关于弹簧支吊架的安装与调整

康宇鑫 吴剑军 张 博

中国石油工程建设有限公司 河南洛阳 471023

管道支吊架的设计是管道设计中的重要组成部分，它必须考虑相关设备、管道及其组成件的综合受力情况，通过正确、合理的管道支吊架设置，来完成对管系一次应力和二次应力的约束和矫正，以此来保证管道的长周期安全运行。

1 管道支吊架的大致分类

管道支吊架按照性能可以分为刚性支吊架、弹性支吊架、柔性管架和减振阻尼器。刚性支吊架具有较高的刚度，在作用力的作用下，理论上是不发生形变的，其一般应用于没有竖向位移的管道支撑点上。弹性支吊架是指加入了弹性元件的支吊架，一般应用于在竖直方向上具有较大位移的管道支撑点上。柔性管架是一种在管道主位移方向上刚度较小的支架，即管道位移不受支吊架的限制，而是将位移传递给支架使之共同移动，适用于对大口径单根管道的支撑。减振阻尼器是一种特殊的管道支吊架，其主要作用是抑制管道的震动和冲击荷载，限制管道和设备的线加速度及线速度，但允许管道及设备的最终热位移。以下重点讨论弹簧支吊架的安装和调整。

2 弹簧支吊架的分类及简介

弹簧支吊架分为两大类，一是可变弹簧支吊架（图1），二是恒力弹簧支吊架（图2）。可变弹簧支吊架的荷载随着位移的变化而变化，其允许位移范围一般为0～120mm，荷载变化率不应该大于25%。恒力弹簧支吊架的荷载理论上不随位移的变化而变化，它是通过一个旋转机构保证力矩平衡，来实现荷载的恒定。但在现实中，要保证荷载完全恒定是不现实的，一般认为将荷载变化率控制在6%以内，即认为合格，允许位移范围一般为50～400mm。可变弹簧和恒力弹簧均可串联和并联使用。当荷载过大时，采用并联；当位移变化过大时，采用串联。设计中，弹簧支吊架的最大串联数不宜超过3 个。需要注意的是，在实际工程建设中，即便将质量完全合格的弹簧安装在管道及设备上之后，也不能保证其在日后的生产运行中完全满足设计要求。影响弹簧支吊架性能的最大因素就是其安装和调整，且对日后管道及设备的安全运行起着决定性的作用。如果弹簧支吊架安装调整不到位，会导致弹簧无法正常工作，引起管道及设备损害，甚至发生事故。

图1 可变弹簧支吊架典型结构图

图2 恒力弹簧支吊架典型结构图

3 弹簧支吊架的安装和调整

3.1 明确正确的拆除时间

当管道完成所有的过载测试及绝热施工后，在开车试运之前，应当将所有弹簧支吊架的限位销钉移除。只有在这个时候拆除掉弹簧的限位销钉，才能够保证将弹簧调整到正确的设计荷载，从而满足设计要求，同时也能够避免管道或设备在过载测试的过程中造成弹簧卡阻及损坏。另外，有一种比较特殊的情况就是，对于和转动设备接口相连的管道上的弹簧支吊架的调整，应当在施工完成后，管道强度试验之前进行，其目的是为了使管法兰和设备法兰的间距、平行度、同轴度等重要参数在配管过程中得到充分保证。待完成这类管道的配管安装后，再重新锁定弹簧支吊架的限位销钉，进行管道的后续过载试验。

3.2 明确弹簧的“三态”

弹簧的“三态”，即弹簧的刚态、冷态和热态。弹簧的刚态，也就是弹簧的安装状态。由于弹簧的限位销钉还未移除，整个弹簧处于一种刚性状态，既不能被拉伸，也不能被压缩，此时的弹簧是一个几何尺寸不能变化的刚体，弹簧的总高度就是弹簧的安装高度。弹簧的冷态，是指在正式开工试运之前，将弹簧的定位销钉拆除后，弹簧恢复弹性时的状态。弹簧的热态是指装置开工后，在一个预定的温度下工作时弹簧的状态。

3.3 对弹簧的安装和调整要求

弹簧处于刚态时，是按照管道的应力分析要求，将弹簧预压缩或预拉伸到一个预定的位置，即安装标尺（冷态位置）处，并用限位销钉锁死，此时弹簧支吊架是一个几何尺寸不能变化的的刚体。对于弹簧的安装和调整有如下技术要求：

（1）弹簧在安装时，要使弹簧的观察面板朝向日后便于观察的方向；

（2）安装时要保证弹簧的安装预留空与弹簧自身的安装高度相符；

（3）弹簧的限位销钉移除时，可通过调整弹簧，形成无约束条件，在无约束条件下予以移除，严禁强力移除；

（4）移除限位销钉后，可再对弹簧做适当调整，使弹簧准确处于冷态标尺指示位置，以满足设计要求；

（5）弹簧和相关管道或设备应当形成紧密连接，不得留有安装旷量。

由上述弹簧的安装和调整要求，可以发现，弹簧支吊架存在两种状态下的调整：第一是刚态调整，其目的是保证弹簧在无约束状态下限位销钉的移除；第二是冷态调整，其目的是为了在拔出限位销钉后将弹簧精确调整到冷态指示位置，以满足设计需求。通常所说的弹簧支吊的调整，指的就是冷态调整。

