一种变力弹簧支吊架系列参数及其选择方法与流程

本发明涉及管道领域，具体为一种变力弹簧支吊架系列参数及其选择方法。

背景技术：

众所周知，在确定产品的参数或参数系列时，应选用优先数和优先数系。然而，对于系列参数来说，为了便于直接查表选择变力弹簧支吊架规格，更希望选用等比数列的理论值或计算值。但是，受弹簧标准尺寸系列的限制，国内外传统的圆柱螺旋弹簧变力支吊架最大荷载系列大多接近优先数系派生系列r8，但实际级比偏差仍较大，致使选用的规格不尽经济、合理，对直接查表选择带来难度。

由于管道在整个使用过程处于热和冷两种状态的交替之中，变力弹簧支吊架对管道的作用力也随之变化，当变力弹簧支吊架对管道的作用力与管道分配给该支吊架的荷重相等时，则变力弹簧支吊架对管道的附加力为零，因此变力弹簧支吊架吊零的荷重分配可以在冷状态实现，也可以在热状态实现。在冷状态实现吊零荷重分配称为冷态吊零；在热状态实现吊零荷重分配称为热态吊零。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变力弹簧支吊架系列参数及其选择方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变力弹簧支吊架系列参数及其选择方法，包括如下具体步骤：

s1：确定变力弹簧支吊架主要参数的优先数系列的公比和范围，根据确定的变力弹簧支吊架主要参数系列，选择合适的弹簧规格，并对相对次要尺寸作微量调整，即选择的弹簧支吊架参数系列公比一致，包含任一项值的十进倍数和十进分数，并且在最大变形量下的荷载值的优先数序中包含40的整数倍；

s2：编制完整的变力弹簧支吊架系列的特性表，建立与弹簧支吊架的总变形量和位移量一一对应的满足荷载变化系数要求的允许向上和向下的热位移量表；具体的编制方式为：

s21：变力弹簧支吊架在其最大变形量下的荷载系列为：

pi，max＝10^{(np/40+(i-1)/r)}n

式中：pi，max——规格号数为i的变力弹簧最大工作荷载；

r——变力弹簧组采用的优先数系列；

np——规格号数为1的最大工作荷载值的优先数序；

i——规格号数；

规格号数为i的系列j变力弹簧对应的刚度为：

pi，j＝pi，max/fj，max

＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/fj，maxmm/n

式中：j——变力弹簧组系列号(弹簧串联数)，系列号(弹簧串联数)j＝1俗称“短弹簧；

pi，j′——规格号数为i的系列j变力弹簧刚度；

fj，max——变力弹簧组系列j在最大工作荷载下的变形量(最大变形量)，j＝1时，f1，max可选用目前国内外传统的变力弹簧支吊架系列的75mm或76mm(3”)，也可选用80mm；

s22：根据公式δj，max＝fj，max-fj，min≥fj，max(2/(1+[fv])得到不同允许荷载变化系数和不同最大变形量下的变力弹簧组系列的要求最小变形量和变力弹簧行程，并编制成表格；式中：

δj，max为热态吊零且热位移向上或冷态吊零且热位移向下条件下允许热位移量最大时的弹簧变形量；

[fv]为不同的管道系统的变力弹簧支吊架允许荷载变化系数；

s23：根据上述得到的表格以及关系式编制变力弹簧支吊架系列选择表，该表分为五个组列和五个组行，其中：

五个组列自左向右依次包括：

第一组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.25的变力弹簧支吊架相对位移量；

第二组列：为变力弹簧支吊架变形量；

第三组列：为变力弹簧支吊架对应弹簧不同绝对变形量下的荷载，其列数取决于变力弹簧支吊架的规格数；

第四组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.25时不同绝对变形量下的允许热位移量，分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列；

第五组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.35时不同绝对变形量下的允许热位移量，分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列；

五个组行包括：

第一组行为标题行，包括组列、分组列名称和系列号、弹簧规格号；

第二组行为位移量、变形量、荷载、允许热位移量等数值组行；

第三组行为弹簧刚度组行，自上而下分别为系列1、系列2、系列3、系列4对应各弹簧规格的弹簧刚度；

第四组行为吊杆直径行，对应各弹簧规格配置的吊杆直径(mm)；

第五组行为优先数序号行，即每个规格最大变形量下弹簧荷载值的优先数序；

s3：弹簧支吊架的选择，根据所需变力弹簧支吊架的工作荷载、热位移大小和方向，从上述变力弹簧支吊架系列选择表上查找所需的变力弹簧支吊架的完整规格。

作为本发明的一种优选方案，所述变力弹簧为圆柱螺旋弹簧或碟形弹簧。

作为本发明的一种优选方案，所述优先数系列为r8、r10或r20，规格号数为1的最大工作荷载值的优先数序在90-105范围内选取，对于r8系列的np值取5的整数倍，对于r10系列的np值取4的整数倍，对于r20系列的np值取2的整数倍。

作为本发明的一种优选方案，j＝1时，f1，max选用75mm、76mm或80mm。

作为本发明的一种优选方案，步骤s23中所述第一组列包含4列，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1，为变力弹簧支吊架的弹簧相对位移量(变力弹簧支吊架组件标牌的行程)。

