带有边界层激励元件的护罩式流体涡轮的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种流体涡轮机，其具有由混合元件(例如，既向内弯曲又向外弯曲的元件)形成的涡轮机护罩总成，所述涡轮机护罩总成具有翼横截面。这些翼形成环形翼形状，所述环形翼形状提供控制转子总成上面或转子总成的部分上面的流体流动的装置。环形翼的流体动力性能直接地影响涡轮机转子总成的性能。护罩的质量和表面面积引起支撑结构上的负载力。通过延缓或消除环形翼上面的边界层的分离，环形翼上的边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)增加流体涡轮机系统的功率输出并允许相对较短弦长翼横截面以及因此减小的护罩总成的质量和表面面积。
【专利说明】带有边界层激励元件的护罩式流体涡轮机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年4月10日提交的美国临时申请序列N0.61/622294的优先权，该临时申请的内容通过弓I用整体合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种流体涡轮机系统(例如，风力或水力涡轮机)，并且更具体地涉及具有与护罩总成(例如，涡轮机护罩总成)流体连通的转子总成的流体涡轮机系统，所述护罩总成具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)。本发明还涉及具有带有减小的表面面积和/或质量的护罩总成的流体涡轮机系统。
【背景技术】
[0004]通常，一些传统的水平轴线流体涡轮机用于具有螺旋桨状布置的叶片(例如，两个至五个开式叶片)的发电机设备，所述叶片典型地安装至水平轴，所述水平轴附接至驱动发电机的齿轮箱。已经做过一些尝试以提供延缓或防止流动流体与叶片表面之间的流动分离的方法。
[0005]示例性流体涡轮机在美国专利N0.8021100和8393850和美国专利公开文献 N0.2011/0014038、2010/0270802、2010/0247289、2011/0002781、2011/0020107、2011/0085901、2011/0135460、2010/0166547、2010/0133853 以及 2012/0070275 中进行了描述和公开，各个的全部内容通过引用整体合并于此。
【发明内容】
[0006]对于有利的流体涡轮机系统存在兴趣，其提供延缓或防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成上面)的流动分离，用于改善涡轮机系统和/或转子总成的性能。通过本发明的总成、系统和方法处理和/或克服了这些和其它用于改进的机会。
[0007]本发明提供改进的流体涡轮机系统。更具体地，本发明提供具有与护罩总成(例如，翼或环形翼形状的涡轮机护罩总成)流体连通的转子总成的有利的流体涡轮机系统，所述护罩总成具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)。本发明还提供具有带有减小的表面面积和/或质量的护罩总成的改进的流体涡轮机系统。在示例性实施例中，表面面积的减小提供减小负载力和/或索塔应力(例如，在过度的流体流动条件下)的方法。
[0008]通常，本发明提供具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制设备或流动控制口)的流体涡轮机系统。所述边界层激励部件被有利地配置和限定尺寸，以防止涡轮机护罩总成上面和/或喷射器护罩总成上面的流体边界层的分离，以改变或改善流体涡轮机系统的性能。
[0009]通常，在多种条件下，提供延缓或防止流动介质与流动控制表面之间的流动分离的方法是比较理想的。例如，从前缘至尾缘在翼表面上面经过的流体通常地从带有低静压力的区域流至带有高静压力的区域。这可以引起易于阻滞边界层并导致流体分离的力，导致增加的分离阻力以及因此降低的翼的升力和性能。与流动控制表面相联的边界层激励部件(例如，涡流发生器)可用于通过混合自由流动与边界层实质地防止和/或最小化流动分离。本发明使用的术语“边界层”指紧邻流动控制表面的流体流动层。本领域的技术人员会认识到，流动流体或介质流过流动控制表面上面的本发明的所有实施例涉及或包括边界层。
[0010]通常，恰当地设计的护罩或导管向护罩或导管的内部传送的质量流率大于向外部传送的质量流率。如此，优于类似的开式转子系统的改善的性能可从与恰当地设计的护罩或导管流体连通的转子获得。在本发明的示例性实施例中，边界层激励部件在维持或增加类似于相对较大的流动控制表面面积(例如，带有较大弦的翼)的性能特性的同时提供延缓或防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成上面)的流动分离，从而有利地允许流动控制表面面积(例如，涡轮机护罩总成表面面积或翼表面面积)的减小。另外，表面面积和质量的减小还降低本发明的涡轮机系统的负载和索塔应力(例如，在高速流体流动条件下)。
[0011]在不例性实施例中，本发明有利地提供包括相对于护罩表面(例如，相对于护罩总成或环形翼表面的吸力侧)安装的涡流发生器等的涡轮机系统，所述涡流发生器被配置和限定尺寸以产生激励边界层或向其提供能量的涡流，以在流体到达护罩总成的尾缘之前延缓或防止流动分离。在示例性实施例中，涡流发生器是被配置和限定尺寸以产生涡流或漩涡等从而激励涡轮机系统的表面上面(例如，涡轮机护罩总成上面)的流体边界层或向其提供能量的设备或部件，所述设备或部件可以改变涡轮机系统的表面上面的流体边界层(例如，在流体到达护罩总成的尾缘之前延缓或防止流动分离)。在某些实施例中并且如下面进一步讨论的，本发明的护罩总成采取环形翼的形式(例如，大致圆形的形式)，尽管本发明不局限于此。相反，本发明的护罩总成可采取各种形式(例如，具有非圆形形状的总成或翼；沿其圆周、外围或形状包括横截面间隙的总成或翼等)。
[0012]在某些实施例中，护罩总成或环形翼的升力侧翼横截面位于护罩总成或环的内部表面上。在其它实施例中，护罩总成的大多数或多个升力侧翼横截面位于内部表面上，而护罩总成的内部表面的部分也可包括压力侧翼横截面，并且/或者环形翼或护罩总成的外表面的部分可包括升力侧翼横截面。
[0013]包围转子总成或绕转子总成设置的翼总成(例如环形翼总成)通常被称为涡轮机护罩总成。通常，涡轮机护罩总成是大致圆柱形并且配置成在涡轮机护罩总成内(护罩的内部)产生相对较低的压力而在涡轮机护罩的外侧(护罩的外部)产生相对较高的压力。护罩总成或环形翼可以是弧形的，并且具有像机翼翼型的横横截面。在示例性实施例中，涡轮机护罩总成包括具有翼横截面的向内弯曲和向外弯曲混合元件。
[0014]在某些实施例中，边界层激励部件(例如涡流发生器)在涡轮机护罩总成的压力侧上，在内转混合元件的近侧，防止或最小化提供旁流与穿过转子总成的流动的混合的流体流部分的分离。涡轮机护罩总成可包括混合元件，例如，混合叶或混合槽。
[0015]在一些实施例中，第二护罩总成可定位在涡轮机护罩总成的尾缘的近侧或与其相邻，并且第二护罩总成通常被称为喷射器护罩总成。例如，喷射器护罩总成可采取环形翼的形式或形状，所述环形翼包括环形圈，所述环形圈具有带有翼横截面的部件，尽管本发明不局限于此。在示例性实施例中，相对于喷射器护罩总成的吸力侧安装的边界层激励部件(例如涡流发生器)防止流动分离直到流体流经过涡轮机系统的尾缘。
[0016]涡轮机系统的支撑结构(诸如塔组件和基础组件)上的负载力(例如，发源于护罩式系统)可由涡轮机系统的空气动力表面上的阻力载荷和/或侧向载荷引起。边界层激励部件延缓或实质地消除或最小化流动控制表面(例如翼)上面的边界层的分离，提供与具有相似性能特性的翼相比带有相对短的弦长的翼横截面的使用方法。需要指出的是，弦长的减小可提供带有减小的表面面积以及因此降低的载荷、阻力和/或降低的索塔应力和基础应力的环形翼。
