帶有邊界層激勵元件的護(hù)罩式流體渦輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種流體渦輪機(jī)，其具有由混合元件(例如，既向內(nèi)彎曲又向外彎曲的元件)形成的渦輪機(jī)護(hù)罩總成，所述渦輪機(jī)護(hù)罩總成具有翼橫截面。這些翼形成環(huán)形翼形狀，所述環(huán)形翼形狀提供控制轉(zhuǎn)子總成上面或轉(zhuǎn)子總成的部分上面的流體流動的裝置。環(huán)形翼的流體動力性能直接地影響渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子總成的性能。護(hù)罩的質(zhì)量和表面面積引起支撐結(jié)構(gòu)上的負(fù)載力。通過延緩或消除環(huán)形翼上面的邊界層的分離，環(huán)形翼上的邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制口)增加流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的功率輸出并允許相對較短弦長翼橫截面以及因此減小的護(hù)罩總成的質(zhì)量和表面面積。
【專利說明】帶有邊界層激勵元件的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年4月10日提交的美國臨時申請序列N0.61/622294的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請的內(nèi)容通過弓I用整體合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種流體渦輪機(jī)系統(tǒng)(例如，風(fēng)力或水力渦輪機(jī))，并且更具體地涉及具有與護(hù)罩總成(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成)流體連通的轉(zhuǎn)子總成的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，所述護(hù)罩總成具有邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制口)。本發(fā)明還涉及具有帶有減小的表面面積和/或質(zhì)量的護(hù)罩總成的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]通常，一些傳統(tǒng)的水平軸線流體渦輪機(jī)用于具有螺旋槳狀布置的葉片(例如，兩個至五個開式葉片)的發(fā)電機(jī)設(shè)備，所述葉片典型地安裝至水平軸，所述水平軸附接至驅(qū)動發(fā)電機(jī)的齒輪箱。已經(jīng)做過一些嘗試以提供延緩或防止流動流體與葉片表面之間的流動分離的方法。
[0005]示例性流體渦輪機(jī)在美國專利N0.8021100和8393850和美國專利公開文獻(xiàn) N0.2011/0014038、2010/0270802、2010/0247289、2011/0002781、2011/0020107、2011/0085901、2011/0135460、2010/0166547、2010/0133853 以及 2012/0070275 中進(jìn)行了描述和公開，各個的全部內(nèi)容通過引用整體合并于此。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]對于有利的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)存在興趣，其提供延緩或防止流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成上面)的流動分離，用于改善渦輪機(jī)系統(tǒng)和/或轉(zhuǎn)子總成的性能。通過本發(fā)明的總成、系統(tǒng)和方法處理和/或克服了這些和其它用于改進(jìn)的機(jī)會。
[0007]本發(fā)明提供改進(jìn)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明提供具有與護(hù)罩總成(例如，翼或環(huán)形翼形狀的渦輪機(jī)護(hù)罩總成)流體連通的轉(zhuǎn)子總成的有利的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，所述護(hù)罩總成具有邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制口)。本發(fā)明還提供具有帶有減小的表面面積和/或質(zhì)量的護(hù)罩總成的改進(jìn)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。在示例性實施例中，表面面積的減小提供減小負(fù)載力和/或索塔應(yīng)力(例如，在過度的流體流動條件下)的方法。
[0008]通常，本發(fā)明提供具有邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制設(shè)備或流動控制口)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。所述邊界層激勵部件被有利地配置和限定尺寸，以防止渦輪機(jī)護(hù)罩總成上面和/或噴射器護(hù)罩總成上面的流體邊界層的分離，以改變或改善流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
[0009]通常，在多種條件下，提供延緩或防止流動介質(zhì)與流動控制表面之間的流動分離的方法是比較理想的。例如，從前緣至尾緣在翼表面上面經(jīng)過的流體通常地從帶有低靜壓力的區(qū)域流至帶有高靜壓力的區(qū)域。這可以引起易于阻滯邊界層并導(dǎo)致流體分離的力，導(dǎo)致增加的分離阻力以及因此降低的翼的升力和性能。與流動控制表面相聯(lián)的邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器)可用于通過混合自由流動與邊界層實質(zhì)地防止和/或最小化流動分離。本發(fā)明使用的術(shù)語“邊界層”指緊鄰流動控制表面的流體流動層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，流動流體或介質(zhì)流過流動控制表面上面的本發(fā)明的所有實施例涉及或包括邊界層。
