排气蜗壳

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 。

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 。2100433B

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 。

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.测流原理

具有一定流速的水流流经蜗壳时，由于蜗壳中心线弯曲，水流在弯曲流道上产生离心力，使得蜗壳内、外缘2点产生压力差，该压力差的大小与水流流速有关。对于截面积已成为定值的蜗壳某截面来说，平均流速大小正比于流经该截面的流量，因此蜗壳内、外缘的压力差(差压值) 就可以反映流过水轮机的流量相对值。

流量与蜗壳差压的算术平方根成正比。对于不同的机组蜗壳或同一蜗壳不同的测压孔而言，蜗壳流量系数是不同的常数。对于同1台机组同2根测压管，只要取压状态不改变，可以用差压变送器测取。

2.测压断面及测压孔的选取

差压测取首先必须使高压取压孔中心与几个低压孔中心在同一测压断面内，这个测压断面是过水轮机中心的蜗壳横截面；其次，是该横截面应选在蜗壳水流发生旋转的地方。

3.稳压措施

因被测压力一般都有波动，得到准确的读数比较困难，为减少或消除这种波动的稳压措施就是在传递压力系统上增加阻尼。对这种阻尼的要求是对称的线性阻尼。

最常见的稳压措施有：

(1) 节流稳压

稳压设备常常利用现有的阀门，即用测压管路上或差压计上的阀门，通过关小阀门形成节流来达到稳压的效果。用这种方法进行稳压时，要求适当控制节流的程度，往往不易准确掌握，在实际测试中应用较少；

(2) 专用的稳压装置(稳压筒)

用稳压筒进行稳压可以达到良好的效果，但需要正确设计稳压筒。稳压筒也分2种，即节流式稳压筒及空气阻尼式稳压筒。实际测试中常用的是空气阻尼式稳压筒，即利用筒内一段压缩空气的弹性产生阻尼将压力的波动化解，测得的是平均压力。实用结果表明，其稳压效果较好。

在水头高于40m以上的水电站中，由于强度的需要，一般采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳。金属蜗壳按其制造方法，有焊接、铸造、铸焊三种类型。

埋入部件焊接蜗壳

这种蜗壳，包括座环在内全部用焊接结构，钢板沿着整个圆周焊接到座环的上、下蝶形边上。一般用在尺寸较大的中低水头电站的混流式水轮机中。焊接蜗壳由若干个节组成，每节又由几块钢板拼成，整个蜗壳的装配和焊接在工地安装时进行。工厂只完成钢板下料和卷制成单个环形节。焊接蜗壳的节数不应太少，否则将影响蜗壳的水力性能。钢板的厚度应根据有关强度计算确定，通常蜗壳进口断面厚度较大，越接近鼻端厚度越小。同一断面上钢板厚度也不相同，在接近座环上、下端的钢板较在断面中间的要厚一些。焊接

蜗壳的焊缝应尽量减少，遇到十字交错焊缝时必须错开300mm以上。

焊接蜗壳平面尺寸较大，需全部埋入混凝土中。由于蜗壳壁薄、刚性差，不能承受外部荷载，所以在蜗壳上部与混凝土之间。一般要铺设由沥青、石棉、毛毡等材料组成的弹性垫层，以避免水压直接传递到混凝土上和上部基础传来的外荷载直接作用在蜗壳上。目前，对于大型机组埋设蜗壳，多采用充水保压新技术，取消了弹性垫层，增强了蜗壳的刚度，如三峡机组蜗壳即采用了这一新技术。

埋入部件铸造蜗壳

这种蜗壳的刚度较大，能承受一定的外压，常作为水轮机的支承点并在它上面直接布，置导水机构及其传动装置。铸造蜗壳一般不全部埋入混凝土。根据应用水头不同，铸造蜗壳可采用不同的材料，水头小于120m的小型机组一般用铸铁件，水头大于120m时则多用铸钢制作。

埋入部件铸焊蜗壳

这种蜗壳与铸造蜗壳一样，适用于尺寸不大的高水头混流式水轮机。铸焊蜗壳的外壳用钢板压制而成，固定导叶的支柱和座环一般是铸造，然后用焊接方法把它们联成整体。焊接后需进行必要的热处理以消除焊接应力。

大中型机组的蜗壳上设有进入孔和排水孔。一般进入孔直径为650mm，位置设在蜗壳的底部，并与蜗壳圆形断面中垂线成15°，这样是为了打开进入门时不会有积水漏出。

另外，在蜗壳内部最低处，均设有排水阀，以便检修时排出积水。在厂房的基础上，设有若干个均布的支墩，用于安放蜗壳，并用千斤顶和拉杆拉紧，把金属蜗壳牢固地固定在基础上，以免浇注混凝土时蜗壳位置变动 。

中文名称

蜗壳埋设方式

英文名称

spiral casing embedded forme

定　　义

蜗壳周围混凝土的浇筑方式。有直埋、保压浇筑、加弹性垫层等方法。

应用学科

电力（一级学科），水力机械及辅助设备（二级学科）