[0017]一些混合-喷射涡轮机使用诸如发散翼段和收敛翼段的混合元件。通常，这样的混合元件在混合-喷射涡轮机的下游区域提供受控制的流向漩涡。需要指出的是，涡轮机的小面尾缘配置也提供类似的受控制的流向漩涡。在示例性实施例中，具有小面段(其带有大致环形的翼)的流体涡轮机系统通过具有较短的涡轮机护罩和较长的喷射器护罩提供用于缓解载荷的适当的表面面积。
[0018]通常，减小涡轮机空气动力表面上面的升力，尤其是在涡轮机处于停机配置时，降低涡轮机结构组件上的载荷。在某些实施例中，由涡流发生器提供的空气动力增强还可通过流动控制设备或流动控制口(例如，主动流动控制设备)实现。流动控制设备的优点是既可以防止也可以引起流动控制表面上面的分离。通常，垂直于翼表面的引入流体(例如空气)可防止流动分离。当涡轮机处于停机配置时，护罩表面上面的升力可引起意外的横摆力矩力以及因此引起结构组件上的不当应力。在示例性实施例中，通过控制气流的体积和/或流向翼表面的流动的角度可引起边界层分离，有效地使翼失速和降低升力，以及因此降低横摆力矩。降低的横摆力矩降低涡轮机结构组件上的载荷。
[0019]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其包括:转子总成；涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通；以及与涡轮机护罩总成相联的至少一个边界层激励部件，所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能。
[0020]本发明还提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中，所述至少一个边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧。本发明提供的护罩式流体涡轮机系统还包括多个第一边界层激励部件以及多个第二边界层激励部件；其中多个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧；并且其中多个第二边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘与尾缘之间。
[0021]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中多个第一和第二边界层激励部件与涡轮机护罩总成的低压侧相联。本发明提供的护罩式流体涡轮机系统还包括多个边界层激励部件；其中涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件；并且其中每个混合元件与至少一个边界层激励部件相联。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述多个弯曲混合元件包括多个第一向内弯曲混合元件以及多个第二向外弯曲混合元件。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中至少一个边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的高压侧上，并且在多个向内弯曲混合元件的向内弯曲混合元件的近侧。
[0022]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中涡轮机护罩总成限定具有顶端的翼环；并且其中所述至少一个边界层激励部件定位在翼环的顶端的近侧。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个边界层激励部件为涡流发生器，所述涡流发生器为从涡轮机护罩总成的表面突出的突出部件的形式。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中涡流发生器具有长度和高度；并且其中涡流发生器的长度为高度的约四倍。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中涡流发生器具有长度和高度；其中涡流发生器是由柔性材料制造而成，并且包括第一非屈曲状态和第二屈曲状态；并且其中当涡流发生器处于第二屈曲状态时，涡流发生器的长度为高度的约八倍。
[0023]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中各个弯曲混合元件包括过渡至尾缘处的弯曲平面形式的宽大前缘。本发明提供的护罩式流体涡轮机系统还包括定位在涡轮机护罩总成下游并与其同轴的喷射器护罩总成；其中至少一个边界层激励部件与喷射器护罩总成相联，与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件被配置并限定尺寸以改变喷射器护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能。
[0024]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧。本发明提供的护罩式流体涡轮机系统还包括与喷射器护罩总成相联的多个第一边界层激励部件以及多个第二边界层激励部件；其中所述多个第一边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧；并且其中所述多个第二边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘与尾缘之间。
[0025]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述多个第一和第二边界层激励部件与喷射器护罩总成的低压侧相联。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中喷射器护罩总成限定具有顶端的翼环；并且其中与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件定位在翼环的顶端的近侧。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件为涡流发生器，所述涡流发生器为从喷射器护罩总成的表面突出的突出部件的形式。
[0026]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个边界层激励部件为流动控制口，出于流动控制的目的，所述流动控制口被配置和限定尺寸以使用通过流动控制口的高速流动并改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个流动控制口定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个流动控制口用高速流动远程地激励。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中通过从流体涡轮机系统收获流体能量来使用高速流动激励所述至少一个流动控制口。
[0027]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以防止涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层的分离，以改变流体涡轮机系统的性能。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以降低流体涡轮机系统的性能。
