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摘要：排烟管因其高温高振动的特性，使得管路要设计成具有足够弹性的布置，以在发动机工作的过程中顺利排烟。若排烟管设计不善，轻则造成返工，影响发动机的动车，重则在使用过程中造成断裂，引发危险事故。故排烟管的弹性设计是至关重要的。本文努力在有限篇幅内对排烟管设计进行优化探讨，以期起到抛砖引玉的效果。
关键词：海工；排烟管；弹性；膨胀节
与船舶不同，船舶通常在尾部会有烟囱，主要用来安装主机、发电机、锅炉等设备的排烟管，但是圆筒形FPSO由于空间所限，一般是没有烟囱的。那么，圆筒形FPSO的排烟管的布置从有利的方面来说，是布置更加自由了，若从不利的方面来说，是布置的难度更加大了。这就造成了不同的平台，排烟管的布置完全不同，有的平台仍然努力使排烟管向上走，从而使烟气比较顺畅的排入大气；也有的平台不得不把排烟管先是水平走，然后把烟气朝下方排入大气等等。总之，圆筒形FPSO的排烟管在布置上环境更加复杂，需要考虑的因素更多，也就给设计及安装带来了诸多问题，特别是现在的发动机对NOx排放要求高了，都要满足 IMO NOx Tier III，需要添加SCR或相当的装备，这些设备通常尺寸比较大，布置起来就更加不便了。
设计伊始，需要对照着总布置图和机舱布置图，并观察已建好的结构模型，大致找好排烟管的走向路径，然后确定火星熄灭器或消音器及SCR或同等设备的位置，然后把排烟管路模型初步建好，再根据模型的走向尺寸计算出排烟管产生的总排气背压值，若不满足厂商要求，则需修改走向，若满足厂商要求。则进行干涉检查，完毕后就到了我们需要详细描述的弹性布置阶段了。
因发动机排气温度较高（一般400℃左右），设计室必须注意管子的熱膨胀。钢管的线性膨胀率一般趣味α=11.7X10-8m/（m·K），也就是每升高100K管子将伸长约1.2mm/m。为此，必须在排烟管中装设膨胀节。一般按照国家标准采用不锈钢材质的波形膨胀节。在对膨胀节进行选型时，必须使膨胀节的允许膨胀量大于该段管子的可能最大膨胀量。并且根据膨胀节的具体特性，有时也可考虑一定的与压缩性。发动机在工作时，排烟管主要受因烟气的高温而产生的热膨胀外，受到发动机运转引起的脉冲振动。优秀的解决方案，需要利用不锈钢波纹膨胀节、弹性吊架、减振支承、滑动支架、固定支架等进行良好的配合方能做到。怎样配合呢？我们将在本文通过举例计算的方式进行详细论述：
1 发动机增压器排气出口需要装一个膨胀节，并且在每一段管子，不管是水平或者竖直的管子上，都预放一个膨胀节。如图一。图二为图一的“A-A”视图。
2 开始对每段管子上的膨胀节进行补偿量计算。我们以“膨胀节3”为例。这里排烟的温度是386℃，环境最低气温为 -7℃。
这里又分为两种情况，恰好可以解释为什么要有“固定支架3”和“固定支架4”。
①若无“固定支架3”和“固定支架4”，则“膨胀节3”将会受到“膨胀节2”和“膨胀节4”之间的S型管子的挤压，见图三示意。
查国家标准GB/T12522-2009得知，AS300的膨胀节（5个波纹）最大总位移是?x=14.7mm，?y=64.3mm，
看到这里，千万不要以为是该膨胀节的位移量满足要求！这是因为标准中给出的最大位移量是单位移量，也就是说?x只有在?y为0时才能达到最大值。那么，应该怎么知道膨胀节是否满足要求呢？我们可以利用三角画图法，这是最方便快速的方法了。如图四。
可以看到，当膨胀节径向位移量?x=11.9mm时，膨胀节的轴向位移量?y只能达到12.5mm，远小于计算值20.6mm。故，此方案不能满足要求。
现在，我们加上“固定支架3”和“固定支架4”，使“膨胀节2”和“膨胀节4”所在的管段产生的膨胀位移分别由“膨胀节2”和“膨胀节4”吸收。如此一来，在固定支架的限制下，前后管段产生的变形不再传递到“膨胀节3”上面，“膨胀节3”仅受到轴向变形而产生?y位移量及两个弯头产生的几乎可以忽略不计的?x位移量。见图五。