作为本发明的一种优选方案，步骤s23中所述第二组列包含4列，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1，为变力弹簧支吊架的弹簧绝对变形量。

作为本发明的一种优选方案，步骤s23中所述第四组列为允许荷载变化系数[fv]≤0.25时不同绝对变形量下的不同绝对变形量下的允许热位移量。分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列。每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4。

作为本发明的一种优选方案，步骤s23中所述第五组列为允许荷载变化系数[fv]≤0.35时不同绝对变形量下的不同绝对变形量下的允许热位移量。分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列。每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4。

作为本发明的一种优选方案，变力弹簧支吊架型号由三位数字组成，第一位是变力弹簧组系列号(弹簧串联数)j，第二、三位是弹簧规格号。

作为本发明的一种优选方案，变力弹簧支吊架选择程序把根据要求的吊零方式z和热位移方向o，进入不同的选择模块，大大缩短要求热态吊零且热位移向下(或冷态吊零且热位移向上)的选择弹簧耗时，同时对要求热态吊零且热位移向上(或冷态吊零且热位移向下)选择的多规格弹簧进行优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的一种完全符合等比数列的变力弹簧支吊架系列，具有极强的规律性，使变力弹簧支吊架选用的规格更加经济、合理，也使计算机软件选用极为简单。

2.本发明提供一种直观、简单、清晰的变力弹簧支吊架规格选择表，只要知道变力弹簧支吊架的工作荷载、热位移大小和方向，就能直接从本发明的规格选择表上迅速查到所需的经济合理的变力弹簧支吊架的完整规格和匹配的连接吊杆直径；也可用本发明的变力弹簧支吊架选用软件，迅速经济合理的给出变力弹簧支吊架的完整规格，使变力弹簧支吊架选用的规格更加经济、合理。

3.本发明提供的变力弹簧支吊架系列的数学模型，使管道应力分析运算时间减少10％以上；提供的变力弹簧支吊架选用的小程序，可让技术人员根据吊架的工作荷载、热位移大小及方向和荷载变化系数要求，用excel轻松选定变力弹簧支吊架规格、安装荷载、安装压缩值(或变形值)、实际荷载变化系数。

4.本发明提供的变力弹簧支吊架选用的小程序，创造性地把根据要求的吊零方式z和热位移方向o，进入不同的选择模块，大大缩短要求热态吊零且热位移向下(或冷态吊零且热位移向上)，的选择弹簧耗时；同时对要求热态吊零且热位移向上(或冷态吊零且热位移向下)选择的多规格弹簧进行优化。

附图说明

图1变力弹簧选择程序框图；

图2r8(90-215)36-75系列弹簧选用表(no.01-no.14)；

图3r8(90-215)36-75系列弹簧选用表(no.15-no.26)；

图4r10(92-224)38-80系列弹簧选用表(no.01-no.17)；

图5r10(92-224)38-80系列弹簧选用表(no.18-no.34)；

图6r20(90-224)38-80系列弹簧选用表(no.01-no.17)；

图7r20(90-224)38-80系列弹簧选用表(no.18-no.34)；

图8r20(90-224)38-80系列弹簧选用表(no.35-no.51)；

图9r20(90-224)38-80系列弹簧选用表(no.52-no.68)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本发明提供一种技术方案：一种变力弹簧支吊架系列参数及其选择方法，包括如下具体步骤：

s1：确定变力弹簧支吊架主要参数的优先数系列的公比和范围，根据确定的变力弹簧支吊架主要参数系列，选择合适的弹簧规格，并对相对次要尺寸作微量调整，即选择的弹簧支吊架参数系列公比一致，包含任一项值的十进倍数和十进分数，并且在最大变形量下的荷载值的优先数序中包含40的整数倍；

s2：编制完整的变力弹簧支吊架系列的特性表，建立与弹簧支吊架的总变形量和位移量一一对应的满足荷载变化系数要求的允许向上和向下的热位移量表；具体的编制方式为：

s21：变力弹簧支吊架在其最大变形量下的荷载系列为：

pi，max＝10^{(np/40+(i-1)/r)}n

式中：pi，max——规格号数为i的变力弹簧最大工作荷载；

r——变力弹簧组采用的优先数系列；

np——规格号数为1的最大工作荷载值的优先数序；

i——规格号数；

规格号数为i的系列j变力弹簧对应的刚度为：

pi，j＝pi，max/fj，max

＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/fj，maxmm/n

式中：j——变力弹簧组系列号(弹簧串联数)，系列号(弹簧串联数)j＝1俗称“短弹簧；

pi，j′——规格号数为i的系列j变力弹簧刚度；

fj，max——变力弹簧组系列j在最大工作荷载下的变形量(最大变形量)，j＝1时，f1，max可选用目前国内外传统的变力弹簧支吊架系列的75mm或76mm(3”)，也可选用80mm；

s22：根据公式δj，max＝fj，max-fj，min≥fj，max(2/(1+[fv])得到不同允许荷载变化系数和不同最大变形量下的变力弹簧组系列的要求最小变形量和变力弹簧行程，并编制成表格；式中：

