基于CAESARⅡ的排气系统管道热补偿设计

秦峥嵘，曹庆宇，徐升，刘元周

（沈阳发动机设计研究所，沈阳 110015）

0 引言

管道输送介质或管道所处环境经常会遇到温度变化，此时管道出现热胀冷缩现象。这样的尺寸变化必须采取一定的方式进行补偿，否则将会在管道内壁产生很高的应力，因此在管道系统设计中需要对所设计的管道采取相应的热补偿设计[1-2]。

在管道补偿设计中，自然补偿是一种最经济的补偿方式，这种补偿的主要原理是针对管道的位移变形，利用管道自然弯曲形状所具有的柔性来补偿，当这种补偿不能满足要求时，通常应考虑设置膨胀节，本文以航空发动机某试验器排气系统为例详细介绍管道的热补偿设计，并利用仿真软件CAESARⅡ验证该补偿设计的正确性。

1 排气系统

1.1 排气系统组成

排气系统布置如图1所示，该系统主要由排气管道、阀门、膨胀节、排气蜗壳、换热器、管路支架等组成。

图1 排气布置图

其中，排气系统管道主要由排气蜗壳出口管道、直排大气管道、换热器进口管道及预留管道组成，排气系统管道规格如表1所示。管道材料采用06Cr19Ni10（304不锈钢），设计温度250 ℃，设计压力（0.02～0.11）MPa（A），管道介质为空气。

表1 排气系统管道规格

1.2 排气系统支架布置

排气系统中共有固定支架3个，滑动导向支架/托架4个，滚动导向支架1个，其中认为滚动导向支架为滑动支架的其中一种类型，支架安装位置如表2所示。

表2 排气系统支架名称及类型

2 管道热补偿设计

2.1 热补偿原则

在管道设计时，优先选用自然补偿器（L形和Z形补偿器等）；……