渦輪機的蝸殼的製作方法

2023-09-21 17:34:50

專利名稱：渦輪機的蝸殼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦輪機的蝸殼，它有與蝸殼橫截面非對稱設置的、對於壓縮機為前置式徑向或半軸向的盤式擴壓器環形腔，或對於渦輪為進口環形腔，以及近似為常數的基圓直徑DZ。
由US3,380,711已知一種帶前置分離器的徑流式渦輪進口蝸殼(見圖3)。圖中表示的蝸殼只表示了內徑或基圓半徑為常數以及在沿軸向有恰當流動橫截面情況下外徑為常數的蝸殼。圖中沒有表示在蝸舌區內過渡到圓形橫截面時外徑的減小。
在與ECK，Bruno所著《鼓風機》一書(Springer-VerlagBerlin，Heidelberg等，1992年第5版)中211，224頁所述的現有技術相應的

圖1中，表示了具有矩形或圓形橫截面的蝸殼，並表示了對於壓縮機在到達蝸舌始端時過渡為一個相接的擴壓器，它一般均設計為錐形擴壓器。此時，基圓半徑rz大多數近似為常數，並等於設在蝸殼中的環腔的外半徑rs。在蝸舌的區域內可實現最佳流動比。在圓形橫截面時形成相當大的半徑rAmax，當高壓的蝸殼外圍繞一個圓柱形外殼，並由於此rAmax使圓柱形外殼必定有一個大的內徑時，會顯著增加製造成本。
在環形腔的外半徑rS給定的情況下，為減小rAmax，按照ECK，Bruno所著《鼓風機》(Springer-Verlag Berlin，Heidelberg等出版，第5版，1992年)一書213頁所述的現有技術，相應於圖2所示，基圓半徑rZ往往隨著蝸殼橫截面增加而向內縮(rZ＜rS)，此時，外半徑rA保持常數。
於是，在蝸殼中產生不利的流動比，因為在壓縮機的情況下，直至環形腔末尾隨著半徑的增大按渦流定律減了速的流動在緊接著過渡到較小的直徑時必須按渦流定律重新加速。
然而，由於內輪廓的曲率半徑rK所構成的圓的中心不再位於葉輪軸線A上，並且內輪廓的曲率常常不連續地變化，所以，產生了偏離渦流定律的不明了的流動比，即使在蝸舌區Z亦然。
按照ECK，Bruno所著的《鼓風機))一書(Springer VerlagBerlin，Heidelberg等，1992年第5版)214頁所述的現有技術，對於一種具有常數的基圓半徑rZ和在圓周為常數的外半徑rA的軸流式蝸殼，如圖3所示，雖然通過使蝸殼橫截面的軸向距離L與沿圓周方向逐漸增大的體積流量相匹配可在蝸殼包角ψ的大部分範圍內實現渦流定律，然而，在蝸舌區卻產生不明了的流動比。
本發明的任務在於提供一種蝸殼，它避免上述現有技術的缺點，並且其特點是，在製造成本低的情況下保證高的流動效率。
主權利要求所述的特徵完成了上述任務。在從屬權利要求2-4中闡述了該設備有利的結構形式。
按照本發明上述任務的解決方案是，對於基本上為常數的基圓直徑，在沿圓周方向與蝸舌區I-II相接的區域II-III內，使蝸殼橫截面接近圓形，並在達到規定的外徑DA＝DG後，使蝸殼橫截面還只是沿軸向增加。
當半徑為RG＝rG·rZ的圓面積在蝸殼的後續變化中垂直於軸線地分成二個半圓面積 並具有接在它們之間的矩形面積2RG·L時，存在著關於由蝸殼中非對稱地入流所產生的通道渦流的最佳比例，其中，在半圓面積 不變和徑向距離2RG相對於L不變時，隨包角ψ增加，矩形面積沿軸向不斷增大。
按照本發明的基圓直徑為常數和半圓形軸向邊界的蝸殼能使蝸舌處的流動最佳。在此處特別有利的是使蝸舌的始端在上側和下側同軸延伸，並沿圓周方向連續地過渡到與蝸殼接管接合處的切向。
當鄰接蝸殼的擴壓器設計成具有直的軸線，並從蝸殼的末端橫截面連續過渡為一個圓形截面時，在此擴壓器中可產生最佳的壓力轉換。
這裡針對壓縮機所闡明的蝸殼的結構形式，在流動方向相反的情況下，也同樣適用於徑向膨脹器的蝸殼。
本發明的實施例藉助於示意圖來表示。其中圖1按照現有技術的基圓直徑為常數的圓形蝸殼的兩個剖面；圖2按照現有技術的外直徑為常數且蝸殼橫截面向內收縮的蝸殼的兩個剖面；圖3按照現有技術在整個圓周上外徑和基圓直徑為常數且蝸殼橫截面沿軸向增大的蝸殼的兩個剖面；圖4具有按本發明改進了的蝸殼橫截面的蝸殼縱剖面圖；圖5按本發明如圖4所示蝸殼的橫截面；圖6與蝸殼相接的末端擴壓器剖面；圖7在向末端擴壓器的過渡區中蝸舌橫截面的展開圖；以及圖8在I-I和II-II之間蝸殼橫截面的展開圖。
