Спіральний корпус для турбомашин

1. Спиральный корпус для турбомашин, содержащий спираль, которая при достижении начального участка спирали переходит в примыкающий концевой диффузор и выполнена с приблизительно постоянным диаметром основной окружности и с постоянно увеличивающимися по части окружности радиальными размерами, которые, после достижения определенного наружного диаметра, остаются приблизительно постоянными до конца спирали, при этом в зоне, в которой радиальные размеры остаются постоянными, поперечные сечения спирали увеличиваются только в осевом направлении, отличающийся тем, что зона, примыкающая к зоне начального участка спирали, имеет круглые поперечные сечения спирали до достижения вышеуказанного определенного наружного диаметра, причем радиальная или полуосевая дисковая кольцевая камера дискового диффузора компрессора или входная кольцевая камера турбины расположена асимметрично относительно поперечных сечений спирали. 2. Спиральный корпус по п. 1, отличающийся тем, что, после достижения постоянного наружно го диаметра спирали, поперечное сечение спира ли в аксиальном направлении ограничено с обеих сторон соответственно площадью полукругов с радиусом RG=(rG-rz)1/2, и между площадями полу кругов расположена связно замыкающая снаружи и внутри прямоугольная площадь 2RGU где: TG определенный наружный радиус спирали, rz - ра диус основной окружности спирали, L - расстояние между полукругами осевого ограничения попереч ного сечения спирали. 3. Спиральный корпус по п. 1 или 2, отли чающийся тем, что нижняя сторона и верхняя сторона начального участка спирали вначале рас положены соосно и, при отклонении к осевому направлению спирали, верхняя сторона непре рывно переходит в касательную в месте входа спирали в концевой диффузор. 4. Спиральный корпус по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что после места входа спи рали концевой диффузор выполнен с непрерыв ным переходом к круглому поперечному сечению. Изобретение касается спирального корпуса для турбомашин, у которых радиальная или диагональная дисковая кольцевая камера дискового диффузора компрессора или входная кольцевая камера турбины расположена асимметрично относительно поперечных сечений спирали. Известен спиральный корпус радиальной турбины (см. патент США № 3380711, МПК F01D, 1968), содержащий предшествующий сепаратор и спираль, которая при достижении начального участка спирали переходит в примыкающий диффузор. Спиральный корпус имеет спираль с постоянным диаметром основной окружности и с постоянным наружным радиусом при подогнанном в осевом направлении поперечном сечении потока. У заявляемого объекта и аналога совпадают следующие существенные признаки: корпуса содержат спираль, которая при достижении началь ного участка спирали переходит в примыкающий диффузор. Спираль выполнена с приблизительно постоянным диаметром основной окружности. Получению ожидаемого нового технического результата при использовании аналога препятствуют следующие причины. В спирали с постоянным наружным радиусом при подогнанном в осевом направлении поперечном сечении потока получаются неблагоприятные условия для движения потока в спирали, т.к. там отсутствует уменьшение наружного радиуса с переходом к круглому сечению в зоне начального участка спирали, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия потока. Известен также спиральный корпус вентилятора (см. ЕСК, Бруно: "Вентиляторы", издательство Шпрингер, Берлин, Гейдельберг и др , 5-е изд., 1992, с. 211, 224), содержащий спираль, которая СМ О 5 СМ О) 27944 V/// Фиг. в 10 миф 27944 Ж Ж В в Фиг.З 9 МИф 27944 диус основной окружности спирали, L - расстояние между полукругами осевого ограничения поперечного сечения спирали Благодаря выполнению осевого ограничения в форме двух полукругов с радиусом RG И расположению между полукругами прямоугольника площадью 2RGL наружный радиус спирали гд не увеличивается больше радиуса гє В частном случае выполнения спирального корпуса концевой диффузор 3 (фиг 3) после места входа спирали (сечение IV- IV) выполнен с непрерывным переходом к круглому поперечному сечению Е-Е На фиг 3 представлен вид "А" начального поперечного сечения и вид "В" круглого концевого поперечного сечения концевого диффузора 3 В частном случае выполнения верхняя сторона 5 и нижняя сторона 6 начального участка 4 спирали 2 (фиг 5-8 и фиг 4) вначале расположены соосно (фиг 5) При отклонении к осевому направлению спирали верхняя сторона 5 непрерывно переходит в касательную Т-Т к круговому ограничению концевого диффузора 3 (фиг 9) в месте входа спирали 2 В процессе работы поток газа через радиальную дисковую кольцевую камеру 1 дискового диффузора компрессора (фиг 1, фиг 2) поступает в спираль 2, в которой осуществляется замедление потока В зоне І-ІІ начального участка 4 спирали 2 поток приобретает оптимальную форму Далее на участке спирали от сечения ІІ-ІІ до сечения ill-Ill с постоянно увеличивающимся наружным радиусом спирали гд начинается замедление газового потока При этом асимметрично входящий газовый поток образует в спирали канальные завихрения При дальнейшем перемещении газового потока в спирали на участке с постоянным наружным радиусом спирали TG ОТ сечения Ill-Ill до сечения IV-IV в конце спирали из-за значительного увеличения площадей поперечных сечений спирали 2 в осевом направлении происходит дальнейшее