影響支吊架型式選用的因素有很多。在確定支吊架型式時，首先應(yīng)根據(jù)希望支吊架所起的基本作用如承重作用、限位作用還是防振作用來確定其基本類型，然后再根據(jù)支撐點的載荷大小、位移情況、工作溫度、是否隔熱、管道材料、生根條件等因素確定其具體型式。由于實際的管道空間形狀、工作條件和生根條件千變?nèi)f化，在此很難以實際的管道為主體來介紹不同管道條件下的支吊架型式選用。因此，本書仍象管道材料選用那樣，先給出支吊架型式選用的一般原則，然后再以常用的支吊架系列作為主體，分別介紹其應(yīng)用場合。
一、一般選用原則
支吊架的型式選用應(yīng)符合下列原則：
a、支吊架型式應(yīng)能滿足管道的承重、限位或防振的基本要求。
在進(jìn)行支吊架選型時，應(yīng)首先根據(jù)管道的承重、限位或防振要求來選擇其合適的型式。
b、應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)系列支吊架。
選用標(biāo)準(zhǔn)系列支吊架有利于支吊架的預(yù)制和安裝，也可減少用材品種，從而可節(jié)省采購、制造、管理等方面的費用。采用標(biāo)準(zhǔn)系列支吊架還有利于裝置的美觀。
c、支吊架型式應(yīng)能滿足所承載荷大小的要求。
支吊架本身的強(qiáng)度應(yīng)能足以承受管系分配給它的載荷。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)支吊架系列不能滿足承載要求時，應(yīng)特殊設(shè)計。在考慮支吊架載荷時，除考慮管道自身重量（包括介質(zhì)重量、隔熱重量等）外，還應(yīng)根據(jù)實際情況充分考慮熱態(tài)時的位移載荷、風(fēng)載荷、地震載荷、安全閥開啟時的反沖載荷、水壓試驗時的充水重量（對大直徑氣體管尤為如此）、雪載荷等，并適當(dāng)留出余量，詳見下節(jié)所述。當(dāng)支吊架生根在建構(gòu)筑物的梁柱、設(shè)備本體等設(shè)施上時，尚應(yīng)考慮這些生根設(shè)施的生根條件和承載能力，并向相關(guān)專業(yè)委托相應(yīng)荷重，必要時應(yīng)與相關(guān)專業(yè)協(xié)商。管道布置人員也應(yīng)有這方面的經(jīng)驗，例如設(shè)備及建構(gòu)筑物的平臺一般不可能承受太重的載荷，此時如果管道荷載較大，就應(yīng)考慮改變支吊架的位置和型式，使其生根在設(shè)備本體或建構(gòu)筑物的梁柱上。
d、支吊架型式應(yīng)能適應(yīng)管道熱位移大小的要求。
當(dāng)管道支撐點在工作工況下有熱位移時，可能會造成支吊架的脫空、頂死等問題。除此之外，還會產(chǎn)生下列問題：對于溫度較高、長度較長的管子，可能會因較大的位移而失穩(wěn)，或影響到相臨管子及其它設(shè)施，或滑落梁柱（有管托時），或使吊架的吊桿偏斜過大而產(chǎn)生過載，或使彈簧支座傾倒（此時應(yīng)考慮吊架），等等。對于大直徑管道，還會由于管子的位移而產(chǎn)生較大的摩擦力，此時應(yīng)考慮采用滾動支座、擺式支座、低摩擦支架等。
e、支吊架型式應(yīng)能適應(yīng)管道熱位移方向的要求。
支吊架選型不僅應(yīng)考慮管道支撐點的位移大小，還應(yīng)考慮支撐點的位移方向。當(dāng)選用剛性支吊架時，應(yīng)根據(jù)管道支撐點的位移方向判斷支架是脫空還是被頂死；當(dāng)選用彈性支吊架時，應(yīng)根據(jù)管道支撐點的位移方向確定安裝載荷。選用過彈簧支吊架的人都知道，管道支撐點的位移是向上還是向下，直接影響著彈簧安裝載荷和型號的選擇；當(dāng)選用限位支架時，應(yīng)根據(jù)管道支撐點的主位移方向確定限位方向；等等。在確定支吊架型式時，應(yīng)首先判斷出支撐點的位移方向，管道布置人員也應(yīng)該具有這方面的判斷能力。當(dāng)不能準(zhǔn)確判斷出管道支撐點的熱位移方向時，可根據(jù)靜應(yīng)力分析的結(jié)果來判斷。
f、支吊架型式應(yīng)能適應(yīng)管子工作溫度及隔熱要求的需要。
當(dāng)管子在高溫條件下工作時，應(yīng)根據(jù)上節(jié)所講的原則確定其附管部件的型式及材質(zhì)。當(dāng)管道有隔熱要求時，應(yīng)使附管部件及相應(yīng)的中間部件伸出隔熱層外，以免管子發(fā)生位移時破壞隔熱層。當(dāng)管道在低溫條件下工作時，應(yīng)考慮選擇保冷型管道支吊架。
g、支吊架型式應(yīng)能適應(yīng)管道或生根設(shè)備材料及熱處理的要求。
詳見上節(jié)所述。
h、支吊架型式應(yīng)能適應(yīng)生根條件的要求。
在通常的設(shè)計中，往往會出現(xiàn)這樣的情況：最佳的支撐位置和支吊架型式但不一定具備合適的支撐生根條件。此時就應(yīng)考慮變換支架型式，或者在滿足要求的條件下改變生根位置進(jìn)行支撐。
i、支吊架型式應(yīng)便于管道的拆卸檢修，有利于施工，并不妨礙操作及通行。
當(dāng)支吊架位于操作人員可能通過的地方且位置又較低時，應(yīng)考慮取消三角支撐或改為吊架。當(dāng)管道經(jīng)常拆卸時，應(yīng)避免采用焊接結(jié)構(gòu)。
j、支吊架選型尚應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)性原則。
二、常用支吊架型式及其選用
