一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架的制作方法

1.本实用新型涉及一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，属于管道支吊架技术范畴，可以广泛应用于电力、石化等管道系统及相关设备领域。


背景技术：

2.恒力吊架广泛应用于电力、化工行业，主要用于管道及设备结构的承载，其主要特点是在设计位移范围内，恒力吊架的理论输出载荷始终保持恒定，因而不会给管道及设备带来附加应力，相关标准(nb/t 47038-2013及dl/t 1113-2009等)均要求恒力吊架的恒定度在6％以内。
3.但对于某些管道系统，因为管道介质的重量较大，导致管道系统在运行热态下的重量较冷态时显著提高(火电厂中部分给水管道的重量增加率会达到百分之二十)，在某些设备接口附近(如火电厂锅炉接口)，因设备热膨胀量很大，按照设计要求只能安装恒力吊架，常规变力弹簧吊架无法满足要求。此时若仍然使用输出载荷完全恒定的恒力吊架，会导致对应吊点的承载力不足，从而提高附近端口的应力水平，不利于管道的安全稳定运行。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种对原有结构改动小、制造便捷的适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，通过管道系统线质量增加率、冷态吊点力、计算热位移等数据计算得到优化后的凸轮部件并进行组装，从而在满足吊点大位移的情况下，实现吊架实际输出载荷与管道重量相匹配，有效避免管道应力水平的提升。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，包括外壳，其特征是，所述外壳的内部设置有主簧和辅簧，所述主簧的上端设置有主簧压板组件，所述主簧压板组件的两侧装设有滚轮，所述滚轮与摆臂凸轮刚性接触，并可沿摆臂凸轮上下滚动，所述摆臂凸轮通过凸轮销轴与外壳连接；所述辅簧的一端固定于外壳的内侧面，所述辅簧的另一端通过辅簧压杆顶在摆臂凸轮的外侧，所述主簧的下端连接有主簧托板，所述主簧托板与外壳通过主簧调整螺杆连接，通过主簧调整螺杆可调整主簧的相对高度位置。
6.进一步的，所述摆臂凸轮具有特殊设计的轮廓曲线，使得恒力吊架整个位移行程内的载荷输出为具有线性增加特性，并与管道运行热态时的载荷增加量相匹配；式中：f为恒力吊架的冷态输出载荷；δ为管道系统运行状态下的单位长度线质量增加率；s1为吊点竖直向热位移；δs为恒力吊架竖直向运行位移。
7.进一步的，在凸轮随体坐标系xoy下恒力吊架的凸轮轮廓曲线微分方程为：
[0008][0009]
其中，凸轮随体坐标系xoy是以凸轮转轴中心为原点o、转轴中心与辅簧支点连线为y轴、x轴垂直于y轴的平面直角坐标系；
[0010]
上式中d为滚轮中心到o点之间的水平距离；h为o点到辅簧支点之间的垂直距离；h为初始安装状态即主簧处于自由高度状态时，滚轮中心到o点之间的垂直距离；a表示随体坐标系y轴处于垂直状态时辅簧的压缩值；k1、k2分别表示主簧刚度系数和辅簧刚度系数；t、f1、f2均为求解方程中间参数，分别表示吊架输出载荷、主簧弹簧力、辅簧弹簧力。
[0011]
进一步的，恒力吊架的工作位移行程s应大于吊点竖直向热位移s1，取s＝1.2*s1并向上圆整取至整十数位。
[0012]
进一步的，主簧刚度系数k1＝2f/s。
[0013]
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)可以获得和管道重量相匹配的吊架输出载荷，有效避免管道应力水平的提升；(2)对现有主辅簧式吊架主体结构及弹簧选型可均不做改动，仅仅对其凸轮部件做相应修改，通用性好、制造简单。
附图说明
[0014]
图1是本实用新型实施例的主辅簧式恒力吊架结构示意图。
[0015]
图2是本实用新型实施例中的凸轮轮廓曲线。
[0016]
图3是本实用新型实施例中的恒力吊架理论载荷输出曲线。
[0017]
图中：外壳1、主簧2、主簧压板组件3、滚轮4、辅簧压杆5、辅簧6、摆臂凸轮7、凸轮销轴8、主簧调整螺杆9、主簧托板10、吊杆接头螺母11。
具体实施方式
[0018]
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0019]
实施例。
[0020]
参见图1至图3，本实施例中，一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，包括外壳1，外壳1的内部设置有主簧2和辅簧6，主簧2的上端设置有主簧压板组件3，主簧压板组件3的两侧装设有滚轮4，滚轮4与摆臂凸轮7刚性接触，并可沿摆臂凸轮7上下滚动，摆臂凸轮7通过凸轮销轴8与外壳1连接；辅簧6的一端固定于外壳1的内侧面，辅簧6的另一端通过辅簧压杆5顶在摆臂凸轮7的外侧，主簧2的下端连接有主簧托板10，主簧托板10与外壳1通过主
簧调整螺杆9连接，通过主簧调整螺杆9可调整主簧2的相对高度位置。
[0021]
