当管系在支撑点的竖向位移较大而选用可变弹簧会引起较大的载荷转移时,应考虑选用恒力弹簧支吊架。所谓的竖向位移较大只是一个相对概念,关键要看若选用可变弹簧支吊架时是否会引起较大的载荷转移,而且较大的载荷转移能否为管系自身强度和边界条件所接受。如果管系的柔性不好,刚度较大,那么既使在较小的位移值情况下,也会引起支撑点热态和冷态的载荷差值较大,此时为减少载荷变化率也宜采用恒力弹簧支吊架。严格说来,恒力弹簧在其工作过程中对管道支撑点的力并不是恒定不变的,这是因为弹簧支架各运动部件之间存在摩擦力,而且各部件的尺寸、弹簧的刚度等都可能存在制造偏差,这些因素都会导致恒力弹簧在其工作行程范围内对支撑点的力有少量的变化。一般情况下,标准恒力弹簧支吊架在其全程位移过程中的最大和最小载荷偏差应控制在某个数值范围内,而工程上常用恒定度这一概念来评判恒力弹簧的载荷变化。所谓恒定度是指恒力弹簧在其全行程范围内的最大、最小载荷值之差与最大、最小载荷值之和的百分比,用式子表示即为:
D =[ (Fmax -Fmin)/ (Fmax + Fmin)] X 100%
式中
D――恒力弹簧的恒定度。一般情况下,D应不大于6%
Fmax――恒力弹簧在全行程范围内出现的最大载荷值,N;
Fmin――恒力弹簧在全行程范围内出现的最小载荷值,N。
1) 恒力弹簧支吊架的工作原理
当恒力弹簧支吊架承受一个管道载荷矶时,F1将产生一个相对于O点的转动力矩M1。M1将拉动三连杆AOB向下转动,同时三连杆会带动B点向右移动,从而使弹簧受到压缩,产生一个弹簧力F2。F2相对于主轴O点也将产生一个转动力矩M2。通过适当的结构和力的平衡设计,可以使两个力矩M1和M2始终保持平衡,并通过适当的结构尺寸设计,在保持力矩平衡的情况下,只不断变换位置但大小不变,即实现对管道的恒力支撑。
2) 恒力弹簧支吊架的选用
换句话说,吊架的承载能力与其结构设计有关。因此,支撑点的管道载荷是选择恒力弹簧吊架的参数之一。根据热态吊零原则,一般取管道荷载为冷态情况下管系的分配载荷。另外,受吊架中各运行部件的结构限制,吊点的位移是有限制的,甚至它不能按运行部件的最大运行位置来确定吊点的位移范围,因为运行部件到达极限位置时,会造成较大的承载偏差值。因此,对于一个结构参数一定的恒力弹簧吊架,它允许的最大位移值也是确定的。或者说,管道上时最大位移量也是确定恒力弹簧吊架的参数之一。有关的标准已将常用的恒力弹簧支吊架进行了系列化,并对它进行了编号,每个编号的吊架其允许的最大承载和最大位移己列表给出,设计人员只要根据管道支撑点的载荷和位移查表即可确定所需要的恒力弹簧支吊架规格型号。