[0010]通常，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計的護(hù)罩或?qū)Ч芟蜃o(hù)罩或?qū)Ч艿膬?nèi)部傳送的質(zhì)量流率大于向外部傳送的質(zhì)量流率。如此，優(yōu)于類似的開式轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的改善的性能可從與恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計的護(hù)罩或?qū)Ч芰黧w連通的轉(zhuǎn)子獲得。在本發(fā)明的示例性實施例中，邊界層激勵部件在維持或增加類似于相對較大的流動控制表面面積(例如，帶有較大弦的翼)的性能特性的同時提供延緩或防止流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成上面)的流動分離，從而有利地允許流動控制表面面積(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成表面面積或翼表面面積)的減小。另外，表面面積和質(zhì)量的減小還降低本發(fā)明的渦輪機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載和索塔應(yīng)力(例如，在高速流體流動條件下)。
[0011]在不例性實施例中，本發(fā)明有利地提供包括相對于護(hù)罩表面(例如，相對于護(hù)罩總成或環(huán)形翼表面的吸力側(cè))安裝的渦流發(fā)生器等的渦輪機(jī)系統(tǒng)，所述渦流發(fā)生器被配置和限定尺寸以產(chǎn)生激勵邊界層或向其提供能量的渦流，以在流體到達(dá)護(hù)罩總成的尾緣之前延緩或防止流動分離。在示例性實施例中，渦流發(fā)生器是被配置和限定尺寸以產(chǎn)生渦流或漩渦等從而激勵渦輪機(jī)系統(tǒng)的表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成上面)的流體邊界層或向其提供能量的設(shè)備或部件，所述設(shè)備或部件可以改變渦輪機(jī)系統(tǒng)的表面上面的流體邊界層(例如，在流體到達(dá)護(hù)罩總成的尾緣之前延緩或防止流動分離)。在某些實施例中并且如下面進(jìn)一步討論的，本發(fā)明的護(hù)罩總成采取環(huán)形翼的形式(例如，大致圓形的形式)，盡管本發(fā)明不局限于此。相反，本發(fā)明的護(hù)罩總成可采取各種形式(例如，具有非圓形形狀的總成或翼；沿其圓周、外圍或形狀包括橫截面間隙的總成或翼等)。
[0012]在某些實施例中，護(hù)罩總成或環(huán)形翼的升力側(cè)翼橫截面位于護(hù)罩總成或環(huán)的內(nèi)部表面上。在其它實施例中，護(hù)罩總成的大多數(shù)或多個升力側(cè)翼橫截面位于內(nèi)部表面上，而護(hù)罩總成的內(nèi)部表面的部分也可包括壓力側(cè)翼橫截面，并且/或者環(huán)形翼或護(hù)罩總成的外表面的部分可包括升力側(cè)翼橫截面。
[0013]包圍轉(zhuǎn)子總成或繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置的翼總成(例如環(huán)形翼總成)通常被稱為渦輪機(jī)護(hù)罩總成。通常，渦輪機(jī)護(hù)罩總成是大致圓柱形并且配置成在渦輪機(jī)護(hù)罩總成內(nèi)(護(hù)罩的內(nèi)部)產(chǎn)生相對較低的壓力而在渦輪機(jī)護(hù)罩的外側(cè)(護(hù)罩的外部)產(chǎn)生相對較高的壓力。護(hù)罩總成或環(huán)形翼可以是弧形的，并且具有像機(jī)翼翼型的橫橫截面。在示例性實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括具有翼橫截面的向內(nèi)彎曲和向外彎曲混合元件。
[0014]在某些實施例中，邊界層激勵部件(例如渦流發(fā)生器)在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的壓力側(cè)上，在內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件的近側(cè)，防止或最小化提供旁流與穿過轉(zhuǎn)子總成的流動的混合的流體流部分的分離。渦輪機(jī)護(hù)罩總成可包括混合元件，例如，混合葉或混合槽。
[0015]在一些實施例中，第二護(hù)罩總成可定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的尾緣的近側(cè)或與其相鄰，并且第二護(hù)罩總成通常被稱為噴射器護(hù)罩總成。例如，噴射器護(hù)罩總成可采取環(huán)形翼的形式或形狀，所述環(huán)形翼包括環(huán)形圈，所述環(huán)形圈具有帶有翼橫截面的部件，盡管本發(fā)明不局限于此。在示例性實施例中，相對于噴射器護(hù)罩總成的吸力側(cè)安裝的邊界層激勵部件(例如渦流發(fā)生器)防止流動分離直到流體流經(jīng)過渦輪機(jī)系統(tǒng)的尾緣。
[0016]渦輪機(jī)系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)(諸如塔組件和基礎(chǔ)組件)上的負(fù)載力(例如，發(fā)源于護(hù)罩式系統(tǒng))可由渦輪機(jī)系統(tǒng)的空氣動力表面上的阻力載荷和/或側(cè)向載荷引起。邊界層激勵部件延緩或?qū)嵸|(zhì)地消除或最小化流動控制表面(例如翼)上面的邊界層的分離，提供與具有相似性能特性的翼相比帶有相對短的弦長的翼橫截面的使用方法。需要指出的是，弦長的減小可提供帶有減小的表面面積以及因此降低的載荷、阻力和/或降低的索塔應(yīng)力和基礎(chǔ)應(yīng)力的環(huán)形翼。
