一種防偏恒力彈簧支架結構設計

李永波

摘要：恒力彈簧支架在石油化工中起著減小和轉移管道二次應力，保證管道安全運行的重要作用。研究了在保證恒力彈簧支架的橫向穩定性的同時，通過結構上的巧妙設計，保持結構的緊湊性，從而改善所支撐管道和設備的穩定性。并對該結構的恒力彈簧支架的原理和荷載調整原量進行了分析。

關鍵詞：恒力彈簧支架、防偏斜、合成力

中圖分類號：TM621文獻標識碼：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

隨著我國石化裝置的高效化、大型化，豎塔設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。此類設備或管道一般垂直高度較高，或在產生垂直位移的同時產生水平位移，這都對恒力彈簧支架的支撐穩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定，影響管道和設備的安全。為了克服這種現象，結合大量工程實踐，我公司設計出多柱并聯支撐的結構來防止恒力彈簧支架的支柱在運行過程中產生偏斜。

在現場布置時，對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，會導致恒力彈簧支架與鄰近的恒力彈簧支架干涉，無法布置，周時也要節省更多的空間用于布置其他的構件及儀表等設備。B尺寸過大的話，會使耳式支座變長，不利于耳式支座的受力以及設備管道的穩定性。

我公司根據現場的實際需要，設計制造出一種恒力彈簧支架，能夠很好地兼顧穩定防偏斜、尺寸緊湊的要求。其結構如圖3。

這種結構的恒力彈簧支架，采用一個主承力彈簧和一個輔助彈簧的合力達到力的恒定。圖中的螺紋支柱與內框架焊接固定。當管道或設備產生向下位移時，螺紋支柱帶動內框架壓縮主彈簧，同時內框架通過拉板帶動滾輪向下移動。與滾輪接觸的凸輪會推動滾輪壓縮輔助彈簧。則螺紋支柱上的力就是主承力彈簧的反力與兩側凸輪對滾輪反力的合力。

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，凸輪對內框架提供一個方向向上的合力;當位移位于設計總位移的一半時，主彈簧的支撐力等于恒力彈簧支架的工作荷載，凸輪對內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，凸輪通過滾輪對內框架形成一個方向向上的合力。這樣，內框架通過螺紋支柱，始終輸出一個恒定的支撐力，即為恒力彈簧支架的工作荷載。

這種原理的恒力彈簧支架，可以很方便地進行荷載調整。如圖5，如果給主彈簧施加一定的預壓荷載，則可以將恒力彈簧支架的工作荷載調大，最大荷載調整量可以達到原設計荷載的100%。但由于主彈簧的總壓縮量是一定的，通過預壓主彈簧來調整荷載的同時，恒力彈簧支架所能提供有效位移隨之減小，在實際選用時，可根據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個螺紋支柱與外框架之間設有導向裝置，同時位移指示銷與內框架是剛性連接，指示銷在圖中的槽內位移時，也可以起到很好的導向作用。這種設置顯著提高了恒力彈簧支架的橫向穩定性與承受水平位移的能力。

總結：通過巧妙布置主彈簧與輔彈簧的相對位置，節約水平空間的同時，可以布置4個立柱支撐，有效防止恒力彈簧支架偏斜。通過特殊設計的凸輪，實現力的恒定和大范圍的力的調節。

參考文獻：

GB/T17116.1-2018 《管道支吊架 第一部分 技術規范》

GB/T17116.2-2018 《管道支吊架 第二部分 管道連接部件》