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摘要：支吊架设计是火力发电厂锅炉专业的重要工作，本文针对烟风煤粉管道的设计特点，介绍了支吊架的设计原则及思路，并对常见的失效形式提出了参考意见。
关键词：支吊架设计；火力发电厂；烟风煤粉管道
支吊架是烟风煤粉管道设计的重要内容，主要起承受管道荷载、合理约束位移、限制扭矩过大、防止应力集中以及减少管道振动等作用，因此其合理设计直接关系到烟风道的安全与经济运行。支吊架设计与烟风道的布置以及热膨胀情况直接相关，两者应兼顾考虑。本文针对烟风煤粉管道的特点，介绍了各种类型支吊架的设计原则，并针对常见的支吊架失效形式提出了设计注意事项。
1、烟风煤粉管道的支吊架设计的一般原则
《火力发电厂烟风煤粉管道设计规程》中规定了烟风煤粉管道支吊架设计的一般原则，大致原则如下：
1.1支吊架间距一般宜为6m~9m，确定支吊架间距应综合考虑管道内的介质温度，管道刚度及主厂房土建结构等条件。
1.2支吊点的布置，宜使各支吊点荷载均匀分配，支吊点应避开管道中容易磨损和堵塞的位置。
1.3水平弯管两侧的支吊架，应将其中一只设置在靠近弯头处的直管段上。
1.4当大小头两侧的管道截面相差较大时，应在大小头的大截面一端设置支吊架。
1.5支吊架与管道的焊缝或法兰之间的净距不得不小于150mm。
1.6在吸收轴向位移的补偿器补偿量分配范围内管道的两端应设置固定支架，在该范围内的管道支吊架宜为导向或限位支架。
1.7与设备相连接的管段宜在设备附近设置支吊架，以免设备承受管道的荷载。
1.8位于8度以上地震区的发电厂，支吊架的设置应考虑地震力影响。
1.9送粉管道（无烟煤除外）支吊架管部不应采用焊接吊板结构。
1.10较长垂直管道上的固定支架，刚性吊架，应按单侧承受相应支吊点全部荷载设计。
1.11支吊架根部结构支承梁应满足强度和刚度的要求。
1.12支吊架的受压构件，应满足强度和稳定性要求。
1.13吊杆拉杆的强度应能满足吊点的荷载要求，拉杆最小直径不得小于10mm，拉杆的长度应能调整。
在烟风煤粉管道设计中必须先遵守规范规定的内容，再去合理配置烟风煤粉管道支吊架。
2、烟风煤粉管道的设计特点
2.1管径较大且容易出现积灰积粉，支吊点荷载较重
当前新建机组大多为大容量高参数机组，燃料及空气消耗量较大，而考虑摩损及燃烧调整等因素，流速须保持在一定的范围内，因此管径通常较大，且运行中烟道及热风道中会出现积灰，送粉管道会有积粉，因此管道荷载通常较重，那么在这样的情况下，可以看出新建机组要在合适的范围内，对于高参数的机组要进行合理的利用。
2.2设计压力较低，管壁较薄
相比汽水管道，烟风道设计压力较低，因此管壁较薄。温度较高的热风、烟道及送粉管道，可以通过加装补偿器来消除热膨胀的影响，从而大幅降低管道的刚性及其对设备接口的推力推力矩，但同时需要考虑盲板力的影响。
2.3异形件较多，支吊点的荷载分配较难精确计算
烟风道设计时，由于空间位置有限，往往需要设计较多的异形件，但其重心较难计算，而且积灰积粉量也较难判断，因此其两端的支吊点荷载分配往往较难精确计算，若使用弹簧或者恒力支吊架，选型较为困难，这样也是阻碍了烟风煤粉管道的顺利进展。
3、有关支吊架具体设置的相关原则
支吊架主要有固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架、限位装置，弹簧支吊架以及恒力支吊架等。每种类型支吊架均有各自的使用原则及条件，他们的合理配合使用，保证了整个管系的稳定性，那么就需要从以下几个方面分析对支架的设计原则。
3.1固定支架设计原则
固定支架能够承受管道各方向荷载，并限制位移及扭矩，相比其他类型支吊架，其对管道的稳定性比较重要，建议在条件允许时，尽可能多设置固定支架。一般来说固定支架是支吊点设计的重点，通常应优选于支吊架的零膨胀点，设置时要考虑管道热膨胀导致扭矩过大，应力集中等问题。通常于膨胀节相互配合来确保整个管系有足够的柔性，另外，设计时，要先检查焊缝的强度，还要考虑足够的余量来保证其可以承受各种异常工况下的管道荷载及热应力。
3.2滑动及导向支架设计原则
滑动支架仅仅能够承受管道的竖直荷载，并允许有少量热位移，并在烟风道中应用比较广泛，通常是和相关的材料进行结合来减少滑动的摩擦阻力，常见的失效形式有，失载脱空、接触面位移受阻、支撑件破坏等。在设置的时候，还要考虑，支点的位移，防止管道晃动，并核算支撑点的强度。
导向支架是限制了水平位移的滑动支架，通常在烟风道中设置导向支架以限制水平位移及平衡盲板力，管道四个方向设置导向支架可以固定管道中心点，但相比固定支架，其无法限制管道角位移。相比滑动支架，还需着重校核导向挡板的强度。
3.3刚性吊架设计原则
刚性吊架与滑动支架功能类似，能够承受管道竖直向下荷载，并允许管道有少量的水平位移，根据相关规定，要求拉杆与竖直方向的角度不能超过4°，否则需要偏装。刚性吊架常见的失效形式为向上脱空、拉杆弯曲、失载倾斜等，因此设计时应充分考虑管道荷载以及吊点在各个方向的位移。相比弹簧吊架，其为刚性连接，对管道约束性更强，因此应尽量多设置刚性吊架，对于荷载较重的矩形风道，适合采用横担型式，稳定性会更好。
3.4弹簧支吊架及恒力支吊架设计原则
弹簧支吊架能够承受管道的竖直荷载，并允许有适量的竖直位移，因此可以有效防止脱空，同时也可以吸收少量的水平位移，根据要求拉杆与竖直方向的角度不应冲3°。
弹簧支吊架主要的失效形式为过载、失载及弹簧损坏等，主要由弹簧选型不够准确引起。弹簧形势需要根据冷热态荷载及其位移专门选型，但相比工质稳定、形状规则的汽水管道，烟风煤粉管道中异形件比较多，而且运行时可能会出现难以估量的积灰积粉，故各个支吊点的荷载分配比较难以计算。因此烟风道设计时应尽量减少弹簧吊架的使用，可以通过合理布置管道、支吊点以及设置膨胀节来尽量避免弹簧吊架的使用。
恒力支吊架是根据力矩平衡原理设计的，能够使负荷力矩和弹簧力矩在工作过程中始终平衡，以保持恒定的支撑力，同时允许支吊点有比较大的垂直位移。但由于其成本比较高，而且和弹簧支吊架类似，烟风道的荷载位移难准确计算，当然也要尽量避免使用。
3.5限位装置设计原则
限位装置在热风道及烟道中应用非常广泛，主要用于限制管道位移，防止管道运行晃动，克服盲板力等。设置限位装置应注意核算其强度是否可以克服水平力的作用。
4、小结
以上所述，支吊架是管道设计的重要组成部分，保证其合理有效设置对管道的安全、经济运行至关重要，同时对其及管道布置息息相关，两者应该同步进行们互相兼顾考虑，尽量做到运行安全、造价经济、安装检修便利。
参考文献
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