系数A1的取值

下偏差(为负值时)与壁厚的百分比值（%） A1

表3-10 系数A1的取值

下偏差(为负值时)与壁厚的百分比值（%） A1

在任何情况下，管子壁厚附加值C不得小于0.5mm。

3.管子的选用壁厚

由于计算得出最小取用壁厚Smin不一定符合现有管子规格所具有的壁厚，有时还想把壁厚的裕度取得大一点，所以管子实际选用壁厚S绝对不会小于管子的最小取用壁厚Smin，即

S≥Smin （3—37）

式中：S—管子选用的公称壁厚，（mm）。

弯管后任意点的实测最小壁厚不得小于直管壁厚.

4.管道设计的基本概念

管道应力计算的目的是：要求管系在预定的应力作用下，在预定的使用期限内不失效。 现行的火力发电厂汽水管道应力计算主要进行内压折算应力计算（或壁厚计算），内压、自重持续外载及热胀产生的应力验算。其它影响因素只能靠结构、工艺及运行方式的限制来改善，靠各种系数来补偿。随着科学技术的发展，关于动应力、疲劳分析、塑性应变的积累、蠕变疲劳联合作用断裂力学等问题，正在积极进行研究，并已在要求特别严格的管道寿命研究及事故分析中得到部分应用。

1）.管道设计的基本内容

一条管道系是由管段、弯管（或管头）、阀门、三通、法兰、大小头等各元件及连接环节（中焊缝）组合成的。应力计算是在各元件及连接环节没有不合格的宏观及微观缺陷的前提下，根据设计参数计算各元件的强度，根据设计参数及管系的几何、结构参数验算管系的强度。阀门、三通及法兰一般均按典型参数进行典型的计算，管系计算时一般不再重复进行。电力设计部门只对管段、弯管进行元件的强度计算；对管系（考虑了连接环节）进行应力验

39

15 0.22 10 0.15 5 0.09 5 0.03 15 0.18 10 0.11 5 0.05 5 0 算。

对管系的静力计算的目前主要借助大型的管系计算软件来完成，常用的软件有SAP-5分析程序，我国自行研究开发的程序GLIfV3.01，及美国的CEASARII分析程序，可以进行管系的静力计算和动力计算，在设计中，一般进行管系的静力计算，管系静力计算的的目的是一次应力的计算、二次应力计算、管道对设备推力的计算、管道支吊架的受力计算等。

新设计的管道是按现行的规程进行强度设计，对超过设计寿命运行的管道（超期服役管道）是否重新按现行规程进行计算，看法不大一致。对于超期管道，当时把它当作一根无重量的弹性线，但长期运行后，几何及结构参数可能有变化，而且旧规定对复杂管系也未按多分支及不同的运行方式进行计算，所以是很近似的工业计算。对于超期服役的管道，如能按照的实际几何及结构参数进行新的计算，对其寿命鉴定，是很有指导意义的。

2）.管道元件的失效型式与控制条件 a）局部塑性变形

以前的管道应力计算是以载荷引起的应力（或应变）使管系发生屈服为失效，若工作在弹性范围内，故称为弹性分析。在弹性分析中，它把应力限定在屈服极限以下。随着实践经验的积累和理论研究的进展，认为弹性分析的失效准则是比较保守，所以现在不用了。 b）大面积屈服变形和破裂

其实，管壁上局部屈服，并不意味着管道就会发生破坏。因为局部的屈服被周围弹性体所包围，管系还可以继续加载。直到大面积屈服，致使结构处于不增加载荷不发生塑性流动。才是极限载荷，这种观点称为极限分析，它把应力限定到大面积屈服。限制了大面积屈服，也间接防止了钢材热强度的降低提高了抗腐蚀性，也防止了弹性转移。

c）脆性破坏

脆性破坏是一种突发性事故，在破坏之前没有任何先兆,突发性地发生破裂。断裂力学的出现与发展，就是为了防止这种破坏。目前火力发电厂管道设计还没有进行防脆性破坏的计算，但在材料的选择上，很注意它有足够的韧性；严格控制元件允许缺陷的尺寸，限制最大局部应力的水平及最低温度区间。

d）应力腐蚀破坏

在有腐蚀介质的环境中，在高应力或材料抗腐蚀性能差的部位，会产生局部的麻坑或麻面，并有发展成晶间裂纹的趋向。目前汽水管道还没有进行这种计算，只是用选择合适的材料，改进结构设计，限制运行方式及应力水平等几种措施来给予定性地防止。

e）弹性或塑性失稳

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