[0028]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中涡轮机护罩总成限定环形翼，其具有过渡至小面尾缘的前缘。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中通过流动控制口的高速流动的体积和角度是可变的。本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其中被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层的所述至少一个边界层激励部件改变流体涡轮机系统的性能。
[0029]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其包括:转子总成；涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通，涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件；以及与涡轮机护罩总成相联的多个第一和第二边界层激励部件，各个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，所述多个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧，并且所述多个第二边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘与尾缘之间，所述多个第一和第二边界层激励部件的至少一部分与涡轮机护罩总成的低压侧相联，并且各个混合元件与至少一个边界层激励部件相联。
[0030]本发明提供一种护罩式流体涡轮机系统，其包括:转子总成；涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通；至少一个第一边界层激励部件，其与涡轮机护罩总成相联，所述至少一个第一边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能；喷射器护罩总成，其定位在涡轮机护罩总成的下游并且与其同轴；至少一个第二边界层激励部件，其与喷射器护罩总成相联，所述至少一个第二边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变喷射器护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能；其中，涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件；其中，所述至少一个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧；并且其中所述至少一个第二边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧。
[0031]本发明的这些以及其它非限制性特征或特性将在下面进一步描述。实施例的任何组合或排列是可以预见的。本发明的所公开的总成、系统以及方法的附加的有利特征、功能以及应用，将显见于以下描述，特别是结合附图阅读时。本发明中列举的所有引文通过引用整体合并于此。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]下面是附图的简要说明，其是为了说明本发明的内容而不是为了限制本发明而给出的。本发明的示例性实施例参照附图进行了进一步描述。需要注意的是，下面描述的和图中所示出的各种特征以及特征的组合可以被不同地设置和组织，以得到仍然在本发明的精神和范围内的实施例。为了帮助本领域的普通技术人员制造和使用所公开的系统、总成以及方法，对附图做了附图标记，其中:
[0033]图1为流体涡轮机系统的实施例的前向透视图；
[0034]图2为图1的系统的后向透视图；
[0035]图3-4为图1的系统的前向、侧向详细透视图；
[0036]图5为图1的系统的后向、侧向详细透视图；
[0037]图6为图1的系统的侧向横截面详细视图，描绘了涡流发生器的长度和高度之间以及与其接合的翼部件的长度和高度之间的比例横截面；
[0038]图7为图1的系统的侧向横截面详细视图，描绘了涡流发生器的长度和高度之间以及与其接合的翼部件的长度和高度之间的比例横截面；
[0039]图8-10为图1的系统的实施例的侧向横截面详细视图；
[0040]图11-12为本发明的护罩式流体涡轮机的涡流发生器的附加实施例的详细横截面视图；
[0041]图13为本发明的流体涡轮机系统的另一实施例的前向透视图；
[0042]图14-16为图13的系统的详细横截面视图；
[0043]图17为本发明的流体涡轮机系统的另一实施例的前向透视图，描绘了边界层激励部件；
[0044]图18为图17的系统的前向右侧详细横截面透视图；
[0045]图19为图17的系统的侧向详细横截面图；
[0046]图20为图17的系统的前向右侧详细横截面视图；
[0047]图21为本发明的流体涡轮机系统的另一实施例的前向透视图，描绘了边界层激励部件；
[0048]图22为本发明的流体涡轮机系统的另一实施例的前向右侧透视图；
[0049]图23为图22的系统的前向右侧详细横截面透视图，描绘了边界层激励部件；以及
[0050]图24为图22的系统的侧向详细横截面视图。
【具体实施方式】
[0051]本发明公开的示例性实施例是本发明的有利的流体涡轮机系统、总成及其方法或技术的说明。然而应该理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以各种形式实施。因此，这里参照示例性流体涡轮机系统或总成的制造方法和相关工艺或技术和/或使用公开的细节不应被视为限制，而仅仅是作为用于教导本领域的技术人员如何制造和使用本发明的有利的流体润轮机系统的基础。
[0052]本文所公开的组件、工艺和装置的更彻底的理解可通过参考附图获得。这些附图旨在说明本发明，而不是要示出示例性实施例的相对大小和尺寸，或限制示例性实施例的范围。
[0053]尽管在下面的描述中使用了特定的术语，但是这些术语仅仅是指代附图中的特定结构，而不是为了限制本发明的范围。应当理解的是，相似的数字标记指代相似功能的组件。
[0054]当术语“大约”与数量一起使用时包括所述的数值且还具有上下文所述的含义。例如，其至少包括与特定数量的测量相关联的误差度。当用在一范围的上下文中时，术语“大约”也应被视为公开由两个端点的绝对数值所限定的范围。例如，范围“从大约2至大约4”也公开范围“从2至4”。
[0055]在某些实施例中，混合-喷射流体涡轮机提供从流体流产生动力的改进的方法。涡轮机护罩总成可绕转子总成布置，同时转子总成从主流体流提取动力。混合-喷射泵可包括在从主流体流和二次流摄取流动并促进所述两种流体流的湍流混合的一些实施例中。这通过增加流过系统的流体量、增加用于更多的动力供应的转子总成处的速度以及降低涡轮机叶片上的背压来加强动力系统。
[0056]本发明所用的术语“转子总成”指其中叶片附接至轴并且能够旋转，允许从旋转叶片的流体产生动力或能量的任何总成。转子总成可包括螺旋桨状的转子或转子/定子总成。任何类型的转子总成都可与本发明的流体涡轮机一起使用。
[0057]在某些实施例中，涡轮机护罩总成的前缘可被视为流体涡轮机系统的前部，并且涡轮机护罩总成或喷射器护罩总成的尾缘可被视为流体涡轮机系统的后部。更加接近于涡轮机系统的前部定位的流体涡轮机系统的第一组件可被视为更加接近于涡轮机系统的后部定位的第二组件的“上游”。换句话说，第二组件为第一组件的“下游”。
[0058]本发明提供有利的流体涡轮机系统。更具体地，本发明提供改进的流体涡轮机系统，其具有的转子总成与具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)的护罩总成(例如涡轮机护罩总成)流体连通。本发明还提供具有表面面积和/或质量减小的护罩总成的改进的流体涡轮机系统。通常，表面面积的减小提供了在过度流体流动条件下降低负载力和索塔应力(tower stress force)的方法。
