浅析如何降低机舱排烟管路热应力

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(南通中远川崎船舶工程有限公司,江苏 南通 226005)

柴油机船舶的机舱排烟管路将主机、发电机、锅炉、焚烧炉等燃气设备产生的废气输送至烟囱，排向大气，由于废气含有大量热，所以排烟管路要承受由此产生的热应力。燃气设备有一定的强度极限，对热应力的承受范围是有限度的。解决的办法，通常是在排烟管路上设置金属波纹管膨胀节，吸收管路的热变形，消除应力。但笔者在设计过程中发现，部分设备热应力限制要求比较高，有必要对管路、设备的应力情况进行分析。

1 案例

以某型船舶主机涡轮增压器为例。要求作用在接口法兰面上的轴向反力F1、F2不大于22 kN。

F1=(mü+mk/2)(a+g)+F1k

(1)

F2=(mü+mk/2)a+F2k

(2)

式中：mü——增压器出口方接圆质量，mü=525 kg；

mk——膨胀节质量，mk=690 kg；

a——最大许可振动加速度,a=1.5 g；

g——重力加速度；

F1k、F2k——膨胀节轴向反力。

增压器出口排烟管通径2 000 mm，布置见图1。

考虑到实际布置时，增压器与竖直方向成15°角。F1k的最大值为975 N，F2k的最大值为4 711 N。膨胀节的轴向位移量为29 mm，横向位移量11 mm。

图1 增压器出口排烟管布置

则轴向整体刚度只有33.7 N/mm，横向整体刚度为428.3 N/mm。

上述轴向刚度和横向刚度值，尤其是轴向刚度，对于通径2 000 mm、长度限制在1 200 mm左右的普通复式U形无加强波纹管膨胀节，要求还是比较高的。

一方面，设备的应力限制应有一个合理的范围。应力小，对设备的运行安全、降低重量、减少成本是有帮助的。但另一方面也要考虑船舶排烟管路的实际布置情况。

为对船厂排烟管路进行合理布置、对膨胀节设计的细化分析，研究减小设备所受管路应力，同时兼顾管路布置的简洁，保证其内部烟气排放流畅、阻力小，且燃气设备有较高的工作效率，从船厂方面展开讨论。……