管道支吊架中的碟形弹簧用于吸收管道热膨胀产生的位移,同时提供恒定的支撑力。通过合理设计弹簧组合,可以获得近似恒力的特性,减少管道应力。
热力管道在升温时会伸长,如果支吊架采用刚性支撑,管道会产生巨大的热应力。采用碟形弹簧支吊架,当管道向上位移时,弹簧被压缩,支撑力增大;但通过特殊的组合设计,可以使支撑力的增加量很小,近似恒定,从而将管道应力控制在安全范围内。
实现恒力特性的基本原理是利用碟形弹簧在不同压缩阶段的刚度变化。单片弹簧的刚度随压缩量增加而增大,但通过将弹簧对合串联,并在中间增加薄垫片,可以制造出刚度平台。设计时,将若干组弹簧串联,每组由2-3片弹簧并联,组与组之间用平垫圈隔开。当压缩进入某范围时,部分弹簧被压平,退出工作,总刚度下降,从而抵消刚度上升的趋势。
调节恒力特性时,通过增减垫片厚度或改变弹簧的叠合片数,可以调整恒力区间的位置和范围。对于需要较大位移的管道,应增加串联组数,使总行程增大。对于载荷较大的管道,应增加并联片数,提高承载能力。
安装支吊架时,先将管道架设在弹簧上方,调整弹簧的预压缩量,使管道处于设计位置。使用百分表测量管道在不同温度下的实际位移,与理论值对比,如果偏差过大,应重新调整弹簧组合。
在运行过程中,应定期检查弹簧的压缩量。如果发现某支点的压缩量与设计值不符,可能说明管道有异常变形或支点沉降。需要停机检查,必要时调整弹簧预压缩量。
对于需要更大恒力位移的场合(如锅炉蒸汽管道),可以采用多个碟形弹簧支吊架并联,或采用碟形弹簧与圆柱螺旋弹簧组合的复合支吊架。碟形弹簧提供大刚度部分,螺旋弹簧提供小刚度部分,两者配合可获得更长的恒力行程。
维护时,检查弹簧是否有裂纹或锈蚀。由于支吊架长期承受静载,弹簧的主要失效模式是应力松弛而非疲劳。因此,重点是测量自由高度。如果松弛超过10%,应成组更换弹簧,并重新标定支吊架的载荷-位移曲线。