[0059]在示例性实施例中，本发明提供具有护罩总成的护罩式流体涡轮机(例如，风力或水力涡轮机)，所述护罩总成形成有具有翼横截面的向内弯曲和向外弯曲的元件。这些翼形成环形翼形状，所述环形翼形状提供控制转子总成上面和/或转子总成的部分上面的流体流动的方法。通常，环形翼的流体动力性能直接地影响涡轮机转子总成的性能。护罩总成的质量和表面面积引起支撑结构上的负载力。通过延缓或消除环形翼上面的边界层的分离，环形翼上的边界层激励部件(例如，涡流发生器，流动控制口)增加流体涡轮机系统的功率输出并且允许相对较短弦长度的翼横截面以及因此减小的护罩总成的质量和表面面积。
[0060]在某些实施例中，本发明提供一种流体涡轮机系统，其包括围绕转子总成的涡轮机护罩总成(例如，环形涡轮机护罩)，并且在一些实施例中还可包括围绕涡轮机护罩总成的出口的喷射器护罩总成。应当注意，如下面进一步讨论的，本发明的流体涡轮机系统可包括或可不包括喷射器护罩总成。通常，出于防止边界层的流动分离的目的，边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)与涡轮机护罩总成和/或喷射器护罩总成相联。
[0061]术语涡流发生器用来描述相对于涡轮机系统安装的一些总成或设备。术语涡流发生器可以表示，但是绝不限于“产生涡流的设备或部件”。例如，涡流发生器可以是诸如全部附图所示的突出部件。然而，本领域的技术人员会容易地认识到，许多适合的涡流发生器形式或形状可以用来实施本发明，并且因此附图所述的实施例不是为了限制范围。
[0062]现在参照附图，相似的部件在整个说明书和附图中分别用相同的附图标记进行标记。附图不一定按比例绘制，并且在某些视图中为清楚起见零件可以被扩大。
[0063]图1为本发明的流体涡轮机系统100(例如，护罩式流体涡轮机系统)的示例性实施例的前向透视图。图2为图1的流体涡轮机系统100的后向透视图。通常，具有被一个或多个护罩总成110、120部分地或彻底地围绕的转子或叶轮总成140的系统可被描述为护罩式流体润轮机系统100。
[0064]参照图1和图2，护罩式流体涡轮机系统100包括涡轮机护罩110、吊舱体或外壳150、转子总成140以及在一些实施例中的喷射器护罩总成120。应当注意的是，如下面讨论的，护罩式流体涡轮机系统100可包括或可不包括喷射器护罩总成120。在包括喷射器护罩总成120的实施例中，支撑部件106 (例如，桁架、附接支撑)将涡轮机护罩总成110连接至喷射器护罩总成120。
[0065]涡轮机护罩总成110包括前端112，也被称为入口端或前缘。涡轮机护罩总成110还包括后端116，也被称为排出端或尾缘。在一些实施例中，喷射器护罩120包括前端、入口端或前缘122和后端、排出端或尾缘124。
[0066]转子总成140围绕吊舱体150。转子总成140包括在转子叶片的近端处的中心毂141。中心毂141与吊舱体150旋转地接合。吊舱体150和涡轮机护罩总成110由塔102支撑。转子总成140、涡轮机护罩总成110与喷射器护罩总成120可以彼此同轴，即它们共用公共中心轴线105 (图2)。需要注意的是，关于下面讨论的混合元件115、117的术语向内的或向内地以及向外的或向外地是相对于中心轴线105而言的。
[0067]尽管示出的涡轮机护罩总成110包围或围绕转子总成140，但是在一些实施例中，涡轮机护罩总成110可部分地包围或围绕转子总成140 (例如，涡轮机护罩总成110可具有间隙、具有槽，是非连续的、分段的等，或者转子总成140可延伸超过涡轮机护罩总成110的前缘122或尾缘124)。例如参见美国专利公开文献N0.2010/0247289中示例性的分段的护罩。另外，喷射器护罩总成120 (如果存在的话)可具有间隙、具有槽，为非连续的、分段的等。在一些实施例中，涡轮机护罩总成110可不围绕转子总成140 (例如，转子总成140的至少一部分可定位在涡轮机护罩总成110的前缘122的前方或越过涡轮机护罩总成110的尾缘124)。
[0068]如上所述，转子总成140指其中叶片附接至轴并且能够旋转、允许从旋转叶片的流体产生动力或能量的任何总成。转子总成140可包括螺旋桨状的转子或转子/定子总成。任何类型的转子总成140都可与流体涡轮机系统100 —起使用。
[0069]在示例性实施例中，涡轮机护罩总成110具有翼的横截面形状，带有在护罩总成110的内部上的吸力侧(即，低压力侧)。涡轮机护罩总成110的后端116具有混合元件或混合叶，其包括向外指向的混合元件115和向内指向的混合元件117。混合元件115、117向下游延伸超过转子叶片并相对于中心轴线105向外指向或者向内指向。换句话说，涡轮机护罩总成110的尾缘116被成形以形成两组不同的混合元件115、117。向内指向的混合元件117朝混合器护罩的中心轴线105向内延伸。向外指向的混合元件115从中心轴线105向外延伸。当从后面观察时，混合元件或混合叶115、117形成大致圆形锯齿状的或周向波动状的凹凸形状，如图2中所示。由于能量被转子总成140带走，压降尾随转子总成140发生。向内指向和向外指向的元件115、117提供高压流和低压流的湍流混合，使得尾随涡轮机的流体压力迅速地回到环境压力。
[0070]在某些实施例中，混合-喷射泵由围绕涡轮机护罩总成110的向内指向的混合元件117和向外指向的混合元件115的环的喷射器护罩总成120形成。在示例性实施例中，由喷射器护罩总成120限定的翼可具有大致圆柱形或大致环状配置，所述大致圆柱形或大致环状配置具有绕中心轴线105延伸的周向体。
[0071]混合元件115、117可向下游延伸并进入喷射器护罩总成120的入口端122。在某些实施例中，混合-喷射泵提供穿过转子总成140的流体与绕过转子总成140的流体的湍流混合。由于能量被转子总成140带走，压降尾随转子总成140发生。与喷射器护罩总成120结合，向内指向和向外指向的元件115、117提供高压流和低压流的湍流混合，使得尾随涡轮机的流体压力迅速地回到环境压力。
[0072]在示例性实施例中，系统100包括边界层激励部件130。如图1-10中所示，边界层激励部件130采取涡流发生器130 (例如，突出部件等)等的形式。通常，边界层激励部件130被配置和限定尺寸以防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成110和/或喷射器护罩总成120上面)的流体边界层的分离，以改变或改善流体涡轮机系统100的性能(如下面讨论的，或者系统300的护罩310、320上面，或者系统400的护罩410、420上面)。换句话说，与系统100的流动控制表面(例如，总成110、120)相联的边界层激励部件130(例如，涡流发生器)可用于通过混合自由流动与边界层基本上防止和/或最小化流动分离。在某些实施例中，边界层激励部件130(例如，涡流发生器)被配置和限定尺寸以激励边界层来在流体到达系统100的流动控制表面(例如，护罩总成110和/或120)的尾缘之前延缓或防止流动分离。
[0073]在示例性实施例中，涡流发生器130是被配置和限定尺寸以产生涡流或漩涡等从而向涡轮机护罩总成110的表面上面的流体边界层提供能量或对其进行激励(通过所产生的涡流)的设备或部件，其可改变涡轮机护罩总成110的表面上面的流体边界层(例如，在流体到达护罩总成的尾缘之前延缓或防止流动分离)。例如，涡流发生器130可采取突出部件等的形成，尽管本发明不限于此。相反，突出部件130可采取各种合适的形式或形状。在示例性实施例中，设计突出部件130使得它们不延伸跨过护罩110和/或120的直径，并且是具有限制的展弦比的低轮廓。术语“激励”可以表示，但是绝不限于向一系统或位置(例如，向涡轮机护罩总成110的表面上面的流体边界层)提供能量或流体流动。
[0074]通常，至少一个涡流发生器130相对于系统100的表面(例如，相对于涡轮机护罩总成110或总成120的表面)安装。在示例性实施例中，多个涡流发生器130相对于涡轮机护罩总成110 (或者总成120)的表面安装。在一些实施例中，涡流发生器130与总成110(或总成120) —体地形成，尽管本发明不限于此。