通過多年來的應(yīng)用總結(jié)，常用支吊架型式已基本形成系列化。雖然不同的行業(yè)、不同的設(shè)計單位所用的支吊架型式不盡相同，但總的來說大同小異。這些支吊架系列包括平（彎）管支托、假管支托、型鋼托架、懸壁支架、管托、管卡、摩擦防振支架、吊架等。
1、平（彎）管支托
平（彎）管支托主要用于距地面或平臺較近（一般不大于1500mm）的水平管道或彎管的承重。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，它可分別適用于水平和垂直方向有少量位移的情況。
常見的平（彎）管支托型式見圖8-1所示。
A型 B型 C型
1型 2型 3型
圖8-1 平（彎）管支托示意圖
該圖所示的支吊架類型為組合型式，即圖中共給出A、B、C三種附管部件型式，同時給出了1、2、3三種生根部件型式，附管部件型式與生根部件型式以不同的形式組合可以得到九種平（彎）管支托型式，它們各自的適用情況如下：
A型支撐型式常用于允許附管部件與管子可直接焊接的情況；B型用于附管部件不允許與管道直接焊接的情況；C型用于高度可上下少量調(diào)節(jié)的情況。三種型式均可用于保溫或光管情況。
1型生根型式一般用于DN≤125的管子支撐；2型一般用于DN≥150的管子支撐，此時應(yīng)向土建專業(yè)委托有關(guān)基礎(chǔ)大小、載荷大小、預(yù)埋地腳螺栓或鋼板要求等資料；3型一般用于置在平臺上的情況，此時應(yīng)向有關(guān)專業(yè)委托支承載荷大小，以便布置承重梁。三種情況均可以以螺栓與生根設(shè)施相連，也可以以焊接形式與生根設(shè)施相連，視方便而定，并向有關(guān)專業(yè)提相應(yīng)要求。
詳圖1給出了a、b兩種支架上下部分的連接型式，a型為螺栓連接，此時不允許管道有水平位移；b型無連接要求，可允許管子有少量的水平位移。a、b兩種連接型式常配對出現(xiàn)，用于閥組、集合管、蒸汽分配器等兩端的支撐。
2、假管支托
假管支托主要用于水平敷設(shè)的管道承重。當(dāng)水平管道拐彎且其跨度超出標(biāo)準(zhǔn)要求的最大允許值時（詳見下節(jié)所述），可以借助于該型式的支架進(jìn)行支撐承重。該支架一般僅作承重用，而且僅能用于允許支架與管子直接焊接的情況。當(dāng)管道有保溫時，它可與滑動管托配合使用，此時的滑動管托型式與直接支撐在管子上的型式相同。
常用的假管支托型式有A、B、C三種型式，見圖8-2所示。
A型 B型 C型
圖8-2 假管支托示意圖
A型適用于向下拐彎的情況，B型適用于向上拐彎的情況，C型適用于水平拐彎的情況。三者具有下列一些共同特點：標(biāo)高與管道水平段標(biāo)高保持一致，以便于支撐或設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)管托。附管部件的長度取距管道拐彎部分100mm，既方便于附管部件與管子取同材質(zhì)，又可節(jié)省附管部件的用量。
假托支托的最大長度（L）視不同管徑而定，一般最大不應(yīng)超過2000mm。
3、單柱型鋼支架
單柱型鋼支架常常代替平（彎）管支托用于小直徑（DN≤40）管道的承重。所用型鋼一般為角鋼，并與管卡配合使用。由于管卡不便于管道的熱位移（尤其是管子隔熱時更是如此），故此類支架不適用于管子有較大位移的場合。
常用的單柱型鋼支架型式見圖8-3所示。
A型 B型 C型 4型
1型 2型 3型 D型
圖8-3 單柱型鋼支架示意圖
該支架型式也為組合型式。圖中共給出了A、B、C、D四種支撐型式，同時給出了1、2、3、4四種生根型式，兩者組合可得到16種支架型式。它們各自的適用場合如下：
A、C、D型支撐型式均適用于平管的支撐。其中，A型常用于生根點距管子較近的情況，C型和D型常用于生根點距管子較遠(yuǎn)的場合。C型和D型的區(qū)別在于前者用于上支場合，后者用于下吊場合；B型支撐型式用于豎管的支撐。
1型生根型式適用于地面情況，此時無須向有關(guān)專業(yè)提委托，用膨脹螺栓固定即可；2型用于平臺生根情況，此時應(yīng)酌情向有關(guān)專業(yè)提委托資料，以便設(shè)置承重梁；3型用于在設(shè)備上生根的情況。其中，增設(shè)墊板的目的是使質(zhì)量較差的支架材料不會影響到設(shè)備材料，此時墊板材料應(yīng)與設(shè)備同材質(zhì)。該型式限用于設(shè)備允許現(xiàn)場焊接的情況；4型用于生根在建筑物梁柱上的情況，此時一般不必向有關(guān)專業(yè)提委托資料。
單柱型鋼支架的最大支撐高度L一般不宜超過1200mm，最大承載視采用的型鋼規(guī)格而定，最大不超過4500N（對∠75×75×6角鋼）。
4、框架型型鋼支架
框架型型鋼支架主要用于水平管道的承重。在管道布置中，如果有單根或幾根管道的標(biāo)高湊不到系統(tǒng)支撐梁的標(biāo)高時，可采用框架型型鋼支架。該類支架常利用系統(tǒng)已有的梁柱作為生根點，其特點是承重能力大，支撐剛度大，常代替系統(tǒng)支撐梁作局部支撐。
常見的框架型型鋼支架型式見圖8-4所示。
A型 B型 C型 D型
圖8-4 框架型型鋼支架示意圖
圖中共給出了A、B、C、D型四種型式，究競采用哪種型式視原有的梁柱和被支撐管的位置而定。一般情況下，該種支架的尺寸L最長應(yīng)不超過1500mm，最高尺寸H應(yīng)不超過2000mm，支撐載荷視所用型鋼規(guī)格、尺寸L和H而定，一般最多不超過10000N。
5、懸臂支架
