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摘要：本文简要介绍了恒力弹簧支吊架的工作原理以及性能测试与调试等内容。
关键词：恒力弹簧支吊架 工作原理 测试
Abstract: This paper briefly introduces the working principle of the constant force spring hanger and performance testing and debugging etc..
Key words: constant force spring hanger principle test
中图分类号：TN707文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1恒力弹簧支吊架的工作原理
恒力弹簧支吊架的工作原理是根据力矩平衡原理设计。在许可的负载位移下，负载力矩和弹簧力矩始终保持平衡。对用恒力弹簧支吊架支承的管道和设备，在发生位移时，可以提供恒定的支承力，因而不会给管道设备带来附加应力，以保证管道的正常运行。
恒力弹簧支吊架一般用于需要减少位移应力的地方，如火电厂以及核电厂的锅炉本体、发电厂的各种管道等悬吊部分，以及石油、化学工业中也经常需要此类支承的地方。
2恒力弹簧支吊架的基本形式
恒力弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、杠杆机构、弹簧外框、支承轴类等组成。
如下图所示：
3恒力弹簧支吊架的弹簧技术要求
3.1恒力弹簧支吊架用弹簧应满足下列技术要求：
（1）弹簧表面不应有裂纹、分层、过烧等缺陷。弹簧材料应满足60Si2MnA钢技术条件。
（2）弹簧两端应有不少于3/4圈的拼紧圈。两端应磨平，磨平部分不少于圆周的3/4。
（3）弹簧的节距应均匀，节距偏差不应大于0.1（t-d），其中t为节距，d为钢丝直径；且在最大压缩值范围内，弹簧的工作圈不得相碰。
（4）弹簧的两个端面应与轴线垂直，弹簧倾斜量不应超过自由高度为2% 。
（5）弹簧在最大允许荷重范围内，其荷重与标准荷重的偏差，不应超过±10% 。
（6）弹簧应有出厂合格证书。安装前应进行刚度测定。必要明作全压缩试验：弹簧压缩到极限状态保持5分钟。卸去载荷后，永久变形量不得超过原自由高度的2%；如超过规定，应进行第二次全压缩试验，两次试验的总永久变形量不得超过原自由高度的3%。
（7）弹簧厂应出具每批弹簧的磁粉擦伤检测报告。
3.2恒力彈簧支吊架用弹簧选择基本原则
恒力弹簧支吊架选择弹簧时，在任何情况下压缩保证在Fmax至Fmin之间；应满足工作荷重和热位移需要；荷重变化率不应大于规定值。
当热位移量较大，单个弹簧不能满足热位移要求时，需串联弹簧。恒力弹簧支吊架弹簧允许串联数量，对Fmax=140~150毫米的弹簧为二个；对Fmax=70~75毫米的弹簧为四个。
弹簧串联使用时，每个弹簧的荷重是一样的，故串联弹簧的最大允许荷重应一样（即弹簧号应一样，类别可不同）。
由单个弹簧的允许热位移值和允许串联数量可知，恒力弹簧吊架的热位移适用范围为：上位移时约60mm，下位移时约80mm，超过此范围时应选用恒力吊架。对弹簧支架，为了支架的稳定性很少采用串联弹簧结构。
为了保证弹簧正常工作，恒力弹簧支吊架选择弹簧时，应根据热位移值的计算精度而当一定的余量。近似计算时，一般加20%且不小于5毫米余量作为选择弹簧的热位移值。
单个弹簧不能满足荷重要求时，或结构上需要采用双吊结构时，需并联弹簧。并联弹簧的安装荷重是一样的，热位移时弹簧的压缩值变化也相同，即工作荷重也一样，恒力弹簧支吊架可以并联弹簧应选择完全相同的弹簧，即选用同类、同号弹簧。
4恒力弹簧支吊架的性能测试
4.1 支承力变化量测试
将恒力弹簧支吊架固定在试验台架上，调整测力拉杆的轴线处于铅锤位置（位移指向中间位置）。使恒力支吊架在总位移行程内向上、向下各运动三次，动作应灵活、无卡阻、无摩擦和异常响声，若发现卡阻现象，应找出原因予以排除。当位置指针指向低位或高位时，还应该保证测力拉杆的轴线与铅锤夹角不超过40。
经过以上调试后，对恒力支吊架缓慢加载，使位移指针从高位到低位，在总位移行程中均匀地读取各点载荷值，并打印载荷—位移曲线。
支承力变化△P/P不得超过16%，支承力变化量△P/P按下式计算：
△P/P=2×(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)×100%≤16%。