[0075]在某些实施例中并且参照图3-4，涡流发生器130可相对于涡轮机护罩总成110大致安装在涡轮机护罩总成110的前缘112处或其近侧。然而需要注意的是，涡流发生器130可相对于总成110 (或总成120)以任何合适的定位或位置安装。例如，系统100可包括相对于护罩总成表面(总成110和/或120)的吸力侧(例如，护罩总成的内部上的低压力侦D和/或压力侧(护罩总成的外侧或外部上的较高压力侧)安装的涡流发生器130。这样，涡流发生器130可被配置和限定尺寸以激励边界层在流体到达护罩总成110、120的尾缘之前延缓或防止流动分离。
[0076]如图3-4中所示，涡流发生器130可相对于涡轮机护罩总成110在吸力侧(例如，护罩总成110的内部上的低压力侧一图4)和/或压力侧(护罩总成110的外侧或外部上的较高压力侧一图3)上安装在涡轮机护罩总成110的前缘112的近侧。在示例性实施例中，涡流发生器130可绕总成110 (或120)的圆周或外围(吸力侧或压力侧)彼此大致地等距地分离定位，尽管本发明不限于此。
[0077]附加的涡流发生器130可相对于涡轮机护罩总成110安装在由总成110的内部限定的翼环的顶端111的附近或近侧(例如，大致地安装在由总成110限定的翼环的横截面形状的最厚部分处一图4)。在一些实施例中和如图4中所示的，多个涡流发生器130可绕护罩总成110的表面布置或设置在两个或多个周向排中。例如，所述多个涡流发生器130可布置在第一下游排(例如，转子总成140的叶片的下游的排)和第二上游排(例如，转子总成140的叶片的上游的排)中。在示例性实施例中和如图4中所示的，总成110包括定位在顶端111的附近或近侧并且设置在转子总成140的叶片的下游的周向排中的多个涡流发生器130。总成110还包括在前缘112的近侧并且设置在转子总成140的叶片的上游的周向排中的多个涡流发生器130。再次，应该注意的是，涡流发生器130可相对于系统100安装在任何合适的位置。而且，涡流发生器130可相对于总成110的压力侧安装并在涡轮机护罩总成110的前缘112的近侧，和/或内转混合元件117的近侧(图3)。
[0078]如上所述，涡流发生器130可相对于喷射器护罩总成120安装在任何合适的位置。如图5中所示，涡流发生器130可相对于喷射器护罩总成120 (例如，在内侧或吸力侧上)安装在喷射器120的前缘122的附近或近侧，并且附加的涡流发生器130可相对于喷射器护罩总成120安装在前缘122与尾缘124之间(例如，大致地定位在或放置在由总成120限定的翼环的横截面形状的最厚部分处)。
[0079]图6-7示出相对于喷射器护罩总成120安装的涡流发生器130的实施例的相对比例。如图7中所示，涡流发生器130的高度144近似地等于由喷射器护罩总成120限定的翼横截面的弦长140的约1%。另外，涡流发生器130的高度144为涡流发生器130的长度146的大约1/4或25%。换句话说，此特定涡流发生器130的长度146为所述涡流发生器130的高度144的约四倍。需要重点注意的是，涡流发生器的大小是按与边界层的厚度和期望的效果有关的表面上位置的物理性质缩放的。因此，需要注意的是，涡流发生器130的高度144和/或长度146有很多可能的组合来产生不同的效果。例如图7中所示，在一些实施例中，涡流发生器130的高度144可被配置和限定尺寸以延伸至边界层近侧、边界层上方和/或经过边界层，以使能量或流动从边界层上方的自由流流动移置，以便防止喷射器护罩总成120的表面上面的边界层的分离。在一些实施例中，从自由流流动中移置的能量被传送或分配至边界层。在其它的实施例中，涡流发生器130的高度144不延伸至系统100的流动控制表面的边界层上方或经过该边界层。再次，涡流发生器130的高度144和/或长度146有多种排列来产生不同的效果。
[0080]图8示出不带有涡流发生器的翼横截面160与带有涡流发生器130的喷射器护罩总成120限定的翼横截面之间在弦长上的相对差异。翼横截面160的弦长152大于具有涡流发生器130的喷射器护罩总成120限定的翼横截面的弦长142。已经发现，较短的弦长142，例如具有涡流发生器130的总成120的弦长维持并且/或者改善不具有涡流发生器的翼横截面160的性能。
[0081]图9-10示出显示不带有涡流发生器的混合元件翼横截面165、167与由具有涡流发生器130的总成110的混合元件115、117限定的翼横截面之间在弦长上的相对差异的示例性实施例。在某些实施例中，内转混合元件117将旁流(箭头172)引入转子总成140下游的流体流中。旁流172沿着由混合元件117限定的翼横截面的压力侧或外表面前进。从而，定位在混合元件117(图9)的外表面上的涡流发生器130防止沿着由混合元件117限定的翼横截面的上表面的流体流的分离。翼横截面167的弦长168相对地大于由混合元件117限定的翼横截面的弦长119。较短的弦长119，例如具有涡流发生器130的翼横截面117的弦长维持并且/或者改善不具有涡流发生器的翼横截面167的性能。
[0082]在示例性实施例中和如图10中所示，外转的混合元件115将穿过转子总成140的流动(箭头174)与转子总成140的下游的流体流中的旁流混合。流动174沿着由混合元件115限定的翼横截面的升力侧或内表面前进。从而，定位在混合元件115 (图10)的内表面上的涡流发生器130防止沿着由混合元件115限定的翼横截面的内表面的流体流的分离。翼横截面165的弦长166相对地大于由混合元件115限定的翼横截面的弦长186。较短的弦长186，例如具有涡流发生器130的翼横截面115的弦长维持并且/或者改善不具有涡流发生器的翼横截面165的性能。
[0083]图11为本发明的涡流发生器130’的附加实施例的详细横截面视图。图12为图11的涡流发生器130’的另一详细横截面视图。
[0084]图11-12示出为至少部分由被设计为在设定的流速条件下改变形状的柔性材料制成的涡流发生器130’。例如，有时它可以有益于降低处于高流体速度条件下的转子总成140的近侧的环形翼(例如，由护罩总成110或120限定的环形翼)的性能。在一种实施例中，柔性涡流发生器130’可用于在高流体速度期间减载护罩式涡轮机系统100上的负荷。例如，涡流发生器130’可相对于由护罩总成120限定的环形翼的升力侧或内侧223安装(或安装在任何其它合适的位置)。非屈曲涡流发生器130’的高度244近似地等于由护罩总成120限定的翼横截面的弦长242的1 %。涡流发生器130’(非屈曲配置)的长度246大约为高度244的四倍。
[0085]图12示出处于缩叠或屈曲配置(如其处于设定速度的流体流中那样)的涡流发生器130’。涡流发生器130’的性能的降低引起沿由护罩总成120限定的环形翼的内侧223的分离，并且从而提供以降低处于高速流动中的转子总成140的速度为目的的翼的降低的性能。在示例性实施例以及如图12所示的缩叠或屈曲的配置中，涡流发生器130’的长度247约为高度245的八倍。
[0086]图13为本发明的护罩式流体涡轮机系统300的附加实施例的前向透视图。图14-15为图13的系统300的详细横截面视图。
[0087]参照图13-15，护罩式流体涡轮机系统300为带有翼的混合喷射涡轮机，所述翼包括单一表面部分。涡轮机系统300包括涡轮机护罩总成310、吊舱体350、转子总成340以及在一些实施例中的喷射器护罩总成320。涡轮机护罩总成310包括前端312，也被称为入口端或前缘。涡轮机护罩总成310还包括后端316，也被称为排出端或尾缘。喷射器护罩总成320包括前端、入口端或前缘322以及后端、排出端或尾缘324。
[0088]在示例性实施例中，由涡轮机护罩总成310限定的翼横截面包括过渡至尾缘316处的弯曲平面部分的宽大前缘312。喷射器护罩总成320包括过渡至尾缘324处的弯曲平面部分的宽大前缘322。
