一种具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置
阅读说明：本技术 一种具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置 (Rigid pipeline hanging device with rigidity softening characteristic ) 是由 陈尚军 王军民 安付立 李楠林 陈盛广 康豫军 武彦飞 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置,调节器筒体内自上而下依次设置有调节器顶丝、阈值调节器、调节器压盘及承载弹簧,顶端封盖固定于调节器筒体的顶部开口处,调节器顶丝的一端连接于顶端封盖上,调节器顶丝的另一端与阈值调节器连接,调节器拉杆的一端依次穿过调节器筒体的下端面、承载弹簧及调节器压盘后套接有锁紧件,调节器拉杆的另一端与管夹抱箍相连接；销座固定于顶端封盖上,位移控制螺母套接于调节器拉杆上,且位移控制螺母位于调节器筒体的下端面与调节器压盘之间,该装置具有吊挂载荷低于阈值时刚度恒定、吊挂载荷高于阈值时刚度软化、阈值可调、管道最大位移量可控的特点。(The invention discloses a rigid pipeline hanging device with rigidity and softening characteristics, wherein a regulator jackscrew, a threshold regulator, a regulator pressure plate and a bearing spring are sequentially arranged in a regulator barrel from top to bottom; the device has the characteristics that the rigidity is constant when the hanging load is lower than a threshold value, the rigidity is softened when the hanging load is higher than the threshold value, the threshold value is adjustable, and the maximum displacement of the pipeline is controllable.)
技术领域
本发明涉及一种管道刚性吊挂装置，具体涉及一种具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置。
背景技术
管道是连接两个、多个设备之间运送介质的运输系统，广泛应用于火力发电厂、核电厂、石油化工等能源行业领域。在服役过程中，为克服机械载荷、位移载荷、热载荷的作用，需要在管道上适当位置布置吊挂装置，以确保管道安全运行。常见的管道吊挂装置有：刚性吊挂装置、恒力弹簧吊挂装置、变力弹簧吊挂装置等，其中刚性吊挂装置为管道重力方向提供“位移死点”，起到限制管道位移、承担管道载荷的双重作用，是管道吊挂系统中的至关重要的组成部分。
当管道支吊系统发生承载异常时，传统的刚性吊挂装置保持恒定的响应刚度，其载荷将大幅偏离设计值。在极端情形下，会造成结构件损坏、吊架失载现象的发生；此外，当吊点处载荷波动较大或吊点处载荷过大时，吊点处管道应力可能会超出其管材许用应力，造成管道开裂、变形等现象发生。
因此，有必要设计一种更合理有效的管道刚性吊挂装置，其需具备以下功能：吊挂载荷低于阈值时刚度恒定(近似无穷大)、吊挂载荷高于阈值时刚度软化、阈值可调、管道最大位移量可控。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置，该装置具有吊挂载荷低于阈值时刚度恒定、吊挂载荷高于阈值时刚度软化、阈值可调、管道最大位移量可控的特点。
为达到上述目的，本发明所述的具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置包括调节器筒体、顶端封盖、调节器拉杆、管夹抱箍、销座及位移控制螺母；
调节器筒体内自上而下依次设置有调节器顶丝、阈值调节器、调节器压盘及承载弹簧，顶端封盖固定于调节器筒体的顶部开口处，调节器顶丝的一端连接于顶端封盖上，调节器顶丝的另一端与阈值调节器连接，调节器拉杆的一端依次穿过调节器筒体的下端面、承载弹簧及调节器压盘后套接有锁紧件，调节器拉杆的另一端与管夹抱箍相连接；
销座固定于顶端封盖上，位移控制螺母套接于调节器拉杆上，且位移控制螺母位于调节器筒体的下端面与调节器压盘之间。
顶端封盖通过连接螺栓固定于调节器筒体的顶部开口处。
调节器顶丝的一端连接于顶端封盖上的螺纹孔内，并通过第一锁紧螺母锁定，调节器顶丝的另一端与阈值调节器通过螺纹连接。
所述锁紧件包括承载螺母及第二锁紧螺母。
所述承载弹簧为圆截面圆柱螺旋弹簧。
销座通过销轴固定于顶端封盖上。
还包括花兰螺丝、管夹拉杆、吊环螺母及第一管夹螺栓；
调节器拉杆的端部通过花兰螺丝与管夹拉杆的一端相连接，管夹拉杆的另一端通过吊环螺母及第一管夹螺栓与管夹抱箍的一侧相连接，管夹抱箍的另一侧设置有第二管夹螺栓。
调节器压盘的上端面上设置有环形凹槽，所述阈值调节器的下端面内嵌于所述环形凹槽内。
调节器筒体的侧面开设有槽孔，调节器压盘上设置有压盘指针，所述压盘指针的端部穿过所述槽孔，调节器筒体的外壁上设置有与所述压盘指针相配合的刻度。