式中： Pmax—试验过程中，载荷读数的最大值,
Pmin—试验过程中，载荷读数的最小值。
4.2 相对载荷偏差度的测试
根据上述载荷试验中测得的所有读数，求出它们的算术平均值Pav，按下式计算平均载荷偏差度：δPc=(Pav-Pn)/Pn×100%≤±2%。
式中：δPc—恒力支吊架的平均载荷偏差度（%）,
Pn —额定载荷（N）。
Pav—试验平均载荷（N）。
5恒力弹簧支吊架的强度试验
5.1 试验要求
用钢管替代弹簧，钢套高度等于恒力吊架在工作时弹簧压缩后的高度，其它零件不变。
在室温下，将试验件逐步加载至试验载荷CHe，并至少保持5分钟。试验载荷CHe与名义载荷CHn的关系如下：CHe=K×CHn，其中当试验样品数为1个时，取K=5；当试验样品数为5个时，取K=4。
试验样品在制造厂保存二年。
试验结果应满足以下要求：
（1）在0～2倍名义载荷CHn下，零部件的变形与载荷成线性关系；
（2）在试验载荷CHe作用下，零部件应保持结构完整性，卸载后对测试的零部件进行外观检查，不准有显著的永久变形和裂纹，并且原有缺陷不得有明显恶化现象。
5.2 尺寸检验
（1）试验前：应检查零部件尺寸，符合图纸上标注的尺寸和公差要求。
（2）试验后：应检查零部件尺寸，没有大的残余变形。
5.3 无损检验
试验前：应对恒力支吊架焊缝进行无损检验。
试验后：应重新对恒力支吊架焊缝进行无损检验，试验前测得缺陷不应有明显的扩大，新出现的缺陷应符合检测前的标准。
6恒力弹簧支吊架的安装调整
恒力弹簧支吊架安装时，应注意下列几点：
安装前，要核对型号是否与设计相符,检查转体是否灵活，转体转动范围应不小于
60º，且与指示相符。
根据热位移方向和吊架热位移余量，确定转体安装位置。恒力弹簧支吊架弹簧压缩值的改变，必须考虑对吊架恒力特性的影响，弹簧压缩的改变值不宜超过10毫米。弹簧压好后，应临时固定插上锁定销。
吊杆花兰螺丝的可调范围，应能满足管道冷紧和吊架调整的要求。吊架根部结构，尽量采用双槽钢结构。固定外壳与根部槽钢的固定螺丝，不能伸的过长，以免影响转体的活动范围。无论在安装位置还是工作位置，弹簧组件不能与根部结构相碰。
恒力弹簧支吊架就位后，调节花兰螺丝和弹簧杆螺母，使转体处于要求的安装位置，并使吊杆吃力。管道冷紧时，应相应调整花兰螺丝，勿使吊杆荷重过大或不吃力。管道水压试验和保温前后，应检查吊杆吃力情况。
恒力弹簧支吊架调整可参照下列程序进行：
调整前应检果转体位置是否正确。确认无误后去掉弹簧锁定插销。如转体位置发生变化，通过花兰螺丝进行调整。因为各恒力弹簧支吊架间的相互影响，这种调整工作往往反复多次才达到满意的结果。所有恒力弹簧支吊架调整结束后，对调整结果进行一次全面检查，并作出调整记录。特别注意，转体不得与限位器相碰。
调整记录应包括以下内容：恒力弹簧支吊架号、恒力弹簧支吊架型号、转体安装位置、挂载孔号、调荷器位置、弹簧安装压缩值和实测弹簧刚度。
管道达到额定温度后，检查转体工作位置，注意转体是否与限位器相碰。转体工作位置应作出记录。
工程中，往往发生实际荷重偏离设计值的情况，此时可通过以下办法改变吊架的荷重：
通过负荷调整器改变荷重。
在恒力特性变化不大的情况下，适当改变弹簧压缩值。但吊架工作过程中，弹簧压缩值不能超过最大允许值。
如恒力弹簧支吊架有较大的热位移余量，可改变挂载孔位置，重新整定荷重。
更换弹簧号或改变吊架型号。
7结语
在恒力弹簧支吊架的制造与检验过程中，对弹簧的检测、选择、以及对整个恒力弹簧支吊架的测试与调试都是保证其可靠运行的重要环节，也是保证在火电以及核电厂等各个行业上能安全运行的重要因素。恒力弹簧支吊架的检测以及应用不当不仅可能造成经济上的损失，还可能造成严重的安全事故。故虽然恒力弹簧支吊架在整个火电以及核电厂中只是一项很小的一种部件，但其重要性是可想而知的。
参考文献：
1、《核电站核级标准支吊架采购技术要求》中国核电工程有限公司编
2、GB/T17116-1997《管道支吊架》
3、RCC-M(2000版及2002年补遗）《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》
关键词：恒力弹簧支吊架 工作原理 测试
Abstract: This paper briefly introduces the working principle of the constant force spring hanger and performance testing and debugging etc..