[0089]转子总成340围绕吊舱体350。转子总成340包括在转子叶片的近端处的中心毂341。中心毂341与吊舱体350旋转地接合。吊舱体350和涡轮机护罩总成310由塔302支撑。转子总成340、涡轮机护罩总成310与喷射器护罩总成320可以彼此同轴，即它们共用公共中心轴线305。支撑部件306将涡轮机护罩总成310连接至吊舱体350。
[0090]在某些实施例中，涡轮机护罩总成310具有翼的横截面形状，带有在护罩总成310的内部上的吸力侧(即，低压力侧)。涡轮机护罩总成310的后端316具有混合元件，包括向外指向的混合元件315和向内指向的混合元件317。混合元件315、317向下游延伸超过转子叶片并相对于中心轴线305向外或者向内指向。换句话说，涡轮机护罩总成310的尾缘316被成形以形成两组不同的混合元件315、317。向内指向的混合元件317朝混合器护罩的中心轴线305向内延伸。向外指向的混合元件315从中心轴线305向外延伸。
[0091]混合-喷射泵由围绕涡轮机护罩总成310的向内指向的混合元件317和向外指向的混合元件315的环的喷射器护罩总成320形成。混合元件315、317向下游延伸并且在喷射器护罩总成320的入口端322近侧。此混合喷射泵提供穿过转子总成340的流体与绕过转子总成340的流体的湍流混合。由于能量被转子总成340带走，压降尾随转子总成340发生。与喷射器护罩总成320结合，向内指向和向外指向的元件315、317提供高压流和低压流的湍流混合，使得尾随涡轮机的流体压力迅速地回到环境压力。
[0092]在示例性实施例中，系统300包括边界层激励部件330。类似于上面所讨论的部件130，边界层激励部件330采取涡流发生器330 (例如，突出部件等)等的形式，尽管本发明不限于此。通常，边界层激励部件330被配置和限定尺寸以防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成310和/或喷射器护罩总成320上面)的流体边界层的分离，以改变或改善流体涡轮机系统300的性能(如上面和下面讨论的，或者系统100的护罩110、120，或者系统400的护罩410、420上面)。换句话说，与系统300的流动控制表面(例如，总成310、320)相联的边界层激励部件330可用于通过混合自由流动与边界层实质地防止和/或最小化流动分离。在某些实施例中，边界层激励部件330(例如，涡流发生器)被配置和限定尺寸以激励边界层来在流体到达系统300的流动控制表面(例如，护罩总成310和/或320)的尾缘之前延缓或防止流动分离。
[0093]图14-15不出相对于外转混合兀件315,并相对于由喷射器护罩总成320限定的翼安装的涡流发生器330。应该注意的是，带有过渡至弯曲平面尾缘的宽大前缘的翼在维持性能的同时提供翼的降低的质量。在这样的翼(例如，混合元件315和/或由喷射器护罩总成320限定的翼)上引入涡流发生器330在维持性能特性的同时还减少了翼的材料以及因此减少了翼的表面面积和质量。
[0094]涡流发生器330激活外转混合元件315的内表面上面的边界层，以防止边界层上面的分离。外转混合元件315将穿过转子总成340的流动与转子总成340的下游的流体流中的旁流混合。流动374沿翼的升力侧或内表面前进，因此，涡流发生器330防止沿由混合元件315限定的翼的内表面的流体流的分离。
[0095]图16示出相对于内转混合元件317安装的涡流发生器330。内转混合元件317将旁流(箭头372)引入转子总成340的下游的流体流中。旁流372沿由混合元件317限定的翼的压力侧或外表面前进，因此，涡流发生器330防止沿由混合元件317限定的翼的上表面的流体流的分离。
[0096]在示例性实施例中，由混合元件317限定的翼包括宽大前缘312,所述前缘312过渡至尾缘316处的弯曲平面形式。与涡流发生器330相结合的翼设计提供带有实质较大并且较重的翼的性能特性的翼。
[0097]现在参照图17-20，按照本发明的实施例描绘护罩式流体涡轮机系统的另一示例性实施例。流体涡轮机系统400包括涡轮机护罩总成310、吊舱体350、转子总成340以及在一些实施例中的喷射器护罩总成320。涡轮机护罩总成310包括前端312和后端316，并且喷射器护罩总成320包括前缘322和尾缘324。
[0098]转子总成340包括由塔302支撑的中心毂341、吊舱体350以及涡轮机护罩总成310。转子总成340、涡轮机护罩总成310以及喷射器护罩总成320可以是彼此同轴的，即它们共用公共轴线305。支撑部件306将涡轮机护罩总成310连接至吊舱体350。涡轮机护罩总成310的后端316具有混合元件，包括向外指向的混合元件315和向内指向的混合元件317。应该注意的是，类似的附图标记指代类似的组件。
[0099]在某些实施例中以及如图17-20所示的，系统400包括边界层激励部件430。某些边界层激励部件430采取流动控制设备(例如，主动流动控制设备)或口或孔口 430等的形式。在示例性实施例中，边界层激励部件430被配置和限定尺寸以改变(例如，引起或防止分离)流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成310和/或喷射器护罩总成320上面)的流体边界层，以改变流体涡轮机系统400 (或系统100的护罩110、120，或系统300的护罩310、320等)的性能。在示例性实施例中，出于流动控制目的(例如，为了防止或引起边界层的分离)，流动控制口或设备430使用通过或经由系统400的空气动力表面上的口 430的高速流动。在示例性实施例中，传送至流动控制口 430的流体可由适合的外部泵送或致动装置或总成等提供，并且/或者可由从护罩式流体涡轮机系统400内收获流体能量提供。
[0100]通常，至少一个流动控制口 430与系统400的表面相联并且/或者相对于其安装(例如，相对于涡轮机护罩总成310或总成320的表面)。在示例性实施例中，多个流动控制口 430与涡轮机护罩总成310 (或总成320)的表面相联。在一些实施例中，流动控制口430与总成310 (或总成320) —体地形成，尽管本发明不限于此。
[0101]在某些实施例中，流动控制口 430可大致在涡轮机护罩总成310的前缘312处或近侧与涡轮机护罩总成310相联或定位在涡轮机护罩总成310上。然而需要注意的是，流动控制口 430可在任何适合的位置与总成310 (或总成320)相联或者定位在总成310 (或总成320)上。例如，系统400可包括在护罩总成表面(总成310和/或320)的吸力侧(例如，护罩总成的内部上的低压力侧)和/或压力侧(护罩总成的外侧或外部上的较高压力侦U上的流动控制口 430。这样，流动控制口 430可被配置和限定尺寸以激励边界层或向其提供流体流动，以改变流体流动(例如，在流体已经到达护罩总成310、320的尾缘之前延缓、引起或防止流动分离)。
[0102]需要注意的是，在本发明的流体涡轮机系统中，在涡流发生器330 (或130等)之外可使用流动控制口 430，或者可使用流动控制口 430代替涡流发生器330 (或130等)。
[0103]在示例性实施例中，为了防止或引起边界层的分离，流动控制口或设备430使用通过或经由系统400的空气动力表面上的口 430的高速流动。图17-20示出具有与环形翼表面(例如，总成310、320)相联的流动控制口 430的系统400的实施例。应该注意的是，在过度的流体速度条件下，可以使流动设备或口 430脱离以便降低翼的性能并且从而降低涡轮机系统400的整体性能。由于速度分布、压力分布或其一些组合，可使用各种方法，包括主动的气动或机电致动、被动致动来使流动设备或口 430脱离。本领域的技术人员会容易地认识到，上述致动方法仅为示例性实施例的说明，而不是为了限制范围。