[0017]一些混合-噴射渦輪機(jī)使用諸如發(fā)散翼段和收斂翼段的混合元件。通常，這樣的混合元件在混合-噴射渦輪機(jī)的下游區(qū)域提供受控制的流向漩渦。需要指出的是，渦輪機(jī)的小面尾緣配置也提供類似的受控制的流向漩渦。在示例性實施例中，具有小面段(其帶有大致環(huán)形的翼)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)通過具有較短的渦輪機(jī)護(hù)罩和較長的噴射器護(hù)罩提供用于緩解載荷的適當(dāng)?shù)谋砻婷娣e。
[0018]通常，減小渦輪機(jī)空氣動力表面上面的升力，尤其是在渦輪機(jī)處于停機(jī)配置時，降低渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)組件上的載荷。在某些實施例中，由渦流發(fā)生器提供的空氣動力增強(qiáng)還可通過流動控制設(shè)備或流動控制口(例如，主動流動控制設(shè)備)實現(xiàn)。流動控制設(shè)備的優(yōu)點是既可以防止也可以引起流動控制表面上面的分離。通常，垂直于翼表面的引入流體(例如空氣)可防止流動分離。當(dāng)渦輪機(jī)處于停機(jī)配置時，護(hù)罩表面上面的升力可引起意外的橫擺力矩力以及因此引起結(jié)構(gòu)組件上的不當(dāng)應(yīng)力。在示例性實施例中，通過控制氣流的體積和/或流向翼表面的流動的角度可引起邊界層分離，有效地使翼失速和降低升力，以及因此降低橫擺力矩。降低的橫擺力矩降低渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)組件上的載荷。
[0019]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括:轉(zhuǎn)子總成；渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通；以及與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)的至少一個邊界層激勵部件，所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
[0020]本發(fā)明還提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。本發(fā)明提供的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)還包括多個第一邊界層激勵部件以及多個第二邊界層激勵部件；其中多個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；并且其中多個第二邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間。
[0021]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中多個第一和第二邊界層激勵部件與渦輪機(jī)護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)。本發(fā)明提供的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)還包括多個邊界層激勵部件；其中渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件；并且其中每個混合元件與至少一個邊界層激勵部件相聯(lián)。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述多個彎曲混合元件包括多個第一向內(nèi)彎曲混合元件以及多個第二向外彎曲混合元件。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中至少一個邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的高壓側(cè)上，并且在多個向內(nèi)彎曲混合元件的向內(nèi)彎曲混合元件的近側(cè)。
[0022]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中渦輪機(jī)護(hù)罩總成限定具有頂端的翼環(huán)；并且其中所述至少一個邊界層激勵部件定位在翼環(huán)的頂端的近側(cè)。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個邊界層激勵部件為渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器為從渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面突出的突出部件的形式。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中渦流發(fā)生器具有長度和高度；并且其中渦流發(fā)生器的長度為高度的約四倍。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中渦流發(fā)生器具有長度和高度；其中渦流發(fā)生器是由柔性材料制造而成，并且包括第一非屈曲狀態(tài)和第二屈曲狀態(tài)；并且其中當(dāng)渦流發(fā)生器處于第二屈曲狀態(tài)時，渦流發(fā)生器的長度為高度的約八倍。
[0023]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中各個彎曲混合元件包括過渡至尾緣處的彎曲平面形式的寬大前緣。本發(fā)明提供的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)還包括定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成下游并與其同軸的噴射器護(hù)罩總成；其中至少一個邊界層激勵部件與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)，與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件被配置并限定尺寸以改變噴射器護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
