使用摇臂、支柱和缓冲器来支撑管道(PDF)

动态约束的使用

当计划外的动态事件发生时，动态约束承担着保护管道和其他部件不受损坏的责任。系统中部件的意外突然移动可能由以下原因引起:

• 来自阀门操作/ PSV的压力冲击
• 水锤
• 锅炉事件
• 管破损
• 风荷载
• 机械振动由泵传递，压缩机、涡轮机或其他工艺设备。
• 地震事件
• 流体扰动
• 爆炸等。

动态约束是专门设计来吸收突然增加的荷载从管道和转移到结构和阻尼管道和结构之间的任何相反的振荡。这些限制不打算承载管道的重量，也不应该妨碍支撑的功能。动态约束要求非常坚固，具有高负载能力，并尽量减少管道和结构之间的自由运动。

动态约束的类型

构成工艺管道动力约束的主要支撑是-

1. 左右括号
2. 液压和机械减震器
3. 刚性杆
4. 管夹
5. 焊接楔等。

在以下段落中，我们将简要讨论摇摆支架，刚性支柱和减震器。

亚博竞彩群什么是摇摆撑?

摆动支架可以定义为安装在管道上的弹簧加载单元，用于通过对管道施加相反的力来限制外力(振动力)引起的摆动或振动。它们是双作用可变弹簧单元，可以处理拉伸和压缩载荷。它通常用于允许不受限制的热运动，同时“调整”系统动态消除管道振动．它可以在冷或安装位置预加载，以便在热管移动(生长)后达到中性位置，系统在运行(OPE)条件下的负载可以忽略不计(几乎为零)。

摇臂的工作

结构相当简单，该机组有两个活塞板:一个在螺旋线圈压缩弹簧的两侧，由一个单活塞杆连接。

如果施加拉伸载荷，顶部活塞板被向下拉，导致弹簧压缩;如果施加压缩载荷，止推螺母/连杆联轴器推动底部活塞板向上推，导致弹簧压缩。因此，在这两种情况下，弹簧被压缩，但由于设计(见上面的剖面图)，该单元能够处理压缩和拉伸运动/力。

弹簧是预压缩的(通常是一个完整的英寸=25毫米)，提供一个初始力(预紧力)，瞬间反对振动．无论何时，从摆动支撑中立位置发生任何运动，它都受到一个负载的反对，该负载等于预负载加上从中立位置出发的行程乘以摆动支撑弹簧常数。为了进一步解释，如果摇摆支撑上的管道载荷小于预载荷，则不会有任何直线运动。如果加载等于预加载，那么这条线将处于移动的边缘，但同时这条线也不会移动。如果负载超过预负载，线将偏转，导致弹簧进一步压缩。在这种情况下，弹簧/管的挠度如式1所示。

管道挠度=(管道载荷-预载荷)/弹簧速率

因此，如果荷载小于预紧力，而荷载超过预紧力，则挠度如公式1所示。

在管道中安装预紧力为P的摆动支撑时，摆动支撑对管道不施加力。但是对于管道沿摆动支撑安装线的任何方向有任何运动，它将经历一个等于P加上从中性位置移动乘以摆动支撑弹簧常数的反作用力。在管道正常运行时，希望管道上没有力。所以在正常操作时，摆动支架通常是附加的，或者在正常操作条件下调整到中性位置。

当最大允许行程(通常为3英寸。/ 75毫米)达到摇摆撑锁防止额外的运动，并作为一个刚性约束。

LISEGA摇摆支架的预紧力可根据现场要求进行调整。但对于C&P或其他，机组在调整所需的预紧力后发货。

摆动支撑对管道系统的影响是使方程中的K值增大

Mx²(t) +Cx(t) +Kx(t)=F(t)

这反过来又会提高振动模态的固有频率，从而通常降低管道对动态载荷的响应振动．

约束管道所需的力可计算为:

如果管道以f Hz的频率振动，最大位移(半幅)为x mm，则在简谐运动中，管道在最大位移处所施加的恢复力(kgf) = 4π²f²M x/ 1000g。式中m为管道的等效质量，单位为kg。