恒力弹簧支吊架主要由弹簧、固定框架、回转框架、回转机构、荷载调整装置、位移指示板和位移调整装置构成；变力弹簧支吊架主要由弹簧、固定壳体、位移指示板和位移调整装置构成。其中位移调整装置主要分为两类：一种是可旋螺杆，主要适用于弹簧支架，通过旋转升降螺杆来达到对弹簧压缩量的精确控制；另一种是花篮螺母，主要适用于弹簧吊架，通过花篮螺母的旋紧或放松来达到对弹簧压缩量的精确控制。特别应当注意的是，对于恒力弹簧支吊架，一定不要将位移调整装置和荷载调整装置混淆，以免造成弹簧失效。安装前，要仔细检查弹簧支吊架的铭牌标识，核对好弹簧支吊架位号、位移量、位移方向和安装荷载，保证将正确的弹簧支吊架安装到正确的位置上，并与其承载的管道或设备紧密连接，不得留有安装旷量。完成强度试验之后，在管道和设备正式运行之前，首先要对弹簧支吊架进行刚态调整，通过调整花篮螺母或者可旋螺杆的松紧直至用手能在无约束状态下自由地取出限位销钉，并且对限位销钉加以妥善保管，以备日后对弹簧支吊架维护和调整。随后，再对弹簧支吊架进行冷态调整。

4 弹簧支吊架的粗调、细调和精调

4.1“三步调整法”步骤

对于弹簧支吊架的冷态调整，当一个管系上只有一个弹簧支吊架时，很容易将弹簧调整到指定的冷态标尺处。但对于在一个管系或设备上有多个弹簧支吊架的情况，由于在调整时不同弹簧间的相互影响，往往无法实现一次调整到位，此时就需要采用弹簧支吊架的“三步调整法”，即粗调、细调和精调的“三步调整法”，具体如图3 所示。具体步骤如下：

图3 弹簧支吊架的“三步调整法”示意图

（1）以靠近上端设备口的第一个弹簧支吊架A 为起点开始调整，当弹簧A 被调整到指定的冷态标尺处时，完成弹簧A 的第一次调整，此为该弹簧A 的“粗调”。

（2）之后，依次向下调整第二个弹簧支吊架B，将B 调整到指定的冷态标尺处时，完成该弹簧B 的第一次调整，即该弹簧B 的“粗调”。此时，由于受到弹簧B的荷载变化影响，弹簧A 的实际冷态位置会发生偏移，因此再重新返回调整弹簧A，将弹簧A 再一次调整到指定的冷态标尺处。此时，就完成了弹簧A 的第二次调整，也就是常说的“细调”。

（3）然后，继续依次向下对第3 个弹簧C 进行“粗调”，将弹簧C 调整到指定的冷态标尺处后，由于受到弹簧C 的荷载变化影响，弹簧A 和B 的实际冷态位置会发生偏移，所以要重新返回依次完成对弹簧A 和B的调整，将弹簧A 和B 依次再次调整到指定的冷态标尺处；此时，就完成了弹簧A 的第三次调整，也就是常说的“精调”，同时也完成了弹簧B 的第二次调整，即弹簧B 的“细调”。如此循环反复后，就完成了同一个管系或设备上所有弹簧支吊架的调整。这就是关于弹簧支吊架的“三步调整法”。

这里需要特别注意的是，对于同一个管系上多个弹簧支吊架调整的先后顺序，应当遵循“从上至下、从设备口到固定支架”的原则，依次完成所有弹簧支吊架的正确调整。另外，对于安装和调整要求特别严格的情况，也要适当考虑施工作业时的环境温度，一般常温20℃是较为理想的施工作业环境温度。

4.2 严格操作意义重大

现场实际施工作业时，要严格要求将每一个弹簧调整指示到冷态指示位置，这里有4 个重要目的：（1）使得弹簧支吊架的状态设置满足设计需求；（2）对施工方的一个保护，以此来证明完成了无约束拆除限位销钉；

（3）在将弹簧支吊架调整到指定冷态位置的过程中，也是对弹簧是否可以进行正常机械动作的一个最直观的检查；

（4）为了便于开工后的准确观察，观察弹簧在相应工况下是否发生了相应的位移，以此来判断管道或者设备的自由度是否得到了保障，是否被其他因素约束。如果没有发生位移，说明管道或者设备的自由度没有得到充分保障，此时处于危险状态。这个时候，就要求迅速排查出问题所在，将隐患立即予以消除，保障生产安全运行。

由于在管道设计中涉及到的各类型荷载很多，比如风荷载、雪荷载、安全阀反力、地震荷载和水平力等，弹簧支吊架在正常工况下，其位移指示只要处于冷热态标定之间一般就认为是合格的。如果有异议，也可以提出申请再次进行设计复核。

5 结束语

总之，弹簧支吊架的安装与调整是在管道工程建设中极为重要的一个环节，安装与调整的正确与否，将直接关系到弹簧支吊架以后是否可以进行正确动作，补偿管道或设备的热位移，从而确保管道或设备的安全运行。应当在实际的生产建设中，对此提高认识，严肃施工纪律，确保工程建设质量。