[0024]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。本發(fā)明提供的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)還包括與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的多個第一邊界層激勵部件以及多個第二邊界層激勵部件；其中所述多個第一邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；并且其中所述多個第二邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間。
[0025]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述多個第一和第二邊界層激勵部件與噴射器護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中噴射器護(hù)罩總成限定具有頂端的翼環(huán)；并且其中與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件定位在翼環(huán)的頂端的近側(cè)。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件為渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器為從噴射器護(hù)罩總成的表面突出的突出部件的形式。
[0026]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個邊界層激勵部件為流動控制口，出于流動控制的目的，所述流動控制口被配置和限定尺寸以使用通過流動控制口的高速流動并改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個流動控制口定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個流動控制口用高速流動遠(yuǎn)程地激勵。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中通過從流體渦輪機(jī)系統(tǒng)收獲流體能量來使用高速流動激勵所述至少一個流動控制口。
[0027]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以防止渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層的分離，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以降低流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
[0028]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中渦輪機(jī)護(hù)罩總成限定環(huán)形翼，其具有過渡至小面尾緣的前緣。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中通過流動控制口的高速流動的體積和角度是可變的。本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層的所述至少一個邊界層激勵部件改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
[0029]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括:轉(zhuǎn)子總成；渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件；以及與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)的多個第一和第二邊界層激勵部件，各個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，所述多個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)，并且所述多個第二邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間，所述多個第一和第二邊界層激勵部件的至少一部分與渦輪機(jī)護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)，并且各個混合元件與至少一個邊界層激勵部件相聯(lián)。
[0030]本發(fā)明提供一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括:轉(zhuǎn)子總成；渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通；至少一個第一邊界層激勵部件，其與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)，所述至少一個第一邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能；噴射器護(hù)罩總成，其定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的下游并且與其同軸；至少一個第二邊界層激勵部件，其與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)，所述至少一個第二邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變噴射器護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能；其中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件；其中，所述至少一個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；并且其中所述至少一個第二邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。