懸臂支架常用于管道的承重或?qū)颉４祟愔Ъ苁菓?yīng)用比較多的一種支架型式，支架的種類也比較多。按生根條件分，可分為生根在鋼結(jié)構(gòu)梁柱上的懸臂支架和生根在設(shè)備上的懸臂支架兩種；按有無斜撐來分則分為懸臂式和三角式兩種；按支撐的作用來分則分為承重型和導(dǎo)向型兩種；按懸臂的數(shù)量來分則分為單肢型和雙肢型兩種。
a、在鋼結(jié)構(gòu)梁柱上生根的懸臂支架
此類支架常見類型如圖8-5所示。
A型 B型 C型
圖8-5 鋼結(jié)構(gòu)梁柱上生根的懸臂支架示意圖
圖中共給出了A、B、C三種型式。A型常用于支撐載荷較小的情況，其長度L最大一般不宜超過600mm；B、C型常用于支撐載荷較大的情況，其長度L最大一般不宜超過1200mm。B型和C型的區(qū)別在于前者生根部件與梁柱采用焊接，而后者則是采用螺栓連接，以便于支架的拆卸。支架承受的載荷大小視所選用型鋼的規(guī)格和載荷作用點到梁柱的距離而定。
這類支架一般均用角鋼、槽鋼等作為受力部件。它可與滑動管托、導(dǎo)向管托等配合使用，分別用于水平保溫管道的承重和導(dǎo)向，也可與固定管托、導(dǎo)向管托、管卡等配合使用，分別用于垂直保溫管道的承重和導(dǎo)向及光管的承重（僅限于DN≤40的情況）和導(dǎo)向。有關(guān)管托和管卡的型式見后面所述。
b、在設(shè)備上生根的懸臂支架
此類支架常用于沿立式設(shè)備（如塔、罐等）上敷設(shè)的豎直管道的承重和導(dǎo)向。常見的型式如圖8-6所示。
A型 B型 C型 D型
圖 8-6 設(shè)備上生根的懸臂支架示意圖
圖中共給出了A、B、C、D四種型式，它們的適用場合分述如下：
A型一般用于DN≤150的情況下。它通過與管卡、固定管托、滑動管托配合，分別用于光管承重（帶支耳時）、光管的導(dǎo)向、保溫管道的承重和導(dǎo)向。當(dāng)用于承重時，與管卡或管托配合的螺栓孔應(yīng)為橫向橢園形，以適應(yīng)管道有少量的橫向位移。
B型一般適用于管子DN=200～350的情況下，使用方法同A型。
C型適用于DN=400～600的管子承重。當(dāng)用于保溫管子時，雙肢間的距離應(yīng)加大一些，以適應(yīng)隔熱厚度的要求。管子不保溫時，雙肢間的距離應(yīng)盡可能小。
D型適用于DN=400～600的管子導(dǎo)向。當(dāng)管子有保溫時，管子四周應(yīng)有滑動管托，且管托高度應(yīng)大于保溫厚度。當(dāng)管子不保溫時，應(yīng)將管托去掉并代之以厚度為4mm的鋼板，以防止管子發(fā)生位移時，支架劃傷管子。無論保溫與否，都應(yīng)控制支架內(nèi)壁與管托或鋼板之間有不大于3mm的間隙。
上述四種型式都適用于設(shè)備不允許現(xiàn)場焊接的情況。當(dāng)設(shè)備允許現(xiàn)場焊接時，可將生根部件換成貼合鋼墊板，而中間支撐件直接焊在貼合鋼墊板上即可，這樣處理的結(jié)果可以簡化支架型式，也便于減少支撐誤差，同時增加了支架的可靠性。
6、管托
管托主要用于隔熱管道，并分別與不同的生根型式配合使用可以實現(xiàn)管子的滑動（承重）、固定、導(dǎo)向、止推等作用。
常用的管托型式見圖8-7所示。
A型 B型 C型
1型 2型 3型 4型
圖8-7 管托系列示意圖
圖中共給出了A、B、C三種管托型式和1、2、3、4四種生根型式。三種管托型式可單獨使用，也可與四種生根型式組合使用。兩者組合使用時，可以得到12種限位管托型式。它們的適用場合分述如下：
A型和B型管托適用于管道允許現(xiàn)場焊接的情況，其中A型一般適用于管子DN≤150的情況，B型適用于DN=200～400的情況。對于DN≥450的情況，應(yīng)考慮按設(shè)備支座要求制做管托。當(dāng)管道材料對支架材料不敏感時，A型或B型中的墊板可以取消不用。C型適用于管托不允許在現(xiàn)場直接與管道焊接的場合（例如管道保冷時）。A、B、C型單獨使用時即為一般的滑動管托。
1型生根型式可以通過管托實現(xiàn)隔熱管道在此處的全固定，使其成為固定點。以前也有將滑動管托直接焊接在支撐梁上以實現(xiàn)全固定的做法，這種做法簡便快捷，但不便于管道的拆卸，故現(xiàn)在一般不再推薦使用；2型生根型式與管托配合可以實現(xiàn)管道的雙向止推，即限制管道在此處的軸向位移。在使用該型式時，應(yīng)注意支撐梁寬度與管托的長度關(guān)系；3型和4型與管托配合可以實現(xiàn)管子的導(dǎo)向，即限制管道在此處的橫向位移。其中4型常與附塔懸臂支架配合用于豎直管道的導(dǎo)向。
對于不隔熱管道，一般不用管托，此時它的止推和導(dǎo)向往往借助于圖8-8a、b所示的支架型式進(jìn)行。而光管的固定則是借助于管卡和止推卡實現(xiàn)，后面將講到。光管的滑動則不需要任何支架，將管子直接置于支撐梁上即可。對于較重的管道，有時為了防止因熱位移而劃傷管道，則在相應(yīng)的位置焊一塊墊板，見圖8-8c所示。
（a）止推 （b）導(dǎo)向 （c）滑動
圖8-8 光管的止推和導(dǎo)向支架示意圖
7、管卡
管卡也是一種應(yīng)用比較廣泛的支架型式，它常與梁柱或其它支架（如懸臂支架等）配合使用，用于非隔熱管道的承重、導(dǎo)向、止推和防振，也可用于保冷管道的導(dǎo)向和承重。常用的管卡型式如圖8-9所示。
A型 B型 C型
D型 E型 F型
圖8-9 管卡系列示意圖
圖中共給出了A、B、C、D、E、F六種管卡型式，其應(yīng)用情況分述如下：
