排氣蝸殼

在燃氣發生器與自由渦輪之間需用一個具有擴散度的擴散機匣相聯，在自由渦輪採用後輸出軸輸出功率時，工作後的燃氣需用特殊的排氣蝸殼排出。

基本介紹

• 中文名：排氣蝸殼
• 外文名：Exhaust volute
• 學科：航空工程
• 領域：航空
• 作用：排氣

簡介

在燃氣發生器與自由渦輪之間需用一個具有擴散度的擴散機匣相聯，在自由渦輪採用後輸出軸輸出功率時，工作後的燃氣需用特殊的排氣蝸殼排出。

排氣蝸殼的設計

排氣蝸殼的設計應注意三點：

（1）應儘可能減少氣體在蝸殼中的流動損失，使蝸殼的外形尺寸達到預定的擴壓要求。

（2）蝸殼的結構應滿足重量輕、剛性好。流過蝸殼的氣流不會引起蝸殼鋼板的振動。

（3）應滿足燃機使用現場的排氣方向要求，確定蝸殼排氣口的方向，使之能方便地變換方向。

設計排氣蝸殼時要考慮氣動和工藝兩方面的要求，儘量達到氣體流動損失小、氣流均勻，然後再考慮蝸殼的加工工藝性，力求工藝簡單、形狀不複雜、好加工。

因渦輪內、外氣體的壓差很小，對蝸殼的作用力也小，此類蝸殼可用薄鋼板焊接。對於大中型燃機，排氣蝸殼尺寸較大，常將其分為兩個部分：安裝在蝸殼內的擴壓機匣和排氣蝸殼。排氣蝸殼不承力，尺寸較大，而擴壓機匣承力，但尺寸較小，而且結構簡單，一般鑄造成形。

排氣蝸殼的組成

一般的排氣蝸殼由環向流道和周向流道組成。

環向流道為擴壓器，氣體在其中完成所需的擴壓要求，然後流入周向流道由排氣口排出。周向流道起導向作用，上部應能均勻地收集擴壓器流出來的氣體，使擴壓器中各處氣流均勻，這樣就可獲得好的擴壓效率。

環向流道與周向流道之間過渡面的變化直接影響氣流的流速穩定與否。排氣蝸殼的擴壓器通常採用兩個圓錐形壁面形成的擴壓通道，其擴壓角控制在10°~20°之內，這種直線型擴壓器的結構簡潔，加工方便，擴壓效果很好，唯一的缺點是軸向尺寸偏大。

還有一些機組為了縮短擴壓器的軸向尺寸，採用轉角度的擴壓器，這種形式的擴壓器加工工藝較麻煩，而且使排氣蝸殼的徑向尺寸變得偏大。還有一種排氣蝸殼的擴壓在其出口處，安裝了環形導流葉扇，它可使擴壓器出公氣流較平順地轉變，不產生紊流，減少了流動損失。

排氣蝸殼的排氣方式

排氣蝸殼的排氣方式有軸向排氣和兩側排氣的設計形式。

（1）軸向排氣方案

渦輪排氣端不帶負載的可用軸向排氣方案。軸向排氣時可在蝸殼中間加導流錐，形成擴壓通道。航空發動機常採用這種擴壓通道，陸用燃機採用此種形式時，可把渦輪排氣端的軸承座設定在導流錐內。航機改裝的燃機，多採用軸向進氣方案。在進氣道中間加裝整流罩形成收斂通道，是廣泛採用的進氣蝸殼。進氣蝸殼與排氣蝸殼的形式相反，設計原則不變。

（2）兩側排氣方案

在大型燃機中，因機組結構布置的需要，有些排氣蝸殼用兩側排氣的形式，在離心式壓氣機或燃機的燃燒室為切向布置時，還有採用切向進氣或切向排氣的蝸殼。

在蝸殼的初步設計方案敲定後，常做模型進行風洞實驗，測定其氣流的流動情況，阻力損失及擴壓效率等，再根據實驗結果對蝸殼作進一步修改。

蝸殼的整體結構設計

蝸殼的整體結構設計主要考慮擴壓機匣和蝸殼的連線與分開，蝸殼的焊接、加筋等。環形通道的擴壓機匣與蝸殼禱用兩個垂直法蘭連線。擴壓機匣一般鑄造成型。蝸殼尺寸較大的，用薄鋼板焊接成後，在各表面焊有加強筋。尺寸較小的蝸殼，採用衝壓方式衝出凸出的槽做加強筋，不需另加焊筋了。有的小型機組的排氣蝸殼，設計成弧形光滑面，加工工藝較複雜。

關於蝸殼排氣方向的問題，設計時，對於軸向裝配式蝸殼可考慮旋轉角度裝配的結構，將蝸殼和擴壓機匣連線的兩個垂直法蘭螺孔數相對應，調整螺孔的裝配位置就能改變蝸殼的出氣方向了。對於水平中分式蝸殼，需按使用現場對方向的要求，確定上、下、左、右四個方向，蝸殼只需兩種結構即可，上下通用，左右通用。