[0031]本發(fā)明的這些以及其它非限制性特征或特性將在下面進(jìn)一步描述。實施例的任何組合或排列是可以預(yù)見的。本發(fā)明的所公開的總成、系統(tǒng)以及方法的附加的有利特征、功能以及應(yīng)用，將顯見于以下描述，特別是結(jié)合附圖閱讀時。本發(fā)明中列舉的所有引文通過引用整體合并于此。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面是附圖的簡要說明，其是為了說明本發(fā)明的內(nèi)容而不是為了限制本發(fā)明而給出的。本發(fā)明的示例性實施例參照附圖進(jìn)行了進(jìn)一步描述。需要注意的是，下面描述的和圖中所示出的各種特征以及特征的組合可以被不同地設(shè)置和組織，以得到仍然在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的實施例。為了幫助本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員制造和使用所公開的系統(tǒng)、總成以及方法，對附圖做了附圖標(biāo)記，其中:
[0033]圖1為流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的實施例的前向透視圖；
[0034]圖2為圖1的系統(tǒng)的后向透視圖；
[0035]圖3-4為圖1的系統(tǒng)的前向、側(cè)向詳細(xì)透視圖；
[0036]圖5為圖1的系統(tǒng)的后向、側(cè)向詳細(xì)透視圖；
[0037]圖6為圖1的系統(tǒng)的側(cè)向橫截面詳細(xì)視圖，描繪了渦流發(fā)生器的長度和高度之間以及與其接合的翼部件的長度和高度之間的比例橫截面；
[0038]圖7為圖1的系統(tǒng)的側(cè)向橫截面詳細(xì)視圖，描繪了渦流發(fā)生器的長度和高度之間以及與其接合的翼部件的長度和高度之間的比例橫截面；
[0039]圖8-10為圖1的系統(tǒng)的實施例的側(cè)向橫截面詳細(xì)視圖；
[0040]圖11-12為本發(fā)明的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)的渦流發(fā)生器的附加實施例的詳細(xì)橫截面視圖；
[0041]圖13為本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的另一實施例的前向透視圖；
[0042]圖14-16為圖13的系統(tǒng)的詳細(xì)橫截面視圖；
[0043]圖17為本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的另一實施例的前向透視圖，描繪了邊界層激勵部件；
[0044]圖18為圖17的系統(tǒng)的前向右側(cè)詳細(xì)橫截面透視圖；
[0045]圖19為圖17的系統(tǒng)的側(cè)向詳細(xì)橫截面圖；
[0046]圖20為圖17的系統(tǒng)的前向右側(cè)詳細(xì)橫截面視圖；
[0047]圖21為本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的另一實施例的前向透視圖，描繪了邊界層激勵部件；
[0048]圖22為本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的另一實施例的前向右側(cè)透視圖；
[0049]圖23為圖22的系統(tǒng)的前向右側(cè)詳細(xì)橫截面透視圖，描繪了邊界層激勵部件；以及
[0050]圖24為圖22的系統(tǒng)的側(cè)向詳細(xì)橫截面視圖。

【具體實施方式】
[0051]本發(fā)明公開的示例性實施例是本發(fā)明的有利的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)、總成及其方法或技術(shù)的說明。然而應(yīng)該理解，所公開的實施例僅僅是本發(fā)明的示例，其可以各種形式實施。因此，這里參照示例性流體渦輪機(jī)系統(tǒng)或總成的制造方法和相關(guān)工藝或技術(shù)和/或使用公開的細(xì)節(jié)不應(yīng)被視為限制，而僅僅是作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員如何制造和使用本發(fā)明的有利的流體潤輪機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
[0052]本文所公開的組件、工藝和裝置的更徹底的理解可通過參考附圖獲得。這些附圖旨在說明本發(fā)明，而不是要示出示例性實施例的相對大小和尺寸，或限制示例性實施例的范圍。
[0053]盡管在下面的描述中使用了特定的術(shù)語，但是這些術(shù)語僅僅是指代附圖中的特定結(jié)構(gòu)，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，相似的數(shù)字標(biāo)記指代相似功能的組件。
[0054]當(dāng)術(shù)語“大約”與數(shù)量一起使用時包括所述的數(shù)值且還具有上下文所述的含義。例如，其至少包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)聯(lián)的誤差度。當(dāng)用在一范圍的上下文中時，術(shù)語“大約”也應(yīng)被視為公開由兩個端點的絕對數(shù)值所限定的范圍。例如，范圍“從大約2至大約4”也公開范圍“從2至4”。
[0055]在某些實施例中，混合-噴射流體渦輪機(jī)提供從流體流產(chǎn)生動力的改進(jìn)的方法。渦輪機(jī)護(hù)罩總成可繞轉(zhuǎn)子總成布置，同時轉(zhuǎn)子總成從主流體流提取動力?；旌?噴射泵可包括在從主流體流和二次流攝取流動并促進(jìn)所述兩種流體流的湍流混合的一些實施例中。這通過增加流過系統(tǒng)的流體量、增加用于更多的動力供應(yīng)的轉(zhuǎn)子總成處的速度以及降低渦輪機(jī)葉片上的背壓來加強(qiáng)動力系統(tǒng)。