A型管卡常配有支耳板，當(dāng)它們與懸臂支架配合用于豎管時，可起承重作用，當(dāng)它們與水平梁配合用于水平管時，可起止推作用。該管卡的承載能力取決于扁鋼的寬度、螺栓的數(shù)量、支耳板的大小和數(shù)量，一般情況它適用于DN80～DN350的光管承重或止推。
B型管卡既可與懸臂支架配合，又可與水平支撐梁配合，用于DN80～DN350光管（豎直或水平）的導(dǎo)向。
C型管卡專用于保冷管道的承重和導(dǎo)向。當(dāng)它用于豎直管子的承重時，限用于DN50以下的管子，當(dāng)管子直徑較大時，應(yīng)輔以其它承重支架。
D型和E型管卡均用園鋼作支架零部件，型式較簡單。又由于它沿管子切向拉緊，可獲得較大的卡緊力，故DN≤50的豎直光管常以D型管卡進(jìn)行承重。E型常用于DN15～DN150的豎直或水平光管的導(dǎo)向，此時它的固定螺母為生根件上下各一個，便于保證導(dǎo)向間隙。
F型管卡常用于有機(jī)械振動的管道。該支架用扁鋼作為卡箍零部件以增大其受力面積，而以螺栓切向拉緊有利于增加支架的卡緊力，管卡與管子之間墊若干石棉塊既便于增加振動阻尼，又使管子能夠有稍量的軸向位移，固定螺母為雙螺母以防止因振動而脫落。
8、吊架
吊架一般用于管子的承重。與前面介紹的幾種承重支架相比，由于它的剛度較小，與管子之間又不存在摩擦力，故它對管系的柔性限制較小。但正因為它的剛度較小，降低了管系的穩(wěn)定性，因此在一個管系中，不可全部用吊架承重。另外，當(dāng)管子有較大的橫向位移時，也不能選用吊架，一般規(guī)定吊架吊桿的偏轉(zhuǎn)角不大于4°。何時選用吊架，何時選用其它型式的承重架，往往取決于可用的支架生根條件。當(dāng)生根點位于被支撐管子的上面時，可考慮用吊架。
常用的支吊架型式見圖8-10所示。
A型 B型 C型 吊桿端部 可調(diào)螺母
1型 2型 3型 4型 5型 6型
圖8-10 吊架系列示意圖
圖中共給出了A、B、C三種生根型式和1、2、3、4、5、6六種吊裝型式。兩者組合共可得到18種吊架型式。在生根部件和附管部件之間還可根據(jù)需要添加其它中間連接件，如可調(diào)螺母（又稱花藍(lán)螺母）、彈簧吊架等。可調(diào)螺母為一頭左螺紋、一頭右螺紋的特殊螺母，當(dāng)轉(zhuǎn)動該螺母時，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整吊桿的長度，即調(diào)整生根部件和附管部件的間距，以適應(yīng)管子吊點有少量垂直位移的需要。當(dāng)由于安裝誤差使吊桿松馳時，也可通過可調(diào)螺母使其拉緊。吊架與彈簧支架配合使用的情況比較多，有關(guān)彈簧支吊架的選用將在下面介紹。
上面給出的各種生根型式和吊裝型式的應(yīng)用分述如下：
A、B、C型三種生根型式視承受的載荷大小和生根條件而定。當(dāng)用于生根的梁有較大的面積時可采用A型，并能承受較大的載荷；若生根點的面積較小，且承受的載荷也比較小，可選用C型；B型對生根點的面積要求和所能承受的最大載荷介于A型和C型之間。
1型、2型和3型吊裝型式用于允許管子與吊架現(xiàn)場焊接的情況。其中1型用于水平管道，2型用于彎管（頭）處，3型用于垂直管道。這三種吊裝型式一般用于光管情況，當(dāng)用于保溫情況時，應(yīng)適當(dāng)加大附管部件的尺寸，并使它與吊桿的連接處位于保溫層外，以免破壞保溫結(jié)構(gòu)。
4型、5型和6型吊裝型式均用于不允許吊架與管道直接焊接的場合。其中，4型用于不隔熱管道，5型用于保溫管道，6型用于保冷管道。這三種型式僅適用于水平管道的承重。
9、摩擦減振支架
從第六章的介紹中已經(jīng)知道，摩擦力可以阻礙管道的位移。由于摩擦力始終與管道的位移方向相反，故對振動管道來說，摩擦始終對其振動位移起阻礙作用。摩擦防振支架就是利用給管道上一些點施加一個較大的摩擦力，以達(dá)到減振目的的。前面已經(jīng)講到，摩擦減振對強(qiáng)迫振動來說并不是很有效，故在設(shè)計中不能以這種支架作為強(qiáng)迫振動的防振支架，而僅能作為一種輔助防振支架。
常用的摩擦減振支架如圖8-11所示。
A型 B型
圖8-11 摩擦減振支架示意圖
圖中共給出了A、B兩種型式的摩擦減振支架，分別適用于不同的生根型式。圖中的螺栓可以調(diào)節(jié)支撐板與管子的滑動管托之間的距離，并使它們充分?jǐn)D緊，以增大二者之間的摩擦力。在選用這種支架時，確定支架位置是很重要的，否則將起不到作用。首先應(yīng)選在管子剛度比較大的地方，以便在調(diào)整支架螺栓時能與管子形成較大的擠緊力。其次是支架要便于生根，而且生根設(shè)施宜為混凝土結(jié)構(gòu)。支撐方向應(yīng)為管子在此處熱位移的逆方向，以便自然獲得較大的擠緊力，同時又可減少冷態(tài)時的附加力。由于該支架有單向止推作用，故有時也作為止推支架用于敏感設(shè)備的近處。
10、其它支架型式
除上面介紹的九大類支吊架外，工程上還常常用到一些組合式支架，以滿足一些特殊情況的管道支撐需要。圖8-12給出了幾種常見的組合支架型式。
A型 B型 C型
圖8-12 常用組合支架型式示意圖