δj，max为热态吊零且热位移向上或冷态吊零且热位移向下条件下允许热位移量最大时的弹簧变形量；

[fv]为不同的管道系统的变力弹簧支吊架允许荷载变化系数；

s23：根据上述得到的表格以及关系式编制变力弹簧支吊架系列选择表，该表分为五个组列和五个组行，其中：

五个组列自左向右依次包括：

第一组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.25的变力弹簧支吊架相对位移量；

第二组列：为变力弹簧支吊架变形量；

第三组列：为变力弹簧支吊架对应弹簧不同绝对变形量下的荷载，其列数取决于变力弹簧支吊架的规格数；

第四组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.25时不同绝对变形量下的允许热位移量，分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列；

第五组列：为允许荷载变化系数[fv]≤0.35时不同绝对变形量下的允许热位移量，分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列；

五个组行包括：

第一组行为标题行，包括组列、分组列名称和系列号、弹簧规格号；

第二组行为位移量、变形量、荷载、允许热位移量等数值组行；

第三组行为弹簧刚度组行，自上而下分别为系列1、系列2、系列3、系列4对应各弹簧规格的弹簧刚度；

第四组行为吊杆直径行，对应各弹簧规格配置的吊杆直径(mm)；

第五组行为优先数序号行，即每个规格最大变形量下弹簧荷载值的优先数序；

s3：弹簧支吊架的选择，根据所需变力弹簧支吊架的工作荷载、热位移大小和方向，从上述变力弹簧支吊架系列选择表上查找所需的变力弹簧支吊架的完整规格。

进一步的，所述变力弹簧为圆柱螺旋弹簧或碟形弹簧。

进一步的，所述优先数系列为r8、r10或r20，规格号数为1的最大工作荷载值的优先数序在90-105范围内选取，对于r8系列的np值取5的整数倍，对于r10系列的np值取4的整数倍，对于r20系列的np值取2的整数倍。

进一步的，j＝1时，f1，max选用75mm、76mm或80mm。

进一步的，步骤s23中所述第一组列包含4列，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1，为变力弹簧支吊架的弹簧相对位移量(变力弹簧支吊架组件标牌的行程)。

进一步的，步骤s23中所述第二组列包含4列，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1，为变力弹簧支吊架的弹簧绝对变形量。

进一步的，步骤s23中所述第四组列为允许荷载变化系数[fv]≤0.25时不同绝对变形量下的不同绝对变形量下的允许热位移量。分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列。每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4。

进一步的，步骤s23中所述第五组列为允许荷载变化系数[fv]≤0.35时不同绝对变形量下的不同绝对变形量下的允许热位移量。分为“热态吊零”热位移向下(“冷态吊零”热位移向上)和“热态吊零”热位移向上(“冷态吊零”热位移向下)两个分组列。每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4。

进一步的，变力弹簧支吊架型号由三位数字组成，第一位是变力弹簧组系列号(弹簧串联数)j，第二、三位是弹簧规格号。

进一步的，变力弹簧支吊架选择程序把根据要求的吊零方式z和热位移方向o，进入不同的选择模块，大大缩短要求热态吊零且热位移向下(或冷态吊零且热位移向上)的选择弹簧耗时，同时对要求热态吊零且热位移向上(或冷态吊零且热位移向下)选择的多规格弹簧进行优化。

本发明提供一种直观、简单、清晰的变力弹簧支吊架规格选择表，只要知道变力弹簧支吊架的工作荷载、热位移大小和方向，就能直接从本发明的规格选择表上迅速查到所需的经济合理的变力弹簧支吊架的完整规格；也可用本发明的变力弹簧支吊架选用软件，迅速经济合理的给出变力弹簧支吊架的完整规格。具体地：

一种变力弹簧支吊架在其最大变形量下的荷载系列为：

pi，max＝10^{(np/40+(i-1)/r)}n(1)

式中：pi，max——规格号数为i的变力弹簧最大工作荷载；

r——变力弹簧组采用的优先数系列；

np——规格号数为1的最大工作荷载值的优先数序；

i——规格号数；

规格号数为i的系列j变力弹簧对应的刚度为：

pi，j′＝pi，max/fj，max

＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/fj，maxmm/n(2)

式中：j——变力弹簧组系列号(弹簧串联数)，系列号(弹簧串联数)j＝1俗称“短弹簧；

pi，j′——规格号数为i的系列j变力弹簧刚度；

fj，max——变力弹簧组系列j在最大工作荷载下的变形量(最大变形量)，j＝1时，f1，max可选用目前国内外传统的变力弹簧支吊架系列的75mm或76mm(3”)，也可选用80mm；

对于规格号数为i+1的变力弹簧最大工作荷载：

pi+1，max＝10^(np/40+i/r)n

＝pi，max·10^(1/r)n

＝pi，max·qrn(3)

式中：qr——变力弹簧最大工作荷载系列级比，即：

qr＝10(1/r)(4)