预紧力大于此值的摇摆撑很可能会在支撑位置任意约束管道，而该值大于预紧力但小于最大载荷的摇摆撑则会产生显著影响。

制造商通常为管道的公称直径推荐一个特定的摆动支撑尺寸。如果需要精确的抑制力来控制管道振动是事先知道，然后更具体的摇摆支撑选择是可能的。控制管道系统所需要的能量与质量、运动幅度和引起振动的外力成正比振动．根据这一关系，可以计算出控制管道振动所需的确切的约束力，并选择合适的摆动支撑尺寸。

摆动支架需要在工作状态下安装。但是，它可以在寒冷的条件下安装。但在这种情况下，当工厂开始运行时，管道可能会有热运动。这可能会导致摆动支撑中的弹簧压缩等于热运动/位移的量。在这一点上，摇摆撑将施加一个等于预载荷+运动X弹簧常数的力。负载需要通过“中性调整”来释放。这可以通过旋转杆联轴器上面显示的方向，使活塞板得到释放&休息对终板。在这种情况下，摆动支撑将不会对管道施加任何力。在关闭过程中，当管道冷却并进入冷位置时，摆动支撑将对管道施加一个力，因为弹簧将被压缩。总而言之,

摇摆支撑的持续载荷=预载荷+热挠度*弹簧率

在OPE情况下，位移允许热膨胀，并且摆动假定为中性位置，对管道施加零或可忽略的载荷。即，操作箱抑制摆动支撑上的载荷=~ 0.0(不抑制热膨胀)

摆动支架的主要应用

斜撑主要用于缩管振动同时在工作情况下不增加膨胀应力。它可以防止管道以其谐振频率振动。使用摆动支撑的典型例子是炼油厂中输往火炬堆的管道。当气体在非常高的压力下通过火炬堆的管道时，它倾向于振动，摆动支撑将试图限制振动。每次振动力都必须与摇摆撑预紧力相反+刚度乘以从中性位置移动的距离。当直线运动超过时，摆动支撑变得刚性，并在该方向上充当刚性导轨。

弹簧刚度和预紧力根据管道尺寸而定。但是，对于特殊应用，制造商可以根据需要更改这些值。

点击这里访问凯撒模型程序摇摆支撑

支柱或刚性支柱:定义，规格和选择

当我们需要限制位移而不影响操作条件下热应力的增加时，或者当扰动位移位于与热位移正常的轴上时，使用刚性支撑或支撑是更可取的，而且成本更低。

刚性支柱的选择是为了适应它们将抵抗的力和适合它们的可用空间。结构的锚点是最简单的选择，因为它只依赖于刚性支柱的大小。管道附件取决于管道尺寸和支柱尺寸，但也受支柱相对于管道布置的方向的影响。

支撑杆通常比较难以指定，因为它可能是在x、y和z三个主轴上的阻力。因此，有必要使用一些简单的三角函数将给定的力解析为作用在支撑杆上的轴向力，并计算支撑杆在固定点和管道附件之间的实际长度。由于支撑杆被固定在两个固定连接之间，支撑杆越短，其抗压能力就越大。长支柱比短支柱具有更低的压缩安全工作负荷。但其长度不影响支柱的抗拉承载能力。

因此，支柱的选择应考虑轴向力的方向和大小，如果有压缩力起作用，则应考虑连接固定销之间的长度。选择支撑杆尺寸后，焊接分割器将自动指定适合支撑杆尺寸的焊接分割器。现在根据管道尺寸、支撑杆尺寸、支撑杆与卡箍之间的连接要求来选择管道附件。支柱能够无阻碍地附着在夹具上，并且任何热运动都能够在支柱不干扰夹具的情况下发生，这是至关重要的。因此，在所有预期位移期间考虑装配的过渡是非常重要的。