其中，A型支架俗稱鄰管支架，它是利用鄰近的兩個大管子來支撐一些小管子。這種支架在管廊上或并排多根管道布置的場合應(yīng)用較多。由于管廊上或并排多根布置的管道的支撐梁間距一般是按多數(shù)管道直徑所允許的跨度確定的，那么勢必造成一些小直徑管道的跨距不能滿足要求，故常采用鄰管支架對小直徑管道進(jìn)行支撐；B型支架多用于軟管站的管道支撐。軟管站一般由（2～4）根DN≤40的管子組成，管子直徑較小，敷設(shè)距離又遠(yuǎn)，故它們的支撐生根條件有時較難找到。利用小巧靈活的B型支架可以隨意生根在設(shè)備或土建平臺的邊梁甚至平臺欄桿上，即滿足了管子的支撐需要，也方便了操作；C型支架常用于穿越平臺管子的承重。管子穿越平臺時，有時難以找到合適的支架生根位置，此時可借助于平臺并利用C型支架進(jìn)行承重。在采用C型支架時，一定要給相關(guān)專業(yè)提供有關(guān)的荷載資料，以便在平臺的支撐處設(shè)置承載梁，因為一般的平臺鋼板僅有3mm厚，是不能直接承受管子載荷的。
三、彈簧支吊架
彈簧支吊架是管道支吊架中的一種特殊型式，它一般是由專業(yè)生產(chǎn)廠制造的組合件，制造要求高，選用也比較復(fù)雜，故在此將它單獨進(jìn)行討論。
前面已經(jīng)講到，當(dāng)管道在某處有豎向位移時，如果此時采用剛性支吊架會造成管道的脫空或頂死，從而造成相鄰支吊架或設(shè)備嘴子的受力增加，嚴(yán)重時會導(dǎo)致它們的破壞。在這種情況下，就應(yīng)考慮選用彈簧支吊架，使支吊架在承受一定載荷的情況下又能允許管系有一定的豎向位移。
目前工程上常用的彈簧支吊架主要有兩類，即可變彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架，而且已形成標(biāo)準(zhǔn)系列。對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB10181《恒力彈簧支吊架》和GB10182《可變彈簧支吊架》。
（一）可變彈簧支吊架
1、可變彈簧支吊架的工作原理
可變彈簧支吊架的核心部件是一個被控制的園柱彈簧，當(dāng)被支撐管道發(fā)生豎向位移時，會帶動園柱彈簧的控制板使彈簧被壓縮或被拉長，如圖8-13所示。
由虎克定律可知，此時彈簧壓縮或伸長所需要的力（也等
于對管子的作用力）可用下式表示：
……………………(8-1)
式中：F-----彈簧被壓縮或被拉長δ量時所需要的力，N；
k----彈簧剛度，N/mm；
δ----彈簧被壓縮或被拉伸的變形量，mm。
彈簧剛度是一個只與彈簧自身參數(shù)（如彈簧直徑、彈簧材
料等）有關(guān)的物理量，一旦彈簧參數(shù)一定，它是個常數(shù)（在其
允許總變形量的30%~70%范圍內(nèi)是個常數(shù)）。因此，此時彈
簧對管道的作用力則與變形量成正比。工程上正是利用彈簧的
這一性質(zhì)來進(jìn)行有垂直位移的管道支撐的。
對于標(biāo)準(zhǔn)彈簧支吊架來說，彈簧都是經(jīng)過預(yù)壓縮然后裝入
彈簧箱中的。因此，對于同樣一個變形量δ，此時壓縮彈簧所 圖8-12 可變彈簧工作原理圖
需要的力F應(yīng)按下式計算：
……………………………(a)
式中：δ1----彈簧預(yù)壓縮的變形量，mm；
F1----彈簧預(yù)壓縮時的壓縮力，N；
F、δ、k意義同前。
設(shè)F為彈簧支吊架的工作載荷，并用符號FG表示；設(shè)F1為彈簧支吊架的安裝荷載，并用FA表示；設(shè)δ為彈簧在由安裝載荷變?yōu)楣ぷ鬏d荷時的變形量，并在彈簧被壓縮時取正號，被拉伸時取負(fù)號。δ在管道支撐中即為管道支撐點的豎直位移量，支撐點的豎直位移向上時取正號，向下時取負(fù)號。從標(biāo)準(zhǔn)可變彈簧支吊架系列圖（圖8-13）中可以看出，上面的兩種正負(fù)號規(guī)定是一致的。將這些設(shè)定則代入式（a）可得：
……………………………………………………………(8-2)
式8－2即為可變彈簧支吊架的選型公式。
2、常用可變彈簧支吊架系列
國家標(biāo)準(zhǔn)GB10182共給出了A、B、C、D、E、F、G七種標(biāo)準(zhǔn)型式，見圖8-13所示。
A型 B型 C型 D型
E型 F型 G型
圖8-13 可變彈簧支吊架系列示意圖
它們的適用情況分述如下：
A、B、C三種型式均為懸吊型可變彈簧吊架，上端通過吊桿與生根部件相連（見圖8-10所示的生根型式），下端則通過可調(diào)螺母和吊桿與附管部件相連（見圖8-10中的附管部件型式）。三者所不同的是上端與吊桿的連接方式不同，管道設(shè)計人員可視方便而定。
D型和E型為擱置型可變彈簧吊架，即支吊架的底座擱置于支撐梁或平臺梁的上面，下端則通過可調(diào)螺母和吊桿與附管部件相連。與A、B、C型相比，D、E型更容易使操作人員接近，以便從彈簧支吊架的刻度指示板上了解支承點的位移情況，并與計算值進(jìn)行對比。D型和E型僅僅是吊桿與彈簧連接的方式不同，前者便于隨時調(diào)節(jié)彈簧載荷，而后者則對防止雨水進(jìn)入彈簧支架較好。
F型為支托型可變彈簧支架，它與前面幾種吊架型式相比剛性較大，但當(dāng)管道在支撐點同時有橫向位移時，會因摩擦力的作用而使它發(fā)生傾斜甚至失穩(wěn)。為此，一些生產(chǎn)廠則開發(fā)出了帶滾輪的支托型可變彈簧支架，當(dāng)管子在支撐點的橫向位移大于6mm時，應(yīng)考慮選用帶滾輪的支托型可變彈簧支架。
G型為并聯(lián)懸吊型可變彈簧吊架，它常用于生根條件不太合適，或彈簧承載過大而需要并聯(lián)設(shè)置時。當(dāng)然，選用A~E中任何一種的兩個可變彈簧支吊架并聯(lián)也可以，應(yīng)視方便而定。
3、可變彈簧支吊架的選用