摆臂凸轮7具有特殊设计的轮廓曲线，使得恒力吊架整个位移行程内的载荷输出为具有线性增加特性，并与管道运行热态时的载荷增加量相匹配；式中：f为恒力吊架的冷态输出载荷；δ为管道系统运行状态下的单位长度线质量增加率；s1为吊点竖直向热位移；δs为恒力吊架竖直向运行位移。
[0022]
在凸轮随体坐标系xoy下恒力吊架的凸轮轮廓曲线微分方程为：
[0023][0024]
其中，凸轮随体坐标系xoy是以凸轮转轴中心为原点o、转轴中心与辅簧6支点连线为y轴、x轴垂直于y轴的平面直角坐标系；
[0025]
上式中d为滚轮中心到o点之间的水平距离；h为o点到辅簧6支点之间的垂直距离；h为初始安装状态即主簧2处于自由高度状态时，滚轮中心到o点之间的垂直距离；a表示随体坐标系y轴处于垂直状态时辅簧6的压缩值；k1、k2分别表示主簧2刚度系数和辅簧6刚度系数；t、f1、f2均为求解方程中间参数，分别表示吊架输出载荷、主簧2弹簧力、辅簧6弹簧力。
[0026]
恒力吊架的工作位移行程s应大于吊点竖直向热位移s1，取s＝1.2*s1并向上圆整取至整十数位。
[0027]
主簧2刚度系数k1＝2f/s。
[0028]
某火电厂给水管道规格为φ508mm
×
50mm、设计温度为303℃、设计压力为34.0mpa，依据冷态吊零原则进行管道应力计算，得到邻近锅炉接口一组吊点的冷态吊点力f＝24251n、竖直向下热位移s1＝326mm。考虑到向下热位移很大，常规的变力弹簧吊架显然无法满足要求，只能选用恒力吊架。
[0029]
考虑位移行程余量，计算1.2
×
s1＝391mm，并向上圆整取吊架工作位移行程s＝400mm。
[0030]
根据水介质的工作温度、压力参数，经计算可知运行热态时因水介质重量的影响，整个管道线质量增加率δ＝16％。
[0031]
根据上述参数计算主簧刚度系数k1＝2f/s＝121.3n/mm。
[0032]
结合原有主辅簧式恒力吊架的部分结构参数，计算确定凸轮轮廓曲线，所有设计参数如下表所示。
[0033]
表1凸轮轮廓曲线求解设计参数
[0034]
f(n)s1(mm)s(mm)k1(n/mm)k2(n/mm)h(mm)h(mm)a(mm)d(mm)δ
24251326400121.3363.960040080600.16
[0035]
通过上述参数得到不考虑滚轮半径凸轮轮廓曲线如图2所示，并与理论恒定输出载荷的曲线进行对比。
[0036]
按照上述凸轮轮廓曲线下料生产摆臂凸轮组件，并组合安装新的恒力吊架，该恒力吊架的理论载荷输出曲线如图3所示。
[0037]
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0038]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化，均包括在本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改、补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，包括外壳(1)，其特征是，所述外壳(1)的内部设置有主簧(2)和辅簧(6)，所述主簧(2)的上端设置有主簧压板组件(3)，所述主簧压板组件(3)的两侧装设有滚轮(4)，所述滚轮(4)与摆臂凸轮(7)刚性接触，所述摆臂凸轮(7)通过凸轮销轴(8)与外壳(1)连接；所述辅簧(6)的一端固定于外壳(1)的内侧面，所述辅簧(6)的另一端通过辅簧压杆(5)顶在摆臂凸轮(7)的外侧，所述主簧(2)的下端连接有主簧托板(10)，所述主簧托板(10)与外壳(1)通过主簧调整螺杆(9)连接。2.根据权利要求1所述的适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，其特征是，所述摆臂凸轮(7)具有弧度，用于使得恒力吊架整个位移行程内的载荷输出为具有线性增加特性，并与管道运行热态时的载荷增加量相匹配；式中：f为恒力吊架的冷态输出载荷；δ为管道系统运行状态下的单位长度线质量增加率；s1为吊点竖直向热位移；δs为恒力吊架竖直向运行位移。3.根据权利要求2所述的适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，其特征是，恒力吊架的工作位移行程s大于吊点竖直向热位移s1，取s＝1.2*s1并向上圆整取至整十数位。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于变载荷管道的主辅簧式恒力吊架，包括外壳，其特征是，所述外壳的内部设置有主簧和辅簧，所述主簧的上端设置有主簧压板组件，所述主簧压板组件的两侧装设有滚轮，所述滚轮与摆臂凸轮刚性接触，所述摆臂凸轮通过凸轮销轴与外壳连接；所述辅簧的一端固定于外壳的内侧面，所述辅簧的另一端通过辅簧压杆顶在摆臂凸轮的外侧，所述主簧的下端连接有主簧托板，所述主簧托板与外壳通过主簧调整螺杆连接。主簧调整螺杆连接。主簧调整螺杆连接。


技术研发人员：刘明 郭延军 李海洋 解鑫 何桂宽
受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司
技术研发日：2021.09.09
技术公布日：2022/5/25