[科普中国]-排气蜗壳

在燃气发生器与自由涡轮之间需用一个具有扩散度的扩散机匣相联，在自由涡轮采用后输出轴输出功率时，工作后的燃气需用特殊的排气蜗壳排出。

简介在燃气发生器与自由涡轮之间需用一个具有扩散度的扩散机匣相联，在自由涡轮采用后输出轴输出功率时，工作后的燃气需用特殊的排气蜗壳排出1。

排气蜗壳的设计排气蜗壳的设计应注意三点：

（1）应尽可能减少气体在蜗壳中的流动损失，使蜗壳的外形尺寸达到预定的扩压要求。

（2）蜗壳的结构应满足重量轻、刚性好。流过蜗壳的气流不会引起蜗壳钢板的振动。

（3）应满足燃机使用现场的排气方向要求，确定蜗壳排气口的方向，使之能方便地变换方向。

设计排气蜗壳时要考虑气动和工艺两方面的要求，尽量达到气体流动损失小、气流均匀，然后再考虑蜗壳的加工工艺性，力求工艺简单、形状不复杂、好加工。

因涡轮内、外气体的压差很小，对蜗壳的作用力也小，此类蜗壳可用薄钢板焊接。对于大中型燃机，排气蜗壳尺寸较大，常将其分为两个部分：安装在蜗壳内的扩压机匣和排气蜗壳。排气蜗壳不承力，尺寸较大，而扩压机匣承力，但尺寸较小，而且结构简单，一般铸造成形2。

排气蜗壳的组成一般的排气蜗壳由环向流道和周向流道组成。

环向流道为扩压器，气体在其中完成所需的扩压要求，然后流入周向流道由排气口排出。周向流道起导向作用，上部应能均匀地收集扩压器流出来的气体，使扩压器中各处气流均匀，这样就可获得好的扩压效率。

环向流道与周向流道之间过渡面的变化直接影响气流的流速稳定与否。排气蜗壳的扩压器通常采用两个圆锥形壁面形成的扩压通道，其扩压角控制在10°~20°之内，这种直线型扩压器的结构简洁，加工方便，扩压效果很好，唯一的缺点是轴向尺寸偏大。

还有一些机组为了缩短扩压器的轴向尺寸，采用转角度的扩压器，这种形式的扩压器加工工艺较麻烦，而且使排气蜗壳的径向尺寸变得偏大。还有一种排气蜗壳的扩压在其出口处，安装了环形导流叶扇，它可使扩压器出公气流较平顺地转变，不产生紊流，减少了流动损失2。

排气蜗壳的排气方式排气蜗壳的排气方式有轴向排气和两侧排气的设计形式。

（1）轴向排气方案

涡轮排气端不带负载的可用轴向排气方案。轴向排气时可在蜗壳中间加导流锥，形成扩压通道。航空发动机常采用这种扩压通道，陆用燃机采用此种形式时，可把涡轮排气端的轴承座设置在导流锥内。航机改装的燃机，多采用轴向进气方案。在进气道中间加装整流罩形成收敛通道，是广泛采用的进气蜗壳。进气蜗壳与排气蜗壳的形式相反，设计原则不变。

（2）两侧排气方案

在大型燃机中，因机组结构布置的需要，有些排气蜗壳用两侧排气的形式，在离心式压气机或燃机的燃烧室为切向布置时，还有采用切向进气或切向排气的蜗壳。

在蜗壳的初步设计方案敲定后，常做模型进行风洞实验，测定其气流的流动情况，阻力损失及扩压效率等，再根据实验结果对蜗壳作进一步修改1。

蜗壳的整体结构设计蜗壳的整体结构设计主要考虑扩压机匣和蜗壳的连接与分开，蜗壳的焊接、加筋等。环形通道的扩压机匣与蜗壳祷用两个垂直法兰连接。扩压机匣一般铸造成型。蜗壳尺寸较大的，用薄钢板焊接成后，在各表面焊有加强筋。尺寸较小的蜗壳，采用冲压方式冲出凸出的槽做加强筋，不需另加焊筋了。有的小型机组的排气蜗壳，设计成弧形光滑面，加工工艺较复杂。

关于蜗壳排气方向的问题，设计时，对于轴向装配式蜗壳可考虑旋转角度装配的结构，将蜗壳和扩压机匣连接的两个垂直法兰螺孔数相对应，调整螺孔的装配位置就能改变蜗壳的出气方向了。对于水平中分式蜗壳，需按使用现场对方向的要求，确定上、下、左、右四个方向，蜗壳只需两种结构即可，上下通用，左右通用3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所