對于一個固定管系來說，如果它的操作條件、空間形狀和支撐情況一經(jīng)確定，那么各點的熱位移也將隨之而定。通過對管系的靜應(yīng)力分析，可以求出可變彈簧支承點的垂立位移。由8-2式可知，當(dāng)彈簧的相對變形量（等于管道在該處的垂直位移）已知的話，那么彈簧支吊架的選用就變成了如何確定彈簧支吊架給予管道的支承力與彈簧剛度二者之間的關(guān)系問題了。
工程上，一般按熱態(tài)吊零的載荷原則確定彈簧支吊架的受力。所謂熱態(tài)吊零，是指彈簧支吊架在熱態(tài)時承受的力應(yīng)等于冷態(tài)時由管系分配給它的力。按這樣的原則確定的彈簧支吊架受力使得整個管系中各支撐點承受的自重力比較均勻，但在熱態(tài)時管系中各點的受力會因位移荷載的作用而不再均勻，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的不合理現(xiàn)象，為此，工程上有時也采用冷態(tài)吊零的載荷分配原則。所謂冷態(tài)吊零是指彈簧支吊架在冷態(tài)時承受的載荷取冷態(tài)時由管系分配給它的載荷。與熱態(tài)吊零相反，此時在熱態(tài)情況下管系各支撐點承受的自重載荷已不在均勻，而總載荷（包括位移載荷）則是自然分配。工程上實際出現(xiàn)的管系是千變?nèi)f化的，受支撐條件的限制，有時無論是采用熱態(tài)吊零的原則還是冷態(tài)吊零的原則，都不能使管系中各支撐點的受力分配令人滿意，此時可人為地設(shè)置彈簧支吊架的工作載荷，使管系的載荷分配達(dá)到預(yù)期的目的。當(dāng)然，如何確定彈簧支吊架的工作荷載和安裝荷載，需要富有經(jīng)驗的管道機(jī)械工程師來完成。一般情況下，設(shè)計人員不妨按熱態(tài)吊零的原則來初選彈簧。
確定好彈簧支吊架的工作荷載之后，仍不能完全根據(jù)8-2式確定彈簧的剛度，因為式中仍有兩個未知數(shù)，即安裝載荷FA和彈簧剛度k。很顯然，k值越大，çFG－FAê的差值越大，它意味著彈簧支吊架引起的管系力在冷態(tài)或熱態(tài)時的變化越大，也即在熱態(tài)和冷態(tài)兩種情況下引起較大的載荷轉(zhuǎn)移，從而可能造成管系在熱態(tài)或冷態(tài)情況下相鄰邊界條件的受力過大。工程上常將工作載荷減去安裝載荷的絕對值（因為彈簧被拉伸時，安裝載荷大于工作載荷）與工作載荷之比叫做載荷變化率，即：
………………………………………………（8－3）
式中：f----可變彈簧支吊架的載荷變化率；
FG、FA意義同前。
為防止可變彈簧支吊架引起管系在熱態(tài)或冷態(tài)時有較大的載荷轉(zhuǎn)移，工程上常控制它的載荷變化率不超過25%。根據(jù)這一限制條件，就可以確定彈簧支吊架的剛度k。在確定彈簧支吊架的剛度時應(yīng)遵守這樣一個原則：在彈簧支吊架能滿足管系熱態(tài)和冷態(tài)的承載要求而且載荷變化率不超過規(guī)定值的情況下，應(yīng)盡可能選用剛度最小（指最小規(guī)格和最小允許位移值）的彈簧。按這樣的原則選取的彈簧支吊架，其安裝尺寸最小，價格最便宜，而且實際的載荷變化率最小。一般情況下先取能滿足工作載荷要求的最小剛度值彈簧，然后根據(jù)式8－2計算其安裝荷載。求出安裝載荷后，再根據(jù)式8-3核算其載荷變化率f，如果f<25%，所選彈簧剛度合適，否則應(yīng)加大一級彈簧剛度值，重新計算，直到滿意為止。
在進(jìn)行可變彈簧支吊架的系列化編排時，為了減少規(guī)格尺寸系列，對不同剛度的彈簧限定了其最大工作位移范圍，因此在選擇彈簧剛度時，還應(yīng)使其工作載荷、安裝載荷、位移量落在對應(yīng)的位移范圍內(nèi)。可變彈簧支吊架標(biāo)準(zhǔn)系列中都給出了它們的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)表，選用時查表即可，在此不再贅述。
4、串聯(lián)可變彈簧支吊架的選用
當(dāng)管系中某點的垂直位移量較大時，從標(biāo)準(zhǔn)彈簧支吊架表中可能已選不到合適的彈簧支吊架，即要么找不到最大工作位移能滿足載荷要求的標(biāo)準(zhǔn)系列，要么因剛度較大而使載荷變化率超出標(biāo)準(zhǔn)要求，此時可考慮采用串聯(lián)可變彈簧支吊架。彈簧串聯(lián)時，應(yīng)選最大載荷相同的彈簧，即彈簧的牌號相同，以保證每個彈簧的工作載荷和安裝載荷都落在允許范圍內(nèi)，而此時每個彈簧的變形量則按其剛度的大小成反比分配。 設(shè)有兩個剛度分別為k1、k2的彈簧串聯(lián)，它們的變形量分別為δ1、δ2。串聯(lián)后的彈簧總剛度為k，總變形量為δ。彈簧串聯(lián)時，其總剛度的倒數(shù)等于各串聯(lián)彈簧剛度的倒數(shù)之和，即有：
……………………………………………………………（a）
由于彈簧串聯(lián)，故各彈簧的受力相等，即有：
…………………………………………………………（b）
又因為
，代入(b)式可得：
……………………………………………………………（c）
……………………………………………………………（d）
式（c）和式(d)即表明了彈簧串聯(lián)時每個分彈簧的變形量與其剛度成反比。
設(shè)k1=k2，分別代入式（a）、式（c）和式(d)可得到：
由此可見，兩個剛度相等的可變彈簧串聯(lián)后，其總剛度為每個彈簧剛度的一半，而每個彈簧的位移量等于總位移量的二分之一。
設(shè)k1=2k2，分別代入式（a）、式（c）和式(d)可得到：
由此可見，此時串聯(lián)后的彈簧總剛度等于較小剛度的三分之二，等于較大剛度的三分之一，較小剛度彈簧的位移量等于總位移量的三分之二，而較大剛度彈簧的位移量等于總位移量的三分之一。