刚性支柱的主要应用

在涡轮和压气机连接线靠近喷嘴连接处使用刚性支柱，以利用很小的摩擦。否则，当结构不可用于使用标准指南时，可以使用struts作为指南支持的替代品。

点击这里查看Caesar II中刚性Struts的建模过程

使用阻尼器作为动态约束

在热操作管道系统中，首选使用减震器(也称为减震器)。在动态事件中，减震器瞬间在被保护部件和结构之间形成实际上的刚性约束。由此产生的动态能量可以立即被吸收并无害地转移，而由于热膨胀和收缩而引起的操作位移不得遇到任何明显的阻力。通过减震器的特殊功能，正常运行期间的热位移不受阻碍(对管道运动的阻力很小)。然而，当突然的冲击载荷作用在缓冲器上时，内部制动装置接合，从而控制管道的运动。减震器被称为“锁定”，在这种情况下，减震器充当刚性约束。当负载消散后，减震器解锁，再次允许管道逐渐移动。

缓冲器的类型

根据工作缓冲器的内部机构，有两种类型:

1. 液压减震器和
2. 机械制动装置

液压减震器的工作

与汽车减震器类似，液压减震器是围绕一个含有液压油的气缸而建的，该气缸带有一个活塞(见图2)，活塞将流体从气缸的一端置换到另一端。

流体的位移来自于管道的运动，导致活塞在气缸内的位移，导致气缸一端的高压和另一端相对较低的压力。

活塞的速度决定了实际的压力差。

流体通过装有弹簧的阀门，弹簧用来保持阀门打开。如果通过阀门的压差超过弹簧施加的有效压力，阀门将关闭。这使得减震器几乎变得刚性，进一步的运动或位移基本上被阻止。

液压减震器一般用于约束轴在管道膨胀/收缩方向时。因此，在管道系统正常工作时，需要使用减震器进行伸缩。减震器在非常低的速度下具有较低的位移/运动阻力。正常热运动(管道速度小于1mm /秒，振动幅度小于3mm)的阻力小于减震器额定负载的2%。

机械减震器的工作

虽然与液压减震器具有相同的应用，但管道的延迟是由于减震器内的离心制动造成的。一个分裂飞轮在高速旋转，这导致钢球被迫径向向外。飞轮被钢球强制分开，导致制动板聚集在一起，从而减慢了减震器的轴向运动/位移。飞轮的旋转是由作用在滚珠丝杠或类似装置上的主杆的线性位移产生的。

机械制动装置(见图3)用于限制人员进入的应用场合，例如，由于核电站的高辐射大气，或由于没有脚手架的高海拔点，维护工作不易进行。机械减震器不需要维护服务，设计用于在达到阈值加速度时立即产生所需的阻力，抑制由地震或其他动态事件引起的管道位移，一旦动态位移被抑制，就恢复其自由运动，同时在管道的缓慢热位移模式中产生非常小的(可以忽略不计的水平)摩擦阻力。

怠慢者的选择

减震器受轴向力的大小和方向的影响与刚性支柱相同，但还必须考虑减震器必须承受的热位移。

同样，有必要使用三角函数来计算减震器的力和长度以及施加在减震器上的实际位移。不能简单地结合主轴上的位移来确定减振器的运动/位移;为了确定所需的行程，有必要在各种安装和操作条件下计算减震器的总长度。

在计算实际行程后，在设计行程的每一端取一个多余行程的余量是良好的工程实践。因此，总是选择一个缓冲器，能够允许更大的位移比理论要求。

无论是液压型还是机械型，缓冲器的定位都很重要。通常需要进入润滑点或检查点，在设计和安装约束时必须考虑这一点。它也可能需要允许在现场测试缓冲器，以验证其功能，因此访问可能是一个永久的要求。

为了选择合适的减震器，通过采用预期设计运动并增加多余行程的余量来确定所需的最小行程。这一允许量通常应至少为预期设计运动量的20%。然后选择一个减震器，其中气缸行程大于或等于所需的最小行程，并且所施加的拉力和压缩载荷小于目录中所示的减震器尺寸和长度所允许的拉力和压缩最大载荷。对于中间长度，允许的压缩载荷可以用插值法确定。缓冲器的长度必须保证不超过最大角度。

要计算减震器所需的封闭中心，请使用以下公式:

关闭的中心=已安装的中心- X

式中X =(描边-延伸设计运动)/ 2或

X =(行程+压缩设计运动)/ 2

这种方法将使备用行程均匀地分布在设计机芯的两侧。

减震器的主要用途

减震器通常用于减少地震事件的破坏性影响。

点击这里查看凯撒2中缓冲器的建模