同理，按照上文公式可以计算出?x=3.1mm，?y=12.9mm。按位移量画图计算法，见图六。
可以看到，当膨胀节位移量?x=3.1mm时，?y可以达到50.9mm，远远大于计算值12.9mm，故该方案通过。
重复此过程，可以计算出每段管子采用的膨胀节布置是否能够满足要求。
3 有膨胀节的地方，最好配合一个固定支架，和一个弹性吊架。固定支架起到限制位移量发生方向的作用，弹性吊架除起到减震、位移作用外，还可以承受管子的重量，避免脆弱的膨胀节承受管子的重量。固定支架的必要性，也通过上文的计算得到了证实。
4 弹性支承主要用于减振、承受管子重量，并有竖直方向上的少量位移量（约5～10mm）。一般在设计时不考虑其位移量，只用来承受管子重量和减振。如图七。
5 竖直的管子可以连续使用大位移弹性吊架。
不过要注意的是，在这种情况下，位移量是沿着排烟的方向叠加的，按照本文的图二布置，最上面的一个大位移弹性吊架处产生的位移量?y已经叠加到60mm。如管子过长，位移量超过弹性吊架的许可值时，则必须添加膨胀节，当然，在添加膨胀节时，必须在膨胀节上方一点的位置加一套弹性支承，以避免管子重量加持在膨胀节上。这一点需注意！大位移弹性吊架见图八。
6 自由端的管路不必考虑位移量，可以使用滑动支架，让最后一段管路自由滑动即可。滑动支架很简单，可以自己设计，自己加工，起到节省费用的作用。见图九。
总之，排烟管的布置正确与否，与发动机动车息息相关，一旦出现问题，发动机的运转将受到影响。故排烟管在压降计算通过后，务必仔细进行膨胀量计算，并据此设置合理的膨胀节，灵活搭配固定支架、弹性吊架、弹性支承等配件，做到万无一失方能保证整个平台的动力受到充足的保障。
参考文献：
[1]中国船舶工业总公司 船舶设计实用手册：轮机分册 [M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T12522-2009不锈钢膨胀节[S].北京：中国标准出版社，2009.
关键词：海工；排烟管；弹性；膨胀节
与船舶不同，船舶通常在尾部会有烟囱，主要用来安装主机、发电机、锅炉等设备的排烟管，但是圆筒形FPSO由于空间所限，一般是没有烟囱的。那么，圆筒形FPSO的排烟管的布置从有利的方面来说，是布置更加自由了，若从不利的方面来说，是布置的难度更加大了。这就造成了不同的平台，排烟管的布置完全不同，有的平台仍然努力使排烟管向上走，从而使烟气比较顺畅的排入大气；也有的平台不得不把排烟管先是水平走，然后把烟气朝下方排入大气等等。总之，圆筒形FPSO的排烟管在布置上环境更加复杂，需要考虑的因素更多，也就给设计及安装带来了诸多问题，特别是现在的发动机对NOx排放要求高了，都要满足 IMO NOx Tier III，需要添加SCR或相当的装备，这些设备通常尺寸比较大，布置起来就更加不便了。
设计伊始，需要对照着总布置图和机舱布置图，并观察已建好的结构模型，大致找好排烟管的走向路径，然后确定火星熄灭器或消音器及SCR或同等设备的位置，然后把排烟管路模型初步建好，再根据模型的走向尺寸计算出排烟管产生的总排气背压值，若不满足厂商要求，则需修改走向，若满足厂商要求。则进行干涉检查，完毕后就到了我们需要详细描述的弹性布置阶段了。
因发动机排气温度较高（一般400℃左右），设计室必须注意管子的熱膨胀。钢管的线性膨胀率一般趣味α=11.7X10-8m/（m·K），也就是每升高100K管子将伸长约1.2mm/m。为此，必须在排烟管中装设膨胀节。一般按照国家标准采用不锈钢材质的波形膨胀节。在对膨胀节进行选型时，必须使膨胀节的允许膨胀量大于该段管子的可能最大膨胀量。并且根据膨胀节的具体特性，有时也可考虑一定的与压缩性。发动机在工作时，排烟管主要受因烟气的高温而产生的热膨胀外，受到发动机运转引起的脉冲振动。优秀的解决方案，需要利用不锈钢波纹膨胀节、弹性吊架、减振支承、滑动支架、固定支架等进行良好的配合方能做到。怎样配合呢？我们将在本文通过举例计算的方式进行详细论述：