[0104]在示例性实施例中以及如图18所示的，流动控制口 430在外转混合元件315近侧与涡轮机护罩310的内表面相联。再次，应该注意的是，口 430可在任何合适的位置与总成310 (或总成320)相联或者定位在总成310 (或总成320)上。例如图19和20中所示的，流动控制口 430可在内转混合元件317近侧与涡轮机护罩310的外表面相联。另外，如图19所示，流动控制口 430可与喷射器护罩总成320的内表面相联。如上所述，传送至流动控制口 430的流体可由合适的外部泵送或致动装置或总成提供，并且/或者可由从护罩式流体涡轮机系统400内收获流体能量提供。
[0105]图21描绘护罩式流体涡轮机系统500的另一示例性实施例。系统500为不带有喷射器护罩的单护罩系统。同样地，图21示出根据本发明的流体涡轮机系统500的示例性实施例。流体涡轮机系统500包括涡轮机护罩总成510、吊舱体550以及转子总成540。涡轮机护罩总成510包括前端512和后端516。支撑部件506将涡轮机护罩总成510连接至吊舱体550。
[0106]转子总成540包括由塔502支撑的中心毂541、吊舱体550以及涡轮机护罩总成510。转子总成540和涡轮机护罩总成510可以是彼此同轴的，即它们共用公共中心轴线505。涡轮机护罩总成510的后端516具有混合元件，包括向外指向的混合元件515以及向内指向的混合元件517。
[0107]在示例性实施例中和如图21所示的，系统500包括边界层激励部件530。边界层激励部件530可采取涡流发生器和/或流动控制设备或流动控制口 530等的形式，类似于上面结合图1-20所讨论和描述的。
[0108]如上所述，边界层激励部件530被配置和限定尺寸以改变流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成510上面)的流体边界层(例如，防止流体边界层的分离)，以改变流体涡轮机系统500的性能。通常，至少一个边界层激励部件530与系统500的表面相联并且/或者相对于其安装(例如，相对于润轮机护罩总成510的表面)。在不例性实施例中，多个边界层激励部件530与涡轮机护罩总成510的表面相联。
[0109]如上面结合图1-20所讨论的，需要注意的是，边界层激励部件530可在任何合适的位置与总成510相联或者定位在总成510上。例如，系统500可包括在护罩总成表面(总成510)的吸力侧(例如，护罩总成的内部上的低压力侧)上和/或压力侧(护罩总成的外侧或外部上的较高压力侧)上的部件530。这样，部件530可被配置和限定尺寸以激励边界层或向其提供流体流动以改变流体边界层(例如，在流体已经到达护罩总成510的尾缘之前延缓或防止流动分离)。
[0110]现在参照图22-24，示出了根据本发明的流体涡轮机系统1500的另一示例性实施例。如下面进一步讨论的，图22-24示出具有边界层激励部件1530(例如，流动控制口 1530)的流体涡轮机系统1500，所述边界层激励部件1530与大致小面环形翼表面接合。边界层激励部件1530可以采取流动控制设备(例如，主动流动控制设备)或流动控制口 1530等的形式，尽管本发明不限于此。相反，需要注意的是，边界层激励部件1530可以采取其它的形式，例如涡流发生器。
[0111]在示例性实施例中和如图22中所示的，涡轮机护罩总成1510采取包括前缘部分1512(也被称为入口端)的环形翼的形式。在某些实施例中，前缘1512为大致环形，从而在转子总成1540的转子叶尖与前缘1512的内表面之间提供相对狭窄的间隙。前缘1512与带有等横截面1515(也被称为涡轮机护罩小面，其从环形前缘1512过渡)的一系列大致线性段接合。涡轮机护罩小面1515在节点1517处互相连接，并且还包括后端1516，也被称为涡轮机护罩总成1510的出口或尾缘。
[0112]在一些实施例中，次级护罩总成1520 (例如，环形翼形状的护罩总成)包括带有等横截面1535的大致线性段，另外称为喷射器护罩小面，并且包括与涡轮机护罩总成1510的尾缘1516流体连通的前缘1522和尾缘1524。小面1535在节点1537处互相连接。小面1535还在支撑护罩总成1510、1520的节点1517、1537的支柱1513处互相连接。护罩总成1510、1520与转子总成1540、转子毂1541以及吊舱体1550关于中心轴线1505同轴。转子总成1540和护罩总成1510、1520由塔式结构1502支撑。
[0113]在某些实施例中和如图22-24中所示的，系统1500包括边界层激励部件1530。边界层激励部件1530采取流动控制设备、口或孔1530等的形式。通常，边界层激励部件1530被配置和限定尺寸以改变流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成1510和/或喷射器护罩总成1520上面)的流体边界层(例如，防止流体边界层的分离)，以改变流体涡轮机系统1500的性能。通常，出于流动控制的目的，流动控制口或流动控制设备1530使用通过或经由系统1500的空气动力表面上的口 1530的高速流动。在示例性实施例中，传送至流动控制口 1530的流体可由适合的外部泵送或致动装置或总成提供，并且/或者可由从护罩式流体涡轮机系统1500内收获流体能量提供。
[0114]通常，至少一个流动控制口 1530与系统1500的表面(例如，涡轮机护罩总成1510或总成1520的表面)相联或相对于其安装。多个流动控制口 1530可与涡轮机护罩总成1510(或总成1520)的表面相联。
[0115]流动控制口 1530可大约在涡轮机护罩总成1510的前缘1512处或其近侧与涡轮机护罩总成1510相联并且/或者定位在涡轮机护罩总成1510上。然而需要注意的是，流动控制口 1530可在任何适合的位置(例如，护罩总成的吸力侧上，护罩总成的压力侧1538上等)与总成1510(或总成1520)相联或者定位在总成1510(或总成1520)上。如此，流动控制口 1530可出于流动控制的目的(例如，为了激励边界层或向其提供流体流动，以在流体已经到达护罩总成1510、1520的尾缘之前延缓或防止流动分离)被配置和限定尺寸。
[0116]如图23-24所示，流动控制口 1530在向外的前缘1512近侧与涡轮机护罩总成1510的内表面相联。流动控制口 1530还与喷射器护罩总成1520的内表面相联。通过提供流体流过口 1530，空气动力表面上面的边界层附着可由通过口 1530的变化体积和/或角度的流动维持或扰乱，并且通过这样做提供提升或降低涡轮机系统1500的性能(例如，翼性能)的方法。如上所述，传送至流动控制口 1530的流体可由适合的外部泵送或致动装置或总成提供，并且/或者可由从护罩式流体涡轮机系统1500内收获流体能量提供。
[0117]尽管本发明的系统和方法已经参考其示例性实施例进行了描述，但是本发明不局限于这些示例性实施例和/或实施方式。相反，通过本发明的内容，对本领域的技术人员而言，本发明的系统和方法适于多种实施方式和应用是显而易见的。本发明明确地包括所公开实施例的这样的修改、增强和/或改变。由于可以在上述构造中进行许多改变并且可以做出本发明的许多差异很大的实施例而不脱离本发明的范围，所以附图和说明书中包含的所有内容都应被视为是示例性的而不具有限制意义。额外的修改、改变以及替换可用于前述内容。因此适当的是，应认为所附权利要求书是广义的并与本发明的范围相一致。
【权利要求】