由此式可得：

r8系列，qr＝1.333521432；

r10系列，qr＝1.258925412；

r20系列，qr＝1.122018454。

对于规格号数为i+n的变力弹簧最大工作荷载：

pi+n，max＝10^{(np/40+(i+n-1)/r)}n

＝pi，max·10^((n-1)/r)n

＝pi，max·qr^(n-1)n(5)

规格号数为i+n的系列j变力弹簧对应的刚度为：

pi+n，j′＝pi+n，max/fj，maxn/mm

＝pi，j′/qr^(n-1)n/mm(6)

同一荷载可以出现在不同弹簧规格号中，但在荷载的弹簧变形量随着弹簧规格号的增大而减小。变力弹簧最大工作荷载的变形量在加大规格号的变形量如表1所示。

表1不同系列级比、不同弹簧变形量下同一工作荷载在不同规格号中的变形量

假设采用变力弹簧支吊架四个位移(行程)系列(即j＝1、2、3、4)，其对应的弹簧最大变形量和最大位移量(弹簧支吊架限定的位移量)为：

系列1：最大变形量f1，maxmm，

最小变形量f1，minmm

最大位移量δ1，max＝f1，max-f1，minmm；

系列2：最大变形量f2，max＝2f1，maxmm，

最小变形量f2，min＝2f1，mmmm，

最大位移量δ2，max＝2δ1，maxmm；

系列3：最大变形量f3，max＝3f1，maxmm，

最小变形量f3，min＝3f1，minmm，

最大位移量δ3，max＝3δ1，maxmm；

系列4：最大变形量f4，max＝4f1，maxmm，

最小变形量f4，min＝4f1，minmm，

最大位移量δ4，max＝4δ1，maxmm。

则各系列对应的弹簧刚度系列为：

系列1：pi，1’＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/f1，maxn/mm；(7)

系列2：pi，2’＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/(2f1，max)＝pi，1’/2n/mm；(8)

系列3：pi，3’＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/(3f1，max)＝pi，1’/3n/mm；(9)

系列4：pi，4’＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/(f1，max)＝pi，1’/4n/mm。(10)

式中的最小变形量fjmin取决于变力弹簧支吊架组件适应的允许荷变化系数[fv]的大小。

荷载变化系数fv，即：

fv＝|δt|·p’/pj(11)

式中|δt|为热位移的绝对值；

p’为选用变力弹簧支吊架的弹簧刚度；

pj为变力弹簧支吊架的工作荷载。

不同的标准，对不同的管道系统的变力弹簧支吊架允许荷载变化系数[fv]会有不同的要求。对于大多数管道，通常规定[fv]≤0.25；对于不重要管道，有的标准规定[fv]≤0.35。

变力弹簧支吊架允许荷载变化系数下对应的允许热位移量数值与吊零方式及热位移方向有关。如果荷载分配方法采用“热态吊零”(管系在热状态下弹簧附加力为零)且热位移向下(采用“冷态吊零”(管系在冷状态下弹簧附加力为零)且热位移向上)，则系列j允许热位移量与变形量关系的计算公式为：

[δj]＝min([fv]·fj，fj-fj，min)(12)

从上式可以看出：[δj]随着f值增大而增大。在同样工作荷载下，其弹簧变形量f越大，允许热位移量也越大。所以只要找符合工作荷载的最小号弹簧即可。

所以，大于表1中大一号弹簧在pj，max时的变形量值到最大变形量fj，max就是根据荷载选择弹簧规格号的范围。

如果荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”且热位移向下)，则系列j允许热位移量与变形量关系式为：

[δj]＝min([fv]·fj，fjmax-fj)(13)

从上式可以看出：[fv]·fj随着fj值增大而增大，而fjmax-fj则随着fj值减小而减小，因此，[δj]最大值出现在[fv]·fj＝fjmax-fj时，即

fj，[δ]max＝fjmax/(1+[fv])(14)

通常将荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”且热位移向下)允许热位移量最大时的弹簧变形量fj，[δ]max作为变力弹簧支吊架的行程中点，也就是：

fj，min≤fjmax-2(fjmax-fj，[δ]max)

≤fjmax-2(fjmax-fjmax/(1+[fv]))

≤fjmax(2/(1+[fv])-1)

δj，max＝fjmax-fj，min

≥fjmax(2/(1+[fv])(15)

根据上式就可得到表2所列的不同允许荷载变化系数和不同最大变形量下的变力弹簧组系列1的要求最小变形量和变力弹簧行程。

表2允许荷载变化系数和最大变形量对变力弹簧最小变形量要求的影响

根据上述褚关系式，我们可以编制出直观、简单、清晰的《变力弹簧支吊架系列选择表》，供选用这轻松地选择经济合理的变力弹簧支吊架规格。

《变力弹簧支吊架系列选择表》与常规的《变力弹簧支吊架系列表》相比，增加了变力弹簧支吊架变形量(位移量)在一定的允许荷载变化系数下对应的允许热位移量数值；不同弹簧号变力弹簧支吊架选配的吊杆直径以及其最大荷载的优先数序。