1 发动机增压器排气出口需要装一个膨胀节，并且在每一段管子，不管是水平或者竖直的管子上，都预放一个膨胀节。如图一。图二为图一的“A-A”视图。
2 开始对每段管子上的膨胀节进行补偿量计算。我们以“膨胀节3”为例。这里排烟的温度是386℃，环境最低气温为 -7℃。
这里又分为两种情况，恰好可以解释为什么要有“固定支架3”和“固定支架4”。
①若无“固定支架3”和“固定支架4”，则“膨胀节3”将会受到“膨胀节2”和“膨胀节4”之间的S型管子的挤压，见图三示意。
查国家标准GB/T12522-2009得知，AS300的膨胀节（5个波纹）最大总位移是?x=14.7mm，?y=64.3mm，
看到这里，千万不要以为是该膨胀节的位移量满足要求！这是因为标准中给出的最大位移量是单位移量，也就是说?x只有在?y为0时才能达到最大值。那么，应该怎么知道膨胀节是否满足要求呢？我们可以利用三角画图法，这是最方便快速的方法了。如图四。
可以看到，当膨胀节径向位移量?x=11.9mm时，膨胀节的轴向位移量?y只能达到12.5mm，远小于计算值20.6mm。故，此方案不能满足要求。
现在，我们加上“固定支架3”和“固定支架4”，使“膨胀节2”和“膨胀节4”所在的管段产生的膨胀位移分别由“膨胀节2”和“膨胀节4”吸收。如此一来，在固定支架的限制下，前后管段产生的变形不再传递到“膨胀节3”上面，“膨胀节3”仅受到轴向变形而产生?y位移量及两个弯头产生的几乎可以忽略不计的?x位移量。见图五。
同理，按照上文公式可以计算出?x=3.1mm，?y=12.9mm。按位移量画图计算法，见图六。
可以看到，当膨胀节位移量?x=3.1mm时，?y可以达到50.9mm，远远大于计算值12.9mm，故该方案通过。
重复此过程，可以计算出每段管子采用的膨胀节布置是否能够满足要求。
3 有膨胀节的地方，最好配合一个固定支架，和一个弹性吊架。固定支架起到限制位移量发生方向的作用，弹性吊架除起到减震、位移作用外，还可以承受管子的重量，避免脆弱的膨胀节承受管子的重量。固定支架的必要性，也通过上文的计算得到了证实。
4 弹性支承主要用于减振、承受管子重量，并有竖直方向上的少量位移量（约5～10mm）。一般在设计时不考虑其位移量，只用来承受管子重量和减振。如图七。
5 竖直的管子可以连续使用大位移弹性吊架。
不过要注意的是，在这种情况下，位移量是沿着排烟的方向叠加的，按照本文的图二布置，最上面的一个大位移弹性吊架处产生的位移量?y已经叠加到60mm。如管子过长，位移量超过弹性吊架的许可值时，则必须添加膨胀节，当然，在添加膨胀节时，必须在膨胀节上方一点的位置加一套弹性支承，以避免管子重量加持在膨胀节上。这一点需注意！大位移弹性吊架见图八。
6 自由端的管路不必考虑位移量，可以使用滑动支架，让最后一段管路自由滑动即可。滑动支架很简单，可以自己设计，自己加工，起到节省费用的作用。见图九。
总之，排烟管的布置正确与否，与发动机动车息息相关，一旦出现问题，发动机的运转将受到影响。故排烟管在压降计算通过后，务必仔细进行膨胀量计算，并据此设置合理的膨胀节，灵活搭配固定支架、弹性吊架、弹性支承等配件，做到万无一失方能保证整个平台的动力受到充足的保障。
参考文献：
[1]中国船舶工业总公司 船舶设计实用手册：轮机分册 [M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T12522-2009不锈钢膨胀节[S].北京：中国标准出版社，2009.