Key words: constant force spring hanger principle test
中图分类号：TN707文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1恒力弹簧支吊架的工作原理
恒力弹簧支吊架的工作原理是根据力矩平衡原理设计。在许可的负载位移下，负载力矩和弹簧力矩始终保持平衡。对用恒力弹簧支吊架支承的管道和设备，在发生位移时，可以提供恒定的支承力，因而不会给管道设备带来附加应力，以保证管道的正常运行。
恒力弹簧支吊架一般用于需要减少位移应力的地方，如火电厂以及核电厂的锅炉本体、发电厂的各种管道等悬吊部分，以及石油、化学工业中也经常需要此类支承的地方。
2恒力弹簧支吊架的基本形式
恒力弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、杠杆机构、弹簧外框、支承轴类等组成。
如下图所示：
3恒力弹簧支吊架的弹簧技术要求
3.1恒力弹簧支吊架用弹簧应满足下列技术要求：
（1）弹簧表面不应有裂纹、分层、过烧等缺陷。弹簧材料应满足60Si2MnA钢技术条件。
（2）弹簧两端应有不少于3/4圈的拼紧圈。两端应磨平，磨平部分不少于圆周的3/4。
（3）弹簧的节距应均匀，节距偏差不应大于0.1（t-d），其中t为节距，d为钢丝直径；且在最大压缩值范围内，弹簧的工作圈不得相碰。
（4）弹簧的两个端面应与轴线垂直，弹簧倾斜量不应超过自由高度为2% 。
（5）弹簧在最大允许荷重范围内，其荷重与标准荷重的偏差，不应超过±10% 。
（6）弹簧应有出厂合格证书。安装前应进行刚度测定。必要明作全压缩试验：弹簧压缩到极限状态保持5分钟。卸去载荷后，永久变形量不得超过原自由高度的2%；如超过规定，应进行第二次全压缩试验，两次试验的总永久变形量不得超过原自由高度的3%。
（7）弹簧厂应出具每批弹簧的磁粉擦伤检测报告。
3.2恒力彈簧支吊架用弹簧选择基本原则
恒力弹簧支吊架选择弹簧时，在任何情况下压缩保证在Fmax至Fmin之间；应满足工作荷重和热位移需要；荷重变化率不应大于规定值。
当热位移量较大，单个弹簧不能满足热位移要求时，需串联弹簧。恒力弹簧支吊架弹簧允许串联数量，对Fmax=140~150毫米的弹簧为二个；对Fmax=70~75毫米的弹簧为四个。
弹簧串联使用时，每个弹簧的荷重是一样的，故串联弹簧的最大允许荷重应一样（即弹簧号应一样，类别可不同）。
由单个弹簧的允许热位移值和允许串联数量可知，恒力弹簧吊架的热位移适用范围为：上位移时约60mm，下位移时约80mm，超过此范围时应选用恒力吊架。对弹簧支架，为了支架的稳定性很少采用串联弹簧结构。
为了保证弹簧正常工作，恒力弹簧支吊架选择弹簧时，应根据热位移值的计算精度而当一定的余量。近似计算时，一般加20%且不小于5毫米余量作为选择弹簧的热位移值。
单个弹簧不能满足荷重要求时，或结构上需要采用双吊结构时，需并联弹簧。并联弹簧的安装荷重是一样的，热位移时弹簧的压缩值变化也相同，即工作荷重也一样，恒力弹簧支吊架可以并联弹簧应选择完全相同的弹簧，即选用同类、同号弹簧。
4恒力弹簧支吊架的性能测试
4.1 支承力变化量测试
将恒力弹簧支吊架固定在试验台架上，调整测力拉杆的轴线处于铅锤位置（位移指向中间位置）。使恒力支吊架在总位移行程内向上、向下各运动三次，动作应灵活、无卡阻、无摩擦和异常响声，若发现卡阻现象，应找出原因予以排除。当位置指针指向低位或高位时，还应该保证测力拉杆的轴线与铅锤夹角不超过40。
经过以上调试后，对恒力支吊架缓慢加载，使位移指针从高位到低位，在总位移行程中均匀地读取各点载荷值，并打印载荷—位移曲线。
支承力变化△P/P不得超过16%，支承力变化量△P/P按下式计算：
△P/P=2×(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)×100%≤16%。
式中： Pmax—试验过程中，载荷读数的最大值,
Pmin—试验过程中，载荷读数的最小值。