замедление газового потока Однако это замедление газового потока происходит без резкого изменения скорости газового потока благодаря созданным на этом участке оптимальным условиям для развития ранее возникших канальных завихрений Далее газовый поток из спирали 2 попадает в примыкающий к спиральной части концевой диффузор 3, в КОТОРОМ и завершается оптимальное преобразование давления 27944 оптимальная форма В данном случае особенно благоприятно, если начало начального участка спирали на нижней и верхней стороне проходит соосно и в направлении окружности постоянно переходит в касательную в месте входа спирали в концевой диффузор Оптимальное преобразование давления в примыкающем к спиральной части концевом диффузоре получается тогда, когда этот диффузор выполняется с прямой осью и непрерывно переходит от конечного поперечного сечения спиральной части к круглому сечению Описанная здесь для компрессора конструкция спирального корпуса при изменении направления протекания справедлива также для спирального корпуса радиального расширителя Сущность изобретения поясняется на примерах выполнения изобретения с помощью схематических чертежей, на которых изображено на фиг 1 - продольный разрез спирали с разверткой поперечного сечения спирали в соответствии с изобретением, на фиг 2 - поперечный разрез спирали согласно изобретению в соответствии с фиг 1, на фиг 3 - разрез примыкающего к спирали концевого диффузора, на фиг 4 - поперечный разрез развертки начального участка спирали в зоне перехода к концевому диффузору, на фиг 5 - продольный разрез 1-І на фиг 4 развертки поперечного сечения спирали, на фиг 6 - продольный разрез fa-la на фиг 4 развертки поперечного сечения спирали, на фиг 7 - продольный разрез Ib-lb на фиг 4 развертки поперечного сечения спирали, на фиг 8 - продольный разрез 1с-1с на фиг 4 развертки поперечного сечения спирали, на фиг 9 - продольный разрез 11-11 на фиг 4 развертки поперечного сечения спирали На графических материалах проставлены следующие обозначения 1 - дисковая кольцевая камера дискового диффузора, 2 - спираль, 3 - концевой диффузор, 4 - начальный участок спирали, 5 - верхняя сторона начального участка спирали, 6 - нижняя сторона начального участка спирали, 1-І - сечение в начале начального участка спирали, 11-И - сечение в конце начального участка спирали, 1-11 - зона начального участка спирали, Ill-Ill - сечение, после которого сечение спирали увеличивается только в осевом направлении, 11-ІII - зона от конца начального участка спирали до сечения, после которого сечение спирали увеличивается только в осевом направлении, IV-IV - сечение в месте начала концевого диффузора, III-IV - зона, в которой радиальные размеры остаются постоянными, А-А - ось рабочего колеса, Т-Т - касательная к круговому ограничению концевого диффузора, RAmax - максимальный наружный радиус спирали, TG - определенный наружный радиус спирали, rz - радиус основной окружности спирали, ГА - наружный радиус спирали, RG - радиус полукруга осевого ограничения поперечного сечения спирали, Rmax - максимальный радиус поперечного сечения спирали, L - расстояние между полукругами осевого ограничения поперечного сечения спирали, Lmax - максимальное расстояние между полукругами осевого ограничения поперечного сечения спирали, а-с - кромка в сечении верхней стороны начального участка спирали, b-d - кромка в сечении нижней стороны начального участка спирали В конкретном примере заявляемый спиральный корпус для турбомашин содержит дисковую кольцевую камеру 1 дискового диффузора компрессора (фиг 1) (входную кольцевую камеру турбины, когда турбомашина - это радиальный расширитель), спираль 2 и концевой диффузор 3 (фиг 2) Спираль 2 переходит в примыкающий концевой диффузор 3 при достижении начального участка спирали 4 (фиг 4), расположенного между сечениями 1-І и 11-11 (фиг 2) Спираль 2 выполнена с приблизительно постоянным диаметром основной окружности Dz=2rz и с постоянно увеличивающимся от сечения 1-І до сечения 111-11! наружным радиусом спирали гд После достижения в сечении Ill-Ill определенного наружного диаметра DG=2rA=2rG определенный наружный радиус спирали TG остается приблизительно постоянным в зоне III-IV до конца спирали При этом в зоне III-IV с постоянным определенным наружным радиусом TG поперечные сечения спирали 2 увеличиваются только в осевом направлении (на фиг 2 и фиг 1 это сечения IIIA-IMA и IV-IV с радиусом RG полукруга осевого ограничения поперечного сечения спирали) При этом зона II-III, примыкающая к зоне начального участка спирали I-II, имеет круглые поперечные сечения спирали (например, сечение Пв~Пв) до достижения вышеуказанного определенного наружного диаметра DG Причем радиальная или полуосевая дисковая кольцевая камера дискового диффузора 1 компрессора или входная кольцевая камера турбины расположена асимметрично относительно поперечных сечений спирали 2 (см фиг 1) На фиг 4 показана спираль 2 в соответствии с изобретением, у которой в примыкании к дисковому диффузору в поперечных сечениях 1-III осуществлена развертка Такая спираль простиралась бы до поперечного сечения IV- IV с радиусом Rmax при наружном радиусе спирали гдтах, что привело бы к увеличению конструктивных затрат В соответствии с изобретением после достижения в сечении Ill-Ill постоянного наружного диаметра спирали DG, поперечное сечение спирали 2 в аксиальном направлении