[0056]本發(fā)明所用的術(shù)語“轉(zhuǎn)子總成”指其中葉片附接至軸并且能夠旋轉(zhuǎn)，允許從旋轉(zhuǎn)葉片的流體產(chǎn)生動力或能量的任何總成。轉(zhuǎn)子總成可包括螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子/定子總成。任何類型的轉(zhuǎn)子總成都可與本發(fā)明的流體渦輪機(jī)一起使用。
[0057]在某些實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣可被視為流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的前部，并且渦輪機(jī)護(hù)罩總成或噴射器護(hù)罩總成的尾緣可被視為流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的后部。更加接近于渦輪機(jī)系統(tǒng)的前部定位的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的第一組件可被視為更加接近于渦輪機(jī)系統(tǒng)的后部定位的第二組件的“上游”。換句話說，第二組件為第一組件的“下游”。
[0058]本發(fā)明提供有利的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明提供改進(jìn)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其具有的轉(zhuǎn)子總成與具有邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制口)的護(hù)罩總成(例如渦輪機(jī)護(hù)罩總成)流體連通。本發(fā)明還提供具有表面面積和/或質(zhì)量減小的護(hù)罩總成的改進(jìn)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)。通常，表面面積的減小提供了在過度流體流動條件下降低負(fù)載力和索塔應(yīng)力(tower stress force)的方法。
[0059]在示例性實施例中，本發(fā)明提供具有護(hù)罩總成的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)(例如，風(fēng)力或水力渦輪機(jī))，所述護(hù)罩總成形成有具有翼橫截面的向內(nèi)彎曲和向外彎曲的元件。這些翼形成環(huán)形翼形狀，所述環(huán)形翼形狀提供控制轉(zhuǎn)子總成上面和/或轉(zhuǎn)子總成的部分上面的流體流動的方法。通常，環(huán)形翼的流體動力性能直接地影響渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子總成的性能。護(hù)罩總成的質(zhì)量和表面面積引起支撐結(jié)構(gòu)上的負(fù)載力。通過延緩或消除環(huán)形翼上面的邊界層的分離，環(huán)形翼上的邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器，流動控制口)增加流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的功率輸出并且允許相對較短弦長度的翼橫截面以及因此減小的護(hù)罩總成的質(zhì)量和表面面積。
[0060]在某些實施例中，本發(fā)明提供一種流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括圍繞轉(zhuǎn)子總成的渦輪機(jī)護(hù)罩總成(例如，環(huán)形渦輪機(jī)護(hù)罩)，并且在一些實施例中還可包括圍繞渦輪機(jī)護(hù)罩總成的出口的噴射器護(hù)罩總成。應(yīng)當(dāng)注意，如下面進(jìn)一步討論的，本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)可包括或可不包括噴射器護(hù)罩總成。通常，出于防止邊界層的流動分離的目的，邊界層激勵部件(例如，渦流發(fā)生器、流動控制口)與渦輪機(jī)護(hù)罩總成和/或噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)。
[0061]術(shù)語渦流發(fā)生器用來描述相對于渦輪機(jī)系統(tǒng)安裝的一些總成或設(shè)備。術(shù)語渦流發(fā)生器可以表示，但是絕不限于“產(chǎn)生渦流的設(shè)備或部件”。例如，渦流發(fā)生器可以是諸如全部附圖所示的突出部件。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會容易地認(rèn)識到，許多適合的渦流發(fā)生器形式或形狀可以用來實施本發(fā)明，并且因此附圖所述的實施例不是為了限制范圍。
[0062]現(xiàn)在參照附圖，相似的部件在整個說明書和附圖中分別用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記。附圖不一定按比例繪制，并且在某些視圖中為清楚起見零件可以被擴(kuò)大。
[0063]圖1為本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100(例如，護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng))的示例性實施例的前向透視圖。圖2為圖1的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100的后向透視圖。通常，具有被一個或多個護(hù)罩總成110、120部分地或徹底地圍繞的轉(zhuǎn)子或葉輪總成140的系統(tǒng)可被描述為護(hù)罩式流體潤輪機(jī)系統(tǒng)100。
[0064]參照圖1和圖2，護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100包括渦輪機(jī)護(hù)罩110、吊艙體或外殼150、轉(zhuǎn)子總成140以及在一些實施例中的噴射器護(hù)罩總成120。應(yīng)當(dāng)注意的是，如下面討論的，護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100可包括或可不包括噴射器護(hù)罩總成120。在包括噴射器護(hù)罩總成120的實施例中，支撐部件106 (例如，桁架、附接支撐)將渦輪機(jī)護(hù)罩總成110連接至噴射器護(hù)罩總成120。