4.2 相对载荷偏差度的测试
根据上述载荷试验中测得的所有读数，求出它们的算术平均值Pav，按下式计算平均载荷偏差度：δPc=(Pav-Pn)/Pn×100%≤±2%。
式中：δPc—恒力支吊架的平均载荷偏差度（%）,
Pn —额定载荷（N）。
Pav—试验平均载荷（N）。
5恒力弹簧支吊架的强度试验
5.1 试验要求
用钢管替代弹簧，钢套高度等于恒力吊架在工作时弹簧压缩后的高度，其它零件不变。
在室温下，将试验件逐步加载至试验载荷CHe，并至少保持5分钟。试验载荷CHe与名义载荷CHn的关系如下：CHe=K×CHn，其中当试验样品数为1个时，取K=5；当试验样品数为5个时，取K=4。
试验样品在制造厂保存二年。
试验结果应满足以下要求：
（1）在0～2倍名义载荷CHn下，零部件的变形与载荷成线性关系；
（2）在试验载荷CHe作用下，零部件应保持结构完整性，卸载后对测试的零部件进行外观检查，不准有显著的永久变形和裂纹，并且原有缺陷不得有明显恶化现象。
5.2 尺寸检验
（1）试验前：应检查零部件尺寸，符合图纸上标注的尺寸和公差要求。
（2）试验后：应检查零部件尺寸，没有大的残余变形。
5.3 无损检验
试验前：应对恒力支吊架焊缝进行无损检验。
试验后：应重新对恒力支吊架焊缝进行无损检验，试验前测得缺陷不应有明显的扩大，新出现的缺陷应符合检测前的标准。
6恒力弹簧支吊架的安装调整
恒力弹簧支吊架安装时，应注意下列几点：
安装前，要核对型号是否与设计相符,检查转体是否灵活，转体转动范围应不小于
60º，且与指示相符。
根据热位移方向和吊架热位移余量，确定转体安装位置。恒力弹簧支吊架弹簧压缩值的改变，必须考虑对吊架恒力特性的影响，弹簧压缩的改变值不宜超过10毫米。弹簧压好后，应临时固定插上锁定销。
吊杆花兰螺丝的可调范围，应能满足管道冷紧和吊架调整的要求。吊架根部结构，尽量采用双槽钢结构。固定外壳与根部槽钢的固定螺丝，不能伸的过长，以免影响转体的活动范围。无论在安装位置还是工作位置，弹簧组件不能与根部结构相碰。
恒力弹簧支吊架就位后，调节花兰螺丝和弹簧杆螺母，使转体处于要求的安装位置，并使吊杆吃力。管道冷紧时，应相应调整花兰螺丝，勿使吊杆荷重过大或不吃力。管道水压试验和保温前后，应检查吊杆吃力情况。
恒力弹簧支吊架调整可参照下列程序进行：
调整前应检果转体位置是否正确。确认无误后去掉弹簧锁定插销。如转体位置发生变化，通过花兰螺丝进行调整。因为各恒力弹簧支吊架间的相互影响，这种调整工作往往反复多次才达到满意的结果。所有恒力弹簧支吊架调整结束后，对调整结果进行一次全面检查，并作出调整记录。特别注意，转体不得与限位器相碰。
调整记录应包括以下内容：恒力弹簧支吊架号、恒力弹簧支吊架型号、转体安装位置、挂载孔号、调荷器位置、弹簧安装压缩值和实测弹簧刚度。
管道达到额定温度后，检查转体工作位置，注意转体是否与限位器相碰。转体工作位置应作出记录。
工程中，往往发生实际荷重偏离设计值的情况，此时可通过以下办法改变吊架的荷重：
通过负荷调整器改变荷重。
在恒力特性变化不大的情况下，适当改变弹簧压缩值。但吊架工作过程中，弹簧压缩值不能超过最大允许值。
如恒力弹簧支吊架有较大的热位移余量，可改变挂载孔位置，重新整定荷重。
更换弹簧号或改变吊架型号。
7结语
在恒力弹簧支吊架的制造与检验过程中，对弹簧的检测、选择、以及对整个恒力弹簧支吊架的测试与调试都是保证其可靠运行的重要环节，也是保证在火电以及核电厂等各个行业上能安全运行的重要因素。恒力弹簧支吊架的检测以及应用不当不仅可能造成经济上的损失，还可能造成严重的安全事故。故虽然恒力弹簧支吊架在整个火电以及核电厂中只是一项很小的一种部件，但其重要性是可想而知的。
参考文献：
1、《核电站核级标准支吊架采购技术要求》中国核电工程有限公司编
2、GB/T17116-1997《管道支吊架》
3、RCC-M(2000版及2002年补遗）《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》