ограничено с обеих сторон соответственно площадью полукругов с радиусом RG=(rG-rz)1/2, и между площадями полукругов расположена связно замыкающая снаружи и внутри прямоугольная площадь 2RGL, где TG определенный наружный радиус спирали, г2 - ра 27944 В спирали с прямоугольными поперечными сечениями в зоне с постоянно увеличивающимися радиальными размерами поток не приобретает оптимальную форму, так как, начиная с начального участка спирали, сохраняются неблагоприятные условия протекания потока, из-за чего не обеспечивается оптимальное преобразование давления, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия потока. В основу изобретения поставлена задача создать такой спиральный корпус для турбомашин, в котором усовершенствование путем изменения формы выполнения элементов и изменения взаимного расположения элементов позволило бы при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении коэффициента полезного действия потока при сокращении конструктивных затрат. На решение поставленной задачи направлено заявляемое изобретение, характеризующееся следующими существенными признаками, которые выражены определенными понятиями и достаточны для достижения ожидаемого технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны. Заявляемый согласно первому пункту формулы изобретения спиральный корпус для турбомашин содержит спираль, которая при достижении начального участка спирали переходит в примыкающий концевой диффузор и выполнена с приблизительно постоянным диаметром основной окружности. Причем спираль выполнена с постоянно увеличивающимися по части окружности радиальными размерами, которые, после достижения определенного наружного диаметра, остаются приблизительно постоянными до конца спирали. При этом в зоне, в которой радиальные размеры остаются постоянными, поперечные сечения спирали увеличиваются только в осевом направлении. От прототипа заявляемое изобретение отличается тем, что зона, примыкающая к зоне начального участка спирали, имеет круглые поперечные сечения спирали до достижения вышеуказанного определенного наружного диаметра. Причем радиальная или полуосевая дисковая кольцевая камера дискового диффузора компрессора или входная кольцевая камера турбины расположена асимметрично относительно поперечных сечений спирали. При использовании изобретения ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении коэффициента полезного действия потока при сокращении конструктивных затрат. Между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинноследственная связь. Выполнение спирали с круглыми поперечными сечениями до достижения определенного наружного диаметра в зоне, примыкающей к зоне начального участка спирали, то есть практически на всем протяжении зоны с постоянно увеличивающимися радиальными размерами, способствует формированию потока с оптимальной фор мой. При этом, уже начиная с начального участка спирали, образуются благоприятные условия протекания потока, что способствует оптимальному преобразованию давления при дальнейшем прохождении потоком спирали. Асимметричное расположение кольцевой камеры дискового диффузора компрессора или входной кольцевой камеры турбины относительно поперечных сечений спирали приводит к образованию входящим потоком в спирали канального завихрения, что препятствует резкому изменению скорости потока в спирали, резкому изменению давления и, следовательно, способствует снижению потерь и дальнейшему увеличению коэффициента полезного действия Увеличение коэффициента полезного действия можно было бы обеспечить и за счет увеличения наружного радиуса спирали, но это привело бы к большим конструктивным затратам, если спираль при высоких давлениях окружена цилиндрическим наружным корпусом, который в этом случае должен иметь большой внутренний диаметр, что обусловлено максимальной величиной наружного радиуса. Таким образом, при использовании заявляемого изобретения увеличение коэффициента полезного действия обеспечивается при сокращении конструктивных затрат. В частных случаях при выполнении предпочтительных вариантов устройства заявляемое изобретение характеризуется следующими отличительными от прототипа признаками. После достижения постоянного наружного диаметра спирали поперечное сечение спирали в аксиальном направлении ограничено с обеих сторон соответственно площадью полукругов с радиусом RG=(rG-rz)1/2, и между площадями полукругов расположена связно замыкающая снаружи и внутри прямоугольная площадь 2RGL, где: гс - определенный наружный радиус спирали; rz - радиус основной окружности спирали; L - расстояние между полукругами осевого ограничения поперечного сечения спирали Нижняя сторона и верхняя сторона начального участка спирали вначале расположены соосно и, при отклонении к осевому направлению спирали, верхняя сторона непрерывно переходит в касательную в месте входа спирали в концевой диффузор. После места входа спирали концевой диффузор выполнен с непрерывным переходом к круглому поперечному сечению. Оптимальные условия относительно образования созданного асимметричным входящим потоком в спирали канального завихрения имеются тогда, когда площадь круга радиусом RG=(rG-rz)1/2 при дальнейшем прохождении спирали разделяется на две площади полукруга RG2TC1/2 перпендикулярно к оси с введенной между ними прямоугольной площадью 2RQL, причем эта прямоугольная площадь с увеличением угла обхвата