[0065]渦輪機(jī)護(hù)罩總成110包括前端112，也被稱為入口端或前緣。渦輪機(jī)護(hù)罩總成110還包括后端116，也被稱為排出端或尾緣。在一些實施例中，噴射器護(hù)罩120包括前端、入口端或前緣122和后端、排出端或尾緣124。
[0066]轉(zhuǎn)子總成140圍繞吊艙體150。轉(zhuǎn)子總成140包括在轉(zhuǎn)子葉片的近端處的中心轂141。中心轂141與吊艙體150旋轉(zhuǎn)地接合。吊艙體150和渦輪機(jī)護(hù)罩總成110由塔102支撐。轉(zhuǎn)子總成140、渦輪機(jī)護(hù)罩總成110與噴射器護(hù)罩總成120可以彼此同軸，即它們共用公共中心軸線105 (圖2)。需要注意的是，關(guān)于下面討論的混合元件115、117的術(shù)語向內(nèi)的或向內(nèi)地以及向外的或向外地是相對于中心軸線105而言的。
[0067]盡管示出的渦輪機(jī)護(hù)罩總成110包圍或圍繞轉(zhuǎn)子總成140，但是在一些實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110可部分地包圍或圍繞轉(zhuǎn)子總成140 (例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110可具有間隙、具有槽，是非連續(xù)的、分段的等，或者轉(zhuǎn)子總成140可延伸超過渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的前緣122或尾緣124)。例如參見美國專利公開文獻(xiàn)N0.2010/0247289中示例性的分段的護(hù)罩。另外，噴射器護(hù)罩總成120 (如果存在的話)可具有間隙、具有槽，為非連續(xù)的、分段的等。在一些實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110可不圍繞轉(zhuǎn)子總成140 (例如，轉(zhuǎn)子總成140的至少一部分可定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的前緣122的前方或越過渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的尾緣124)。
[0068]如上所述，轉(zhuǎn)子總成140指其中葉片附接至軸并且能夠旋轉(zhuǎn)、允許從旋轉(zhuǎn)葉片的流體產(chǎn)生動力或能量的任何總成。轉(zhuǎn)子總成140可包括螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子/定子總成。任何類型的轉(zhuǎn)子總成140都可與流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100 —起使用。
[0069]在示例性實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110具有翼的橫截面形狀，帶有在護(hù)罩總成110的內(nèi)部上的吸力側(cè)(即，低壓力側(cè))。渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的后端116具有混合元件或混合葉，其包括向外指向的混合元件115和向內(nèi)指向的混合元件117?；旌显?15、117向下游延伸超過轉(zhuǎn)子葉片并相對于中心軸線105向外指向或者向內(nèi)指向。換句話說，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的尾緣116被成形以形成兩組不同的混合元件115、117。向內(nèi)指向的混合元件117朝混合器護(hù)罩的中心軸線105向內(nèi)延伸。向外指向的混合元件115從中心軸線105向外延伸。當(dāng)從后面觀察時，混合元件或混合葉115、117形成大致圓形鋸齒狀的或周向波動狀的凹凸形狀，如圖2中所示。由于能量被轉(zhuǎn)子總成140帶走，壓降尾隨轉(zhuǎn)子總成140發(fā)生。向內(nèi)指向和向外指向的元件115、117提供高壓流和低壓流的湍流混合，使得尾隨渦輪機(jī)的流體壓力迅速地回到環(huán)境壓力。
[0070]在某些實施例中，混合-噴射泵由圍繞渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的向內(nèi)指向的混合元件117和向外指向的混合元件115的環(huán)的噴射器護(hù)罩總成120形成。在示例性實施例中，由噴射器護(hù)罩總成120限定的翼可具有大致圓柱形或大致環(huán)狀配置，所述大致圓柱形或大致環(huán)狀配置具有繞中心軸線105延伸的周向體。
[0071]混合元件115、117可向下游延伸并進(jìn)入噴射器護(hù)罩總成120的入口端122。在某些實施例中，混合-噴射泵提供穿過轉(zhuǎn)子總成140的流體與繞過轉(zhuǎn)子總成140的流體的湍流混合。由于能量被轉(zhuǎn)子總成140帶走，壓降尾隨轉(zhuǎn)子總成140發(fā)生。與噴射器護(hù)罩總成120結(jié)合，向內(nèi)指向和向外指向的元件115、117提供高壓流和低壓流的湍流混合，使得尾隨渦輪機(jī)的流體壓力迅速地回到環(huán)境壓力。
[0072]在示例性實施例中，系統(tǒng)100包括邊界層激勵部件130。如圖1-10中所示，邊界層激勵部件130采取渦流發(fā)生器130 (例如，突出部件等)等的形式。通常，邊界層激勵部件130被配置和限定尺寸以防止流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成110和/或噴射器護(hù)罩總成120上面)的流體邊界層的分離，以改變或改善流體渦輪機(jī)系統(tǒng)100的性能(如下面討論的，或者系統(tǒng)300的護(hù)罩310、320上面，或者系統(tǒng)400的護(hù)罩410、420上面)。換句話說，與系統(tǒng)100的流動控制表面(例如，總成110、120)相聯(lián)的邊界層激勵部件130(例如，渦流發(fā)生器)可用于通過混合自由流動與邊界層基本上防止和/或最小化流動分離。在某些實施例中，邊界層激勵部件130(例如，渦流發(fā)生器)被配置和限定尺寸以激勵邊界層來在流體到達(dá)系統(tǒng)100的流動控制表面(例如，護(hù)罩總成110和/或120)的尾緣之前延緩或防止流動分離。