《变力弹簧支吊架系列选择表》分为五个组列：

自左向右第一组列为允许荷载变化系数[fv]≤0.25的变力弹簧支吊架相对位移量(变力弹簧支吊架的行程范围)，与常规的《变力弹簧支吊架系列表》相同，第一组列包含4列，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1的变力弹簧支吊架相对位移量；

第二组列为变力弹簧支吊架变形量，自左向右为系列4、系列3、系列2、系列1的变力弹簧支吊架绝对变形量；

第三组列为变力弹簧支吊架对应弹簧不同绝对变形量下的荷载(pi，fj＝pi，j’·fj)，列数取决于变力弹簧支吊架的规格数；

第四组列为许荷载变化系数[fv]≤0.25时不同绝对变形量下的允许热位移量，第四组列分为“热态吊零”热位移向下([δj]＝min(0.25fj，fj-fj，min))和“热态吊零”热位移向上([δj]＝min(0.25fj，fjmax-fj))两个分组列，每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4为不同绝对变形量下的允许热位移量；

第五组列为许荷载变化系数[fv]≤0.35时不同绝对变形量下的允许热位移量，第五组列分为“热态吊零”热位移向下([δj]＝min(0.35fj，fj-fj，min))和“热态吊零”热位移向上([fv]＝min(0.35fj，fjmax-fj))两个分组列，每个分组列包含4列，自左向右为系列1、系列2、系列3、系列4为不同绝对变形量下的允许热位移量。。

《变力弹簧支吊架系列选择表》分为五个组行：

第一组行为标题行，包括组列、分组列名称和系列号、弹簧规格号；

第二组行为位移量、变形量、荷载、允许热位移量等数值组行；

第三组行为弹簧刚度组行，自上而下分别为系列1、系列2、系列3、系列4对应各弹簧规格的弹簧刚度为：

pi，j′＝＝10^{(np/40+(i-1)/r)}/fj，max＝10^(ir/40)/fj，max(16)

其中优先数序号ir＝np+40(i-1)/r；

第四组行为吊杆直径行，对应各弹簧规格配置的吊杆直径，当选定弹簧规格后配置的吊杆直径就一目了然；

第五组行为优先数序号(ir)行，也就是每个规格最大变形量下弹簧荷载值的优先数序。

变力弹簧支吊架型号由三位数字组成：第一位是弹簧最大变形量系列数j(弹簧串联数)；第二、三位是弹簧规格号。

从《变力弹簧支吊架系列选择表》附图2-附图9可以看出：同一工作荷载、同一热位移大小和方向和同一允许荷载变化系数下，可以有多于一个弹簧号和串联数可以选择。从经济合理选择变力弹簧支吊架规格出发，首先，串联数越小越好，同一规格号的弹簧，弹簧的高度接近串联数的倍数，这不仅会成倍增加变力弹簧支吊架总高度、重量、造价和占用空间位置，显然既不经济又不合理；其次，在同一串联数下，规格号越小，其变力弹簧支吊架总高度、重量、造价和占用空间位置也越小，而且因其弹簧刚度小，管道在热位移过程中变力弹簧支吊架对管道产生的附加力也越小。

对于采用“热态吊零”且热位移向下(采用“冷态吊零”且热位移向上)而言，“热态吊零”的冷态荷载(“冷态吊零”的热态荷载)均小于工作荷载(支吊点的分配荷载)，所以只要从附图2-附图9中找到满足工作荷载的最小弹簧号，然后查满足热位移值的串联数即可。

对于采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”且热位移向下)而言，“热态吊零”的冷态荷载(“冷态吊零”的热态荷载)均大于工作荷载(支吊点的分配荷载)，所以从附图2-附图9中找到满足工作荷载的最小弹簧号其不一定满足热位移值，需要查找铰大号的弹簧号。对于r8系列可以找到大1到2号弹簧，对于r10系列可以找到大2到3号弹簧，对于r20系列可以找到大5到6号弹簧。但随着弹簧号的增大，对应工作荷载的变形量变小。而对于采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”且热位移向下)而言，弹簧允许最大热位移量出现在弹簧最大变形量和最小变形量之间的某一个值，它的大小和弹簧最大变形量与允许荷载变化系数有关，即：

fδmax＝fmax/(1+[fv])(17)

当工作荷载下的弹簧变形量大于fδmax时，允许热位移量反而随着弹簧变形量变小而增加；当工作荷载下的弹簧变形量小于fδmax后，允许热位移量反而随着弹簧变形量变小而减小。

所以，尽管对于r10系列或r20系列可找到大2到3号甚至5到6号符合工作荷载的弹簧，但对应变形量接近或小于弹簧允许最大热位移量的变形量值的弹簧号也只有2-3个。

因此，根据上述的选择思路，很容易按照工作荷载、热位移大小和方向及允许荷载变化系数，从《变力弹簧支吊架系列选择表》(附图2-附图9)选择到合适的弹簧号和系列数(即弹簧串联数)。“热态吊零”的冷态荷载和对应的弹簧变形量(“冷态吊零”的热态荷载和对应的弹簧变形量)，可根据上下相邻数值用内插法求得其近似值。

