法设计出来的蜗壳型线为一条对数螺旋线。而本发明保证每个涡轮叶片入口处的气体动量矩相等，其余部分是不等环量的，通过这一方法设计出来的蜗壳型线为一条拟合样条曲线。
[0032]传统的蜗壳型线设计方法是以蜗壳内气体绝热为前提的，本发明中蜗壳型线设计方法考虑了蜗壳内气体与蜗壳热交换的问题，为了提高涡轮对蜗壳内气体状态变化反应的敏感度，需要蜗壳尽量少的对蜗壳内气体进行换热，便于涡轮叶片入口处的状态与蜗壳内气体状态变化的随动性良好。
[0033]为了提高涡轮叶片入口处的状态与蜗壳内气体状态变化的随动性，需要减少蜗壳与蜗壳内气体的热交换。通过优化蜗壳的毕渥数(0.01?0.05)，降低蜗壳的总热容量，可知需要蜗壳的体积在合理的范围内降至最低，此时在满足蜗壳包容性的前提下，采用薄壁涡轮蜗壳即可实现这一要求。经过计算和试验验证，薄壁蜗壳的壁厚一般在2-4_较为合适，这种薄壁蜗壳的质量可以比同型号普通蜗壳的质量降低百分之五十左右。
[0034]此外，蜗壳内气体与蜗壳之间有热交换，会导致蜗壳内气体流场发生变化，因此，本发明还对蜗壳的截面进行了面积补偿。
[0035]出口外壳体组件2由外壳体201、放气阀基体202、出口异形法兰203和蜗壳出口壳体204构成。其中，外壳体201侧壁开有放气阀安装孔；放气阀基体202作为放气阀的载体，焊接在放气阀安装孔处，用来根据需要安装放气阀，以防止增压器超转。蜗壳出口壳体204为渐变收缩口筒状结构，截面形状从圆弧过渡为直线；蜗壳出口壳体204焊接在外壳体201底部；出口异形法兰203焊接在外壳体201顶部，构成出口外壳体焊合件。上述出口外壳体组件2底部以流道组件I中上流道壳体101的内定位面为基准，与流道组件I焊接成一体，使出口外壳体组件2靠近蜗壳流道，出口异型法兰203远离蜗壳流道。上述出口异形法兰203的截面采用内凸外凹的阶梯形，可在出口异形法兰203的外凹部位安装高温密封垫，端部通过螺钉固定压紧板压紧高温密封垫，实现对高温燃气的密封。
[0036]定位组件3由轴向定位板301、径向定位环302和补气管303构成。径向定位环302预留有补气管303的定位孔，补气管303插入该定位孔后，在确保不越过径向定位环302的内圆柱面的位置与径向定位302环焊接成一体，使补气管303靠近涡轮轮背盘腔的位置，通过外接气源可对涡轮轮背盘腔进行补气。保证盘腔内流场和压力场的稳定。径向定位环302外圆柱面预留有定位槽，定位槽作为轴向定位301和径向定位环302连接的轴向和径向定位基准，进而将轴向定位板通过定位槽与径向定位环302精确定位后，同轴与径向定位环302焊接成一体，构成定位焊合件。定位组件3以流道组件2中下流道壳体102的内定位面为基准与流道组件2焊接成一体；上述径向定位环302为本发明蜗壳与增压器中支撑总成装配的径向定位基准，焊接过程中对于保证径向定位环302的内圆柱面与增压器中涡轮出口流道的同轴度有较高要求，同轴度差会导致焊接完成后增压器中涡轮间隙的不均匀，因此须采取专用焊接夹具或工装实施焊接，焊接完成后须检测该同轴度是否满足要求。
[0037]本发明蜗壳中的零件材料均为耐热不锈钢，由冲压成型或快速模具成型；其中，上流道壳体101、下流道壳体101、外壳体201的不锈钢板厚度为2.5mm-3mm,出口异形法兰203和进口法兰103不锈钢板厚度为5mm-6mm，其他零件不锈钢板厚度为3mm-4mm。
【主权项】
1.一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:包括流道组件、出口外壳体组件和定位组件； 其中，流道组件包括上流道壳体、下流道壳体和进口法兰；上流道壳体和下流道壳体焊接成一体，形成蜗壳流道；进口法兰直接焊接在蜗壳流道的进口端面上，构成流道焊合件；上述流道组件中靠近蜗壳流道进口的位置设有放气孔； 出口外壳体组件由外壳体、放气阀基体、出口异形法兰和蜗壳出口壳体构成；其中，夕卜壳体侧壁开有放气阀安装孔；放气阀基体作为放气阀的载体，焊接在放气阀安装孔处；蜗壳出口壳体为渐变收缩口筒状结构，截面形状从圆弧过渡为直线；蜗壳出口壳体焊接在外壳体底部；出口异形法兰焊接在外壳体顶部；上述出口外壳体组件底部以流道组件中上流道壳体的内定位面为基准，与流道组件焊接成一体，使出口外壳体组件靠近蜗壳流道，出口异型法兰远离蜗壳流道； 定位组件由轴向定位板、径向定位环和补气管构成；径向定位环预留有补气管的定位孔。径向定位环外圆柱面预留有定位槽，定位槽作为轴向定位和径向定位环连接的轴向和径向定位基准，进而将轴向定位板通过定位槽与径向定位环精确定位后，同轴与径向定位环焊接成一体；定位组件以流道组件中下流道壳体的内定位面为基准与流道组件焊接成一体。
2.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述蜗壳型线为一条拟合样条曲线。
3.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述蜗壳的毕渥数为0.0l?0.05。
4.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述蜗壳的壁厚在2?4_。
5.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述蜗壳中的零件材料均为耐热不锈钢，由冲压成型或快速模具成型；其中，上流道壳体、下流道壳体、外壳体的不锈钢板厚度为2.5mm?3_，出口异形法兰和进口法兰不锈钢板厚度为5mm?6mm，其他零件不锈钢板厚度为3mm?4mm。
6.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述出口异形法兰的截面采用内凸外凹的阶梯形，在出口异形法兰的外凹部位安装高温密封垫，端部固定压紧板压紧高温密封垫。
7.如权利要求1所述一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，其特征在于:所述补气管端部不越过径向定位环的内圆柱面。
【专利摘要】本发明公开一种薄壁不锈钢材料的低毕渥数焊接式不等环量蜗壳，具体包括流道组件、出口外壳体组件和定位组件，出口外壳体组件以上流道内定位面为基准与流道组件焊接成一体，定位组件以下流道的内定位面为基准与流道组件焊接成一体，构成焊接式增压器蜗壳。上述三个组件均由若干零件焊接成一体。且本发明中蜗壳的厚度和高导热性决定了该蜗壳具有相对较低的毕渥数，采用不等环量原则设计蜗壳型线，采用薄壁焊接工艺成型。本发明结构简单，重量轻，满足了航空轻量化的要求；对温度变化的响应快，具有较低的温度迟滞性和热惯性；改变传统的涡轮蜗壳的等环量气动设计为不等环量设计，对绝热等环量蜗壳的涡轮进口截面进行了修正，降低了涡轮的气动惯性。
【IPC分类】F01D25-24
【公开号】CN104594962
【申请号】CN201410790437
【发明人】周煜, 杜发荣, 丁水汀, 陈思莲
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月17日