如果彈簧支吊點的垂直位移比較大，選用兩個可變彈簧串聯(lián)仍不能滿足要求時，可以串聯(lián)更多的可變彈簧，但此時應(yīng)考慮是否改用恒力彈簧更合適。
5、并聯(lián)可變彈簧支吊架的選用
當(dāng)管道支撐點的載荷超出標(biāo)準(zhǔn)可變彈簧支吊架的最大允許載荷時，或者受支撐條件（如豎管支撐）、生根條件等限制不宜采用單個可變彈簧支吊架進(jìn)行支撐時，可選用兩個或兩個以上的可變彈簧支吊架并聯(lián)支撐。可變彈簧支吊架并聯(lián)使用時，各彈簧應(yīng)為同一型號，以避免各彈簧支承力不同而導(dǎo)致管子的傾斜或偏轉(zhuǎn)。并聯(lián)時的各彈簧變形量相同，均等于管道在支撐點的位移量。并聯(lián)后的彈簧支吊架總剛度等于各分彈簧支吊架的剛度之和，即n個彈簧支吊架并聯(lián)時其總剛度為k=k1+k2+……+kn，而各分彈簧承受的載荷平均分配，并等于總載荷的1/n。
6、可變彈簧支吊架的安裝要求
可變彈簧支吊架在安裝前務(wù)必要壓縮到要求的安裝定位刻度（與安裝載荷對應(yīng)的刻度值），并用定位銷進(jìn)行定位。從式8-2中不難看出，如果彈簧安裝載荷FA沒有調(diào)整到所要求的值，那么工作載荷FG也將隨之達(dá)不到要求值，從而使得彈簧支吊架起不到應(yīng)有的作用。設(shè)置定位銷的另一個作用是使可變彈簧支吊架暫時成為一個剛性支架，可以防止諸如水壓試驗等非工作工況下因管道載荷臨時增加而引起的不利影響，對于大直徑氣體管道更應(yīng)考慮這個問題。管系在工作狀態(tài)下，有時也會出現(xiàn)非預(yù)期的載荷突然增加現(xiàn)象，如減壓轉(zhuǎn)油線的“淹塔”現(xiàn)象。“淹塔”現(xiàn)象會造成管內(nèi)液體的突然驟增，從而使其彈簧支吊架承受的載荷也驟然增大，彈簧支吊架的變形量也將隨之增大，使管系出現(xiàn)較大的載荷轉(zhuǎn)移，從而可能造成相鄰支架或設(shè)備接口處的超載破壞。對于可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象的管系，工程上常在彈簧支吊架的附近設(shè)置保險桿，以控制彈簧的最大變形量，即當(dāng)彈簧支吊架的變形量超過某一規(guī)定值時，保險桿將受力而成為剛性支撐。
可變彈簧支吊架的定位銷應(yīng)在管系水壓試驗之后、裝置開車升溫之前拆除。
（二）恒力彈簧支吊架
當(dāng)管系在支撐點的豎向位移較大而選用可變彈簧會引起較大的載荷轉(zhuǎn)移時，應(yīng)考慮選用恒力彈簧支吊架。所謂的豎向位移較大只是一個相對概念，關(guān)鍵要看若選用可變彈簧支吊架時是否會引起較大的載荷轉(zhuǎn)移，而且較大的載荷轉(zhuǎn)移能否為管系自身強(qiáng)度和邊界條件所接受。如果管系的柔性不好，剛度較大，那么既使在較小的位移值情況下，也會引起支撐點熱態(tài)和冷態(tài)的載荷差值較大，此時為減少載荷變化率也宜采用恒力彈簧支吊架。
嚴(yán)格說來，恒力彈簧在其工作過程中對管道支撐點的力并不是恒定不變的，這是因為彈簧支架各運動部件之間存在摩擦力，而且各部件的尺寸、彈簧的剛度等都可能存在制造偏差，這些因素都會導(dǎo)致了恒力彈簧在其工作行程范圍內(nèi)對支撐點的力有少量的變化。一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)恒力彈簧支吊架在其全程位移過程中的最大和最小載荷偏差應(yīng)控制在某個數(shù)值范圍內(nèi)，而工程上常用恒定度這一概念來評判恒力彈簧的載荷變化。所謂恒定度是指恒力彈簧在其全行程范圍內(nèi)的最大、最小載荷值之差與最大、最小載荷值之和的百分比，用式子表示即為：
式中：D----恒力彈簧的恒定度。一般情況下，D應(yīng)不大于6%；
Fmax----恒力彈簧在全行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大載荷值，N；
Fmin----恒力彈簧在全行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最小載荷值，N；
1、恒力彈簧支吊架的工作原理
恒力彈簧的工作原理如圖8-14所示：
（a） （b）
圖8-14 恒力彈簧工作原理示意圖
當(dāng)恒力彈簧支吊架承受一個管道載荷F1時，F(xiàn)1將產(chǎn)生一個相對于O點的轉(zhuǎn)動力矩M1。M1將拉動三連桿AOB向下轉(zhuǎn)動，同時三連桿會帶動B點向右移動，從而使彈簧受到壓縮，產(chǎn)生一個彈簧力F2。F2相對于主軸O點也將產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動力矩M2。通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和力的平衡設(shè)計，可以使兩個力矩M1和M2始終保持平衡，并通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，在保持力矩平衡的情況下，F(xiàn)1不斷變換位置但大小不變，即實現(xiàn)對管道的恒力支撐。有關(guān)這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計及推導(dǎo)論證在有關(guān)的手冊或?qū)Ｖ幸延薪榻B，有興趣的的讀者可查閱這方面的資料。