实施例2：为了更便捷选择变力弹簧支吊架并得到更精确的数据，本发明编制了《变力弹簧支吊架选择程序》，其流程图见附图1。

具体地，变力弹簧支吊架选择程序的数据库存有多种常用的变力弹簧支吊架系列的主要参数供选用。

首先，在输入工程代号、管线代号和支吊点编号后，输入选用的变力弹簧系列方案代码ty、允许荷载变化系数[fv]、吊零方式z、支吊点工作荷载pj、支吊点垂直热位移值|δyt|和热位移方向o。

然后，进行变力弹簧支吊架选择的预处理：根据输入条件，初判是否适合选用变力弹簧。如果不适合选用变力弹簧，则程序终止，否则进入下一步。

其后，根据要求的吊零方式z和热位移方向o，进入不同的选择模块：

1.对于要求热态吊零且热位移向下(或冷态吊零且热位移向上)，即zo＝-1，则：

a.根据支吊点工作荷载pj直接从变力弹簧系列方案的数据库中确定选定的变力弹簧规格号i；

b.根据确定的变力弹簧规格号i的系列1弹簧符合允许荷载变化系数[fv]的允许热位移量，计算满足满足支吊点垂直热位移值|δyt|所需的弹簧串联数j；

c.如果所需的弹簧串联数j超出变力弹簧系列方案的最大系列数(例如jmax＝4)，则程序显示“选不到合适的变力弹簧”，终止运行，否则给出选定的变力弹簧型号no.、热态荷载ph、冷态荷载pc、热态变形量fh、冷态变形量fc和实际荷载变化系数fv。

2.对于要求热态吊零且热位移向上(或冷态吊零且热位移向下)即zo＝1，则：

a.根据支吊点工作荷载pj和支吊点垂直热位移值|δyt|，初选变力弹簧规格号i0，并求得该规格弹簧在支吊点工作荷载pj和许荷载变化系数[fv]的允许热位移量；

b.计算比初选变力弹簧规格号i0大一号i1弹簧在支吊点工作荷载pj和许荷载变化系数[fv]的允许热位移量；

c.比较两个规格号弹簧的允许热位移量，确定优选的变力弹簧规格号，并计算计算满足满足支吊点垂直热位移值|δyt|所需的弹簧串联数j；

d.如果所需的弹簧串联数j超出变力弹簧系列方案的最大系列数(例如jmax＝4)，则程序显示“选不到合适的变力弹簧”，终止运行，否则给出选定的变力弹簧型号no.、热态荷载ph、冷态荷载pc、热态变形量fh、冷态变形量fc和实际荷载变化系数fv。

实施例3：针对国内外现有的圆柱螺旋弹簧变力支吊架系列改进的r8优先数派生系列。

如附图2、附图3所示(因篇幅所限，不得不把《r8(90-215)36-75系列弹簧选用表》分割成附图2和附图3两个表，即将弹簧选用表的第三组列分为弹簧号01-14和15-26分别列入附图2和附图3两个表内)；具体地，一种圆柱螺旋弹簧变力支吊架在最大变形量下的荷载系列采用r8优先数派生系列，对应的最大荷载级比qr＝1.333521432；规格号数为01的最大工作荷载值为177.8n，对应的的优先数序np为90；规格号数最大为26，其最大工作荷载值为237137n，对应的优先数序为215；短弹簧(弹簧串联数为1)的最小变形量和最大变形量分别为36mm和75mm；变力支吊架系列最大串联数为4。

pimax＝10^(90/40+i/8)n

中：i——规格号数，本实施例采用26个规格系列，即01-26；

假设采用四个位移(行程)系列，其对应的最大变形量和最大位移量为：

系列1：最小变形量f1min＝36mm，最大变形量f1max＝75mm；

系列2：最小变形量f2min＝72mm，最大变形量f2max＝150mm；

系列3：最小变形量f3min＝108mm，最大变形量f3max＝225mm；

系列4：最小变形量f4min＝144mm，最大变形量f4max＝300mm。

对应的刚度系列为：

系列1：pi1’＝10^(90/40+i/8)/75n/mm；

系列2：pi2’＝10^(90/40+i/8)/150n/mm；

系列3：pi3’＝10^(90/40+i/8)/225n/mm；

系列4：pi4’＝10^(90/40+i/8)/300n/mm。

假设变力弹簧支吊架的工作荷载为10000n，管道在支吊点处的热位移为向下19mm。

如果采用“热态吊零”的荷载分配方法，因热位移向下，则变力弹簧支吊架整定荷载(即冷态荷载)小于工作荷载。从附图3中可以看到弹簧号15、16、17都可能选用，当然选用15号弹簧最合适。沿着10000n，向右查得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为26.25mm，能满足向下热位移19mm的要求，变力弹簧支吊架的型号选用115即可，变力弹簧支吊架在工作荷载(整定荷载)下的变形量为75mm，在冷态荷载(整定荷载)下的变形量为75mm-19mm＝56mm，对应的冷态荷载从附图2可查得7467n；在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量为18.75mm，满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为215，变力弹簧支吊架在工作荷载(整定荷载)下的变形量为150mm，在冷态荷载(整定荷载)下的变形量为150mm-19mm＝131mm，对应的冷态荷载从附图2可查得130mm时为8667n，132mm时为8800n，用内插法求得为8733.5n。