下面對上述專利申請附圖作簡要說明圖1表示按現有技術具有常數基圓半徑rZ的蝸殼。前置的盤式擴壓器1位於以基圓半徑rZ為內邊界的蝸殼2內部。蝸殼橫截面隨包角的增加而增加，因而外半徑ra也增加，直至值rAmax，在達到此值後鄰接著一個錐形擴壓器3。
圖2表示按照現有技術外半徑rA為常數而基圓半徑rZ是變化的蝸殼。從蝸舌區Z來看，前置盤式擴壓器1有一個比蝸殼2的內邊界rZ更大的外半徑rS。rK表示蝸殼內輪廓變化的曲率半徑。在蝸殼2與出口接管3之間的過渡區，在蝸舌區Z中形成了不明了的流動比。
圖3表示按照現有技術的一種經改進的軸流式蝸殼，它在蝸舌區Z同樣有不明了的流動比。
圖4表示按照本發明的蝸殼，其中，在盤式擴壓器1之後的蝸殼2的橫截面I至III按圖1所示之蝸殼進行設計。這樣一種蝸殼會一直延伸到有Rmax的橫截面1V和外半徑rAmax。按照本發明的改進結構，則以兩個半徑為RG的半圓作為軸向邊界，並在它們之間接入面積為2RG·L的矩形，使外半徑rA增大不超過rG。
圖5表示按照圖4的本發明蝸殼的橫截面，圖中可見各圓周區I-II，II-III，III-IV。
圖6表示末端擴壓器3按圖5中C向的視圖，A視圖表示本發明末端擴壓器的起始橫截面，B視圖表示末端擴壓器的普通的圓形終端橫截面。
圖7詳細表示具有蝸舌4的圖5中I-II區。
圖8詳細表示蝸舌4結構的徑向剖面，蝸舌的上邊緣5從與軸線平行的方向向接管3的圓形邊界上的切線T的方向傾斜。
權利要求書按照條約第19條的修改1.渦輪機的蝸殼，它有大體為常數的基圓直徑DZ和在一部分圓周上連續增大的徑向尺寸，此尺寸直至蝸殼末端保持近似為常數，此時，蝸殼橫截面只是還沿軸向增加橫截面積，其特徵為與蝸殼(2)的蝸舌區I-II鄰接的區域II-III具有圓形的蝸殼橫截面，直至達到規定的外徑DA＝DG，對於壓縮機為前置式徑向或半軸向的盤式擴壓器的盤式環形腔(1)，或對於渦輪為進口環形腔(1)與蝸殼橫截面非對稱地設置。
2.按照權利要求1所述的蝸殼，其特徵為從蝸殼(2)達到一個常數的外徑DG時起，蝸殼橫截面沿軸向兩側各由一個半徑為 的半圓面為界，在這兩個半圓面之間設有一個內外光滑封閉的矩形面2RG·L。
3.按照權利要求1至2所述的蝸殼，其特徵為蝸舌(4)的下側(b，d)和上側(a，c)開始時同軸地延伸，上側(a，c)通過不斷地朝蝸殼(2)的軸向偏轉而過渡到蝸殼(2)與出口接管(3)接合處的切向。
4.按照權利要求1至3所述的蝸殼，其特徵為從蝸殼(2)向出口接管(3)的過渡處起，蝸殼連續地過渡到圓形橫截面。
權利要求
1.渦輪機的蝸殼，它有與蝸殼橫截面非對稱設置的、對於壓縮機為前置的徑向或半軸向盤式擴壓器的盤式環形腔，或對於渦輪為進口環形腔，以及大體為常數的基圓直徑DZ，其特徵為與蝸舌區I-II相接的區域II-III有圓形蝸殼橫截面，直至達到規定的外徑DA＝DG，在這之後，先前的圓形蝸殼橫截面還只是沿軸向增加橫截面積。
2.按照權利要求1所述的蝸殼，其特徵為從蝸殼達到一個常數的外徑DG起，蝸殼橫截面沿軸向兩側各由一個半徑為RG＝ 的半圓面為界，在這兩個半圓面之間設有一個內外光滑封閉的矩形面積2RG·L。
3.按照權利要求1至2所述的蝸殼，其特徵為蝸舌(4)的下側(b，d)和上側(a，c)開始時同軸地延伸，上側(a，c)通過不斷地朝軸向偏轉而過渡到與出口接管(3)接合處的切向。
4.按照權利要求1至3所述的蝸殼，其特徵為從蝸殼向蝸殼接管的過渡處起，蝸殼連續地過渡到圓形橫截面。
全文摘要
本發明涉及一種渦輪機的蝸殼，它有沿流動方向前置的(壓縮機)或後置的(渦輪)徑向或半軸向的盤式環形腔，此盤式環形腔沿軸向與蝸殼的流動橫截面非對稱地設置，蝸殼的基圓直徑近似為常數。與蝸舌區I-II鄰接的區域II-III有圓形的蝸殼橫截面，直至達到一個規定的外徑D
文檔編號F04D29/42GK1115995SQ94190799
公開日1996年1月31日 申請日期1994年7月2日 優先權日1993年9月17日
發明者J·科策烏, F·A·裡希德, L·土蘭斯基 申請人:曼-古特霍夫農舒特有限公司