1.一种护罩式流体涡轮机系统，包括: 转子总成； 涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通；以及 至少一个边界层激励部件，其与涡轮机护罩总成相联，所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括多个第一边界层激励部件和多个第二边界层激励部件； 其中，所述多个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧；以及 其中，所述多个第二边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘与尾缘之间。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个第一边界层激励部件和所述多个第二边界层激励部件与涡轮机护罩总成的低压侧相联。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括多个边界层激励部件； 其中，涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件；以及 其中，各个混合元件与至少一个边界层激励部件相联。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个弯曲混合元件包括多个第一向内弯曲混合元件和多个第二向外弯曲混合元件。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，至少一个边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的高压侧上并且在所述多个向内弯曲混合元件的向内弯曲混合元件的近侧。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，涡轮机护罩总成限定具有顶端的翼环；以及 其中，所述至少一个边界层激励部件定位在翼环的顶端的近侧。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件为涡流发生器，涡流发生器为从涡轮机护罩总成的表面突出的突出部件的形式。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，涡流发生器具有长度和高度；以及 其中，涡流发生器的长度为高度的约四倍。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，涡流发生器具有长度和高度； 其中，涡流发生器由柔性材料制成并且包括第一非屈曲状态和第二屈曲状态；以及 其中，当涡流发生器为第二屈曲状态时，涡流发生器的长度为高度的约八倍。
12.根据权利要求5所述的系统，其中，各个弯曲混合元件包括过渡至尾缘处的弯曲平面形式的宽大前缘。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在涡轮机护罩总成的下游并且与其同轴的喷射器护罩总成； 其中，至少一个边界层激励部件与喷射器护罩总成相联，与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变喷射器护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括与喷射器护罩总成相联的多个第一边界层激励部件和多个第二边界层激励部件； 其中，所述多个第一边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧；以及 其中，所述多个第二边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘与尾缘之间。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个第一边界层激励部件和所述多个第二边界层激励部件与喷射器护罩总成的低压侧相联。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，喷射器护罩总成限定具有顶端的翼环；以及 其中，与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件定位在翼环的顶端的近侧。
18.根据权利要求13所述的系统，其中，与喷射器护罩总成相联的所述至少一个边界层激励部件为涡流发生器，涡流发生器为从喷射器护罩总成的表面突出的突出部件的形式。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件为流动控制口，出于流动控制目的，流动控制口被配置和限定尺寸以使用通过流动控制口的高速流动，并且改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，从而改变流体涡轮机系统的性能。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个流动控制口定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个流动控制口用高速流动远程地激励。
22.根据权利要求19所述的系统，其中，通过从流体涡轮机系统收获流体能量来用高速流动激励所述至少一个流动控制口。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以防止涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层的分离，以改变流体涡轮机系统的性倉泛。
24.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以降低流体涡轮机系统的性能。
25.根据权利要求1所述的系统，其中，涡轮机护罩总成限定环形翼，所述环形翼具有过渡至小面尾缘的前缘。
26.根据权利要求19所述的系统，其中，通过流动控制口的高速流动的体积或角度是可变的。
27.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层来改变流体涡轮机系统的性能。
28.—种护罩式流体润轮机系统,包括: 转子总成； 涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通，涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件；以及 多个第一边界层激励部件和多个第二边界层激励部件，其与涡轮机护罩总成相联，各个边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，所述多个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧并且所述多个第二边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘与尾缘之间，所述多个第一边界层激励部件和所述多个第二边界层激励部件的至少一部分与涡轮机护罩总成的低压侧相联，并且每个混合元件与至少一个边界层激励部件相联。
29.—种护罩式流体润轮机系统,包括: 转子总成； 涡轮机护罩总成，其绕转子总成设置，涡轮机护罩具有低压侧和高压侧，低压侧与转子总成流体连通； 至少一个第一边界层激励部件，其与涡轮机护罩总成相联，所述至少一个第一边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变涡轮机护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能； 喷射器护罩总成，其定位在涡轮机护罩总成的下游并与其同轴； 至少一个第二边界层激励部件，其与喷射器护罩总成相联，所述至少一个第二边界层激励部件被配置和限定尺寸以改变喷射器护罩总成的表面上面的流体边界层，以改变流体涡轮机系统的性能； 其中，涡轮机护罩总成包括多个弯曲混合元件； 其中，所述至少一个第一边界层激励部件定位在涡轮机护罩总成的前缘的近侧；以及 其中，所述至少一个第二边界层激励部件定位在喷射器护罩总成的前缘的近侧。
【文档编号】F03D1/04GK104395601SQ201380030365
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】R·鲁巴克, C·H·维斯特加德, S·约尔特 申请人:奥金公司