如果采用“冷态吊零”的荷载分配方法，因热位移向下，则变力弹簧支吊架整定荷载大于工作荷载。所以弹簧号15不能满足要求，只有弹簧号16、17可能选用。从附图3的弹簧号16的一列中找到的10000n介于9957n和10135n之间，此时系列1弹簧的变形量56mm和57mm，再向右查得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量在19mm和18mm之间；在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量在14mm和14.25mm之间，均满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为216。此时系列2弹簧的变形量112mm和114mm之间，用内插法求得在工作荷载(整定荷载)下弹簧变形量为112.04mm，弹簧在热态下的变形量为131.04mm，对应的热态荷载为11649n。从附图3看到：弹簧号17荷载在10000n时的允许热位移量比弹簧号16小，故不予考虑。

实施例4：为了使螺旋弹簧变力支吊架选用的规格更加经济，可将在最大变形量和最大位移量下的荷载系列加密。

如附图4、5所示(因篇幅所限，不得不把《r10(92-224)38-80系列弹簧选用表》分割成附图4和附图5两个表，即将弹簧选用表的第三组列分为弹簧号01-17和18-34分别列入附图4和附图5两个表内)，具体地，一种圆柱螺旋弹簧变力支吊架在最大变形量下的荷载系列采用r10优先数系列，对应的最大荷载级比qr＝1.258925；规格号数为01的最大工作荷载值为199.5n，对应的的优先数序np为92；规格号数最大为34，其最大工作荷载值为398107n，对应的优先数序为224；短弹簧(弹簧串联数为1)的最小变形量和最大变形量分别为38mm和80mm；变力支吊架系列最大串联数为4

pimax＝10^(92/40+i/10)n

式中：i——规格号数，本实施例采用34个规格系列，即01-34。

假设采用四个位移(行程)系列，其对应的最大变形量和最大位移量为：

系列1：最小变形量f1min＝38mm，最大变形量f1max＝80mm；

系列2：最小变形量f2min＝76mm，最大变形量f2max＝160mm；

系列3：最小变形量f3min＝114mm，最大变形量f3max＝240mm；

系列4：最小变形量f4min＝152mm，最大变形量f4max＝320mm。

其对应刚度系列为：

系列1：pi1’＝10^(92/40+i/10)/80n/mm；

系列2：pi2’＝10^(92/40+i/10)/160n/mm；

系列3：pi3’＝10^(92/40+i/10)/240n/mm；

系列4：pi4’＝10^(92/40+i/10)/320n/mm。

如果荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”热位移向下)，则热位移与变形量关系的计算公式为：

δ＝min([fv]·f，80-f)；

如果荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向下(采用“冷态吊零”热位移向上)，则热位移与变形量关系的计算公式为：

δ＝min([fv]·f，f-38)

假设变力弹簧支吊架的工作荷载为10000n，管道在支吊点处的热位移为向下19mm。

如果采用“热态吊零”的荷载分配方法，则变力弹簧支吊架整定荷载为冷态荷载，且因热位移向下，则冷态荷载小于工作荷载。从附图5中可以看到弹簧号18-21都可能选用，当然选用18号弹簧最合适。沿着10000n，向右查得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量为20mm；在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为28mm，均能满足向下热位移19mm的要求，变力弹簧支吊架的型号选用118即可，变力弹簧支吊架在工作荷载(整定荷载)下的变形量为80mm，在冷态荷载(整定荷载)下的变形量为80mm-19mm＝61mm，对应的整定荷载为7625n。

如果采用“冷态吊零”的荷载分配方法，因热位移向下，则变力弹簧支吊架整定荷载大于工作荷载。所以弹簧号18不能满足要求，只有弹簧号19-21都可能选用。从附图5的弹簧号19的一列中找到的10000n介于9914n和10071n之间，用内插法求得10000n的变形量为63.02mm，向右查并用内插法求得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为16.98mm；在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量为15.76mm，均满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为219；同样，查附图5并用内插法，可得到变力弹簧支吊架热态的变形量和荷载分别为145.04mm和11412n。

实施例5：将实施例4的荷载系列改用r20优先数系列。

如附图6-9所示(因篇幅所限，不得不把《r20(90-224)38-80系列弹簧选用表》分割成附图6、附图7、附图8和附图9四个表，即将弹簧选用表的第三组列分为弹簧号01-17、18-34、35-51和52-68分别列入附图6、附图7、附图8和附图9四个表内)，具体地，一种圆柱螺旋弹簧变力支吊架在最大变形量下的荷载系列采用r20优先数系列，对应的最大荷载级比qr＝1.122018；规格号数为01的最大工作荷载值为177.8n，对应的的优先数序np为90；规格号数最大为68，其最大工作荷载值为398107n，对应的优先数序为224；短弹簧(弹簧串联数为1)的最小变形量和最大变形量分别为38mm和80mm；变力支吊架系列最大串联数为4。