调节器筒体的内壁上设置有导向槽，调节器压盘的外周面上设置有与所述导向槽相配合的凸台，凸台内嵌于所述导向槽内。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置在具体操作时，通过旋转阈值调节器使其在调节器顶丝轴线方向上移动，进而控制调节器压盘压缩或释放承载弹簧，通过控制阈值调节器的旋转量，即可精确使得承载弹簧的弹簧预紧力等于刚性吊挂装置的设计工作载荷力。当吊杆上的实际吊挂力小于设计工作载荷力时，吊挂装置整体表现出恒定的响应刚度，当吊杆上的实际吊挂力大于设计工作载荷力时，吊挂装置的响应刚度为承载弹簧的宏观刚度，其数值远小于传统刚性吊挂装置的响应刚度。因此，当刚性吊挂装置出现过载现象时，本发明能够通过软化吊架响应刚度的方法实现过载保护，有效降低吊点处载荷波动及吊点处的管道应力，同时具备位移锁定功能，能够有效避免管道向下产生过大位移而导致管道疏水坡度及附属管道状态发生改变的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的分解图；
图3为本发明中调节器筒体5内部的示意图；
图4为本发明中各设计参数间的关系示意图。
其中，1为销座、2为销轴、31为连接螺栓、4为顶端封盖、5为调节器筒体、6为调节器顶丝、71为第一锁紧螺母、72为第二锁紧螺母、8为阈值调节器、9为承载螺母、10为调节器压盘、11为压盘指针、12为承载弹簧、13为位移控制螺母、14为调节器拉杆、15为花兰螺丝、16为管夹拉杆、17为吊环螺母、181为第一管夹螺栓、182为第二管夹螺栓、19为管夹抱箍。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1至图4，本发明所述的具有刚度软化特性的管道刚性吊挂装置包括顶端封盖4、调节器筒体5、阈值调节器8、调节器拉杆14及管夹抱箍19；调节器筒体5内自上而下依次设置有调节器顶丝6、阈值调节器8、调节器压盘10及承载弹簧12，顶端封盖4通过连接螺栓31固定于调节器筒体5的顶部开口处，调节器顶丝6的一端连接于顶端封盖4上的螺纹孔内，并通过第一锁紧螺母71锁定，调节器顶丝6的另一端与阈值调节器8通过螺纹连接，调节器拉杆14的一端依次穿过调节器筒体5的下端面、承载弹簧12及调节器压盘10后套接有承载螺母9及第二锁紧螺母72，所述承载弹簧12为圆截面圆柱螺旋弹簧。
另外，本发明还包括销座1、销轴2及位移控制螺母13，销座1通过销轴2固定于顶端封盖4上，位移控制螺母13套接于调节器拉杆14上，且位移控制螺母13位于调节器筒体5的下端面与调节器压盘10之间。
调节器拉杆14的另一端通过花兰螺丝15与管夹拉杆16的一端相连接，管夹拉杆16的另一端通过吊环螺母17及第一管夹螺栓181与管夹抱箍19的一侧相连接，管夹抱箍19的另一侧设置有第二管夹螺栓182。
阈值调节器8的外周面设置有多层圆形通孔，各层圆形通孔之间设计有角度偏转；调节器压盘10的上端面上设置有环形凹槽，所述阈值调节器8的下端面内嵌于所述环形凹槽内。
调节器筒体5的侧面开设有槽孔，调节器压盘10上设置有压盘指针11，所述压盘指针11的端部穿过所述槽孔，调节器筒体5的外壁上设置有与所述压盘指针11相配合的刻度。
调节器筒体5的内壁上设置有导向槽，调节器压盘10的外周面上设置有与所述导向槽相配合的凸台，凸台内嵌于所述导向槽内，其中，导向槽的数目为四条，且四条导向槽沿周向依次分布。
本发明的原理为：
根据刚性吊挂装置的工作载荷Fgz确定承载弹簧12的预紧力Fturn，并使Fgz＝Fturn，承载弹簧12的压缩刚度为K2，在实际安装时，销座1与现场结构件相连接，管夹抱箍19与管道相连接，在承载弹簧12处于未压缩状态且阈值调节器8、调节器压盘10与承载弹簧12均无间隙时，旋转阈值调节器8使承载弹簧12沿调节器顶丝6轴向方向向下移动Dyj,完成对承载弹簧12的预压缩,其中，预压缩位移量Dyj＝Fgz/K2。同时，预先调整位移控制螺母13与调节器筒体5下端面之间的距离Dxw，使得Dxw＝Dmax-Dturn，最后通过收紧花兰螺丝15消除各部件间的初始安装间隙。
在实际运行状态下，当吊挂装置的实际吊挂力Fsj小于设计工作载荷力Fgz时，调节器压盘10的位置不会发生变化，承载弹簧12的压缩量保持不变，此时作用在调节器压盘10上的力(调节器拉杆14对调节器压盘10的拉力、承载弹簧12对调节器压盘10的反作用推力、阈值调节器8对调节器压盘10的推力)时刻保持平衡，故该阶段的吊挂装置整体表现出恒定的响应刚度K1(近似无穷大)；
当吊挂装置的实际吊挂力Fsj大于设计工作载荷力Fgz时，调节器压盘10将沿调节器顶丝6轴向方向向下移动，承载弹簧12被进一步压缩，直至调节器拉杆14对调节器压盘10的拉力与承载弹簧12对调节器压盘10的反作用力达到平衡，故该阶段，吊挂装置整体表现出的响应刚度为承载弹簧12的压缩刚度K2，其数值远小于K1。在该阶段中，调节器压盘10随着吊挂力的增加而持续向下移动，当位移控制螺母13接触到调节器筒体5的下端面时，吊挂装置将被锁死，避免管道向下产生过大位移而导致管道疏水坡度及附属管道状态发生改变。同时，通过观察调节器压盘10上压盘指针11的位置，以判断刚性吊挂装置是否发生过载及过载的具体数值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明介绍的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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