2、恒力彈簧支吊架系列
工程中實際應(yīng)用的恒力彈簧支吊架種類并不多，國標(biāo)GB10181給出了兩種常用的型式，即立式恒力彈簧吊架（用LH表示）和臥式恒力彈簧吊架（用PH表示），一般情況下多用臥式系列。根據(jù)承受載荷大小的不同，恒力彈簧吊架有單吊和雙吊兩種。單吊即為一個恒力彈簧上僅有一個供連接上吊桿的孔板，雙吊則有兩個孔板。圖8-14(a)所示的吊架即為雙吊恒力彈簧吊架。在設(shè)計中應(yīng)注意這些對生根條件要求的差別。
3、恒力彈簧支吊架的選用
由前面介紹的恒力彈簧支吊架的工作原理可知，吊架所能承受的載荷要利用其平衡彈簧產(chǎn)生的力和杠桿的結(jié)構(gòu)并通過力矩平衡關(guān)系來確定。換句話說，吊架的承載能力與其結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。因此，支撐點的管道載荷是選擇恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。根據(jù)熱態(tài)吊零原則，一般取管道荷載為冷態(tài)情況下管系的分配載荷。另外，受吊架中各運行部件的結(jié)構(gòu)限制，吊點的位移是有限制的，甚至它不能按運行部件的最大運行位置來確定吊點的位移范圍，因為運行部件到達(dá)極限位置時，會造成較大的承載偏差值。因此，對于一個結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的恒力彈簧吊架，它允許的最大位移值也是確定的。或者說，管道上吊點的最大位移量也是確定恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已將常用的恒力彈簧吊架進(jìn)行了系列化，并對它進(jìn)行了編號，每個編號的吊架其允許的最大承載和最大位移已列表給出，設(shè)計人員只要根據(jù)管道支撐點的載荷和位移查表即可確定所需要的恒力彈簧吊架規(guī)格型號。
4、恒力彈簧支吊架的串聯(lián)和并聯(lián)使用
可變彈簧支吊架串聯(lián)的目的是為適應(yīng)管道支撐點有較大的位移量和防止有較大的載荷變化率，但這種問題對恒力彈簧吊架都不存在，故恒力彈簧吊架一般不串聯(lián)使用，也不宜串聯(lián)使用。
對于管道載荷較大，或者受吊點條件（如豎管）和生根條件的影響，恒力彈簧吊架可以并聯(lián)使用。并聯(lián)時，應(yīng)選用規(guī)格型號相同的吊架，以防止管道因受力不均而發(fā)生偏斜或偏轉(zhuǎn)。并聯(lián)的各分吊架，其位移均等于管道支撐點的位移，其載荷為管道載荷的
倍（n為并聯(lián)的恒力彈簧吊架數(shù)量）。
5、恒力彈簧支吊架的安裝要求
恒力彈簧支吊架與可變彈支吊架一樣，安裝前也應(yīng)加定位銷，使其位置指示的指針指向規(guī)定的刻度。定位銷應(yīng)在水壓試驗等工作完成之后、裝置開車升溫之前拆除，以防止由于非工作工況造成的管道載荷驟增而引起的不利影響。
恒力彈簧支吊架一般都帶有載荷調(diào)整裝置，設(shè)計人員可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對吊架的承載進(jìn)行調(diào)整。一般允許的調(diào)整范圍為公稱載荷的±(10％~15%)。
除了上面介紹的恒力彈簧吊架以外，其它行業(yè)有時還會用到其它型式的恒力支吊架，例如液壓式、電動式和其它機(jī)械式恒力支吊架。機(jī)械式恒力支吊架以其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜而較常用。恒力彈簧支吊架是機(jī)械式中的一種。除此之外，工程上時常用到的其它機(jī)械式恒力支吊架尚有杠桿重錘式、滑輪重錘式等型式。這些機(jī)械式恒力支吊架雖各有特點，但它們與彈簧平衡式相比結(jié)構(gòu)尺寸較大，故石油化工生產(chǎn)裝置中仍以彈簧平衡式（即恒力彈簧支吊架）應(yīng)用最多。
近幾年來，國內(nèi)出現(xiàn)了一種碟簧支吊架，它既具有恒力彈簧支吊架載荷變化率小（比恒力彈簧支吊架略大，但比可變彈簧支吊架要小很多）的特點，又具有可變彈簧支吊架結(jié)構(gòu)尺寸小（甚至比同等使用條件的可變彈簧支吊架結(jié)構(gòu)尺寸還小）、重量輕的特點，故很快在石油化工生產(chǎn)裝置中得到了較多的應(yīng)用。
思考題
1、支吊架選型的一般原則是什么？
2、常用的平（彎）管支托型式有哪些？應(yīng)如何選用？
3、常用的管托型式有哪些？應(yīng)如何選用？
4、常用的管卡型式有哪些？應(yīng)如何選用？
5、常用的吊架型式有哪些？應(yīng)如何選用？
6、常用的彈簧支吊架國家標(biāo)準(zhǔn)有哪些？
7、可變彈簧支吊架型號選用時的主要參數(shù)有哪些？應(yīng)如何確定？
8、什么叫熱態(tài)吊零和冷態(tài)吊零的載荷分配原則？
9、什么叫可變彈簧支吊架的載荷變化率？工程上對它有何要求？
10、可變彈簧支吊架串聯(lián)或并聯(lián)使用時應(yīng)符合哪些要求？總剛度如何確定？
11、可變彈簧支吊架在安裝時應(yīng)注什么問題？
12、恒力彈簧支吊架的選用應(yīng)符合什么原則？
13、什么叫恒力彈簧支吊架的恒定度？工程上對它有何要求？
14、恒力彈簧支吊架型號選用時的主要參數(shù)有哪些？應(yīng)如何確定？
， ………………………………（e）
， 
， 
…………………（f）