具体地，一种弹簧变力支吊架在最大变形量和最大位移量下的荷载系列为：

pimax＝10^(90/40+i/20)n

式中：i——规格号数，本实施例采用68个规格系列，即01-68；

假设采用四个位移(行程)系列，其对应的最大变形量和最大位移量可为：

系列1：最小变形量f1min＝38mm，最大变形量f1max＝80mm；

系列2：最小变形量f2min＝76mm，最大变形量f2max＝160mm；

系列3：最小变形量f3min＝114mm，最大变形量f3max＝240mm；

系列4：最小变形量f4min＝152mm，最大变形量f4max＝320mm。

其对应刚度系列为：

系列1：pi1’＝10^(92/40+i/20)/80n/mm；

系列2：pi2’＝10^(92/40+i/20)/160n/mm；

系列3：pi3’＝10^(92/40+i/20)/240n/mm；

系列4：pi4’＝10^(92/40+i/20)/320n/mm。

如果荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向上(采用“冷态吊零”热位移向下)，则热位移与变形量关系的计算公式为：

δ＝min([fv]·f，80-f)；

如果荷载分配方法采用“热态吊零”且热位移向下(采用“冷态吊零”热位移向上)，则热位移与变形量关系的计算公式为：

δ＝min([fv]·f，f-38)

实际上，实施例5与实施例4相比，对应的最大荷载级比1.122018，是实施例4的qr＝1.258925约一半，规格数68是实施例4规格数34的一倍。也就是说，实施例5的全部偶数弹簧号除以2，就是实施例4的全部弹簧号。

假设变力弹簧支吊架的工作荷载为10000n，管道在支吊点处的热位移为向下19mm。

如果采用“热态吊零”的荷载分配方法，则变力弹簧支吊架整定荷载为冷态荷载，且因热位移向下，则冷态荷载小于工作荷载。从附图8中可以看到弹簧号36-42都可能选用。当然选用36号弹簧最合适。沿着10000n，向右查得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量为20mm；在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为28mm。选用变力弹簧支吊架的型号为136。同样，查附图8并用内插法，可得到变力弹簧支吊架冷态的变形量和荷载分别为61mm和7625n。

如果采用“冷态吊零”的荷载分配方法，因热位移向下，则变力弹簧支吊架整定荷载大于工作荷载。所以弹簧号36不能满足要求，只有弹簧号37～42都可能选用。从附图8的弹簧号37的一列中找到的10000n介于9958n和10098n之间，向右查得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35和0.25时，允许向下热位移量均在9mm和8mm之间，满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为337；弹簧号38的一列中找到的10000n介于9914n和10071n之间，用内插法求得10000n的变形量为63.02mm，向右查并用内插法求得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为16.98mm1；在允许荷载变化系数[fv]为0.25时允许向下热位移量为15.76mm，均满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为238；弹簧号39的一列中找到的10000n介于9888n和10064n之间，用内插法求得10000n的变形量为56.02mm，向右查并用内插法求得系列1在允许荷载变化系数[fv]为0.35时允许向下热位移量为19.62mm；满足向下热位移19mm的要求，变力弹簧支吊架的型号为139；而在允许荷载变化系数[fv]为0.25时，允许向下热位移量为14.02mm，满足不了向下热位移19mm的要求，只能增加弹簧的串联数，即变力弹簧支吊架的型号为239。弹簧号40的一列中找到的10000n介于9906n和10104n之间，用内插法求得10000n的变形量为50.02mm，但允许向下热位移量均比弹簧号39小，故不予选用。

归纳起来，变力弹簧支吊架的工作荷载为10000n，管道在支吊点处的热位移为向下19mm，且采用“冷态吊零”的荷载分配方法，在允许荷载变化系数[fv]为0.25时，则可选用的变力弹簧支吊架的型号可以是337、238、239，其中以型号238最为经济合理，查附图8并用内插法，可得到变力弹簧支吊架热态的变形量和荷载分别为145.04mm和11412n；在允许荷载变化系数[fv]为0.35时，则可选用的变力弹簧支吊架的型号可以是337、238、139，其中以型号139最为经济合理，查附图8并用内插法，可得到变力弹簧支吊架热态的变形量和荷载分别为75.02mm和13335n。

可以发现：实施例5和实施例4相比，仅仅将荷载系列由改r10改为r20优先数系列。实施例5的全部偶数弹簧号除以2，就是实施例4的全部弹簧号。因此，多数情况下，在同一参数下选择的变力弹簧支吊架实际规格尺寸是一样的，实施例中工作荷载和热位移大小及方向，如果采用“热态吊零”的荷载分配方法选择的弹簧号实施例5和实施例4分别是136和118，36除以2就是18；如果采用“热态吊零”的荷载分配方法选择，且允许荷载变化系数[fv]为0.25，实施例5和实施例4选择的弹簧号分别是238和219，38除以2就是19，串联数同样是2；如果采用“热态吊零”的荷载分配方法选择，且允许荷载变化系数[fv]为0.35，实施例3和实施例2选择的弹簧号分别是139和219，实施例3串联数为1，实施例2串联数为2，尽管实施例3弹簧号大一号，但变力弹簧支吊架的重量和高度都比实施例4小，显得更为经济。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。