[0073]在示例性實施例中，渦流發(fā)生器130是被配置和限定尺寸以產(chǎn)生渦流或漩渦等從而向渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的表面上面的流體邊界層提供能量或?qū)ζ溥M(jìn)行激勵(通過所產(chǎn)生的渦流)的設(shè)備或部件，其可改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的表面上面的流體邊界層(例如，在流體到達(dá)護(hù)罩總成的尾緣之前延緩或防止流動分離)。例如，渦流發(fā)生器130可采取突出部件等的形成，盡管本發(fā)明不限于此。相反，突出部件130可采取各種合適的形式或形狀。在示例性實施例中，設(shè)計突出部件130使得它們不延伸跨過護(hù)罩110和/或120的直徑，并且是具有限制的展弦比的低輪廓。術(shù)語“激勵”可以表示，但是絕不限于向一系統(tǒng)或位置(例如，向渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的表面上面的流體邊界層)提供能量或流體流動。
[0074]通常，至少一個渦流發(fā)生器130相對于系統(tǒng)100的表面(例如，相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成110或總成120的表面)安裝。在示例性實施例中，多個渦流發(fā)生器130相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成110 (或者總成120)的表面安裝。在一些實施例中，渦流發(fā)生器130與總成110(或總成120) —體地形成，盡管本發(fā)明不限于此。
[0075]在某些實施例中并且參照圖3-4，渦流發(fā)生器130可相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成110大致安裝在渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的前緣112處或其近側(cè)。然而需要注意的是，渦流發(fā)生器130可相對于總成110 (或總成120)以任何合適的定位或位置安裝。例如，系統(tǒng)100可包括相對于護(hù)罩總成表面(總成110和/或120)的吸力側(cè)(例如，護(hù)罩總成的內(nèi)部上的低壓力偵D和/或壓力側(cè)(護(hù)罩總成的外側(cè)或外部上的較高壓力側(cè))安裝的渦流發(fā)生器130。這樣，渦流發(fā)生器130可被配置和限定尺寸以激勵邊界層在流體到達(dá)護(hù)罩總成110、120的尾緣之前延緩或防止流動分離。
[0076]如圖3-4中所示，渦流發(fā)生器130可相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成110在吸力側(cè)(例如，護(hù)罩總成110的內(nèi)部上的低壓力側(cè)一圖4)和/或壓力側(cè)(護(hù)罩總成110的外側(cè)或外部上的較高壓力側(cè)一圖3)上安裝在渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的前緣112的近側(cè)。在示例性實施例中，渦流發(fā)生器130可繞總成110 (或120)的圓周或外圍(吸力側(cè)或壓力側(cè))彼此大致地等距地分離定位，盡管本發(fā)明不限于此。
[0077]附加的渦流發(fā)生器130可相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成110安裝在由總成110的內(nèi)部限定的翼環(huán)的頂端111的附近或近側(cè)(例如，大致地安裝在由總成110限定的翼環(huán)的橫截面形狀的最厚部分處一圖4)。在一些實施例中和如圖4中所示的，多個渦流發(fā)生器130可繞護(hù)罩總成110的表面布置或設(shè)置在兩個或多個周向排中。例如，所述多個渦流發(fā)生器130可布置在第一下游排(例如，轉(zhuǎn)子總成140的葉片的下游的排)和第二上游排(例如，轉(zhuǎn)子總成140的葉片的上游的排)中。在示例性實施例中和如圖4中所示的，總成110包括定位在頂端111的附近或近側(cè)并且設(shè)置在轉(zhuǎn)子總成140的葉片的下游的周向排中的多個渦流發(fā)生器130?？偝?10還包括在前緣112的近側(cè)并且設(shè)置在轉(zhuǎn)子總成140的葉片的上游的周向排中的多個渦流發(fā)生器130。再次，應(yīng)該注意的是，渦流發(fā)生器130可相對于系統(tǒng)100安裝在任何合適的位置。而且，渦流發(fā)生器130可相對于總成110的壓力側(cè)安裝并在渦輪機(jī)護(hù)罩總成110的前緣112的近側(cè)，和/或內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件117的近側(cè)(圖3)。
[0078]如上所述，渦流發(fā)生器130可相對于噴射器護(hù)罩總成120安裝在任何合適的位置。如圖5中所示，渦流發(fā)生器130可相對于噴射器護(hù)罩總成120 (例如，在內(nèi)側(cè)或吸力側(cè)上)安裝在噴射器120的前緣122的附近或近側(cè)，并且附加的渦流發(fā)生器130可相對于噴射器護(hù)罩總成120安裝在前緣122與尾緣124之間(例如，大致地定位在或放置在由總成120限定的翼環(huán)的橫截面形狀的最厚部分處)。
[0079]圖6-7示出相對于噴射器護(hù)罩總成120安裝的渦流發(fā)生器130的實施例的相對比例。如圖7中所示，渦流發(fā)生器130的高度144近似地等于由噴射器護(hù)罩總成120限定的翼橫截面的弦長140的約1%。另外，渦流發(fā)生器130的高度144為渦流發(fā)生器130的長度146的大約1/4或25%。換句話說，此特定渦流發(fā)生器130的長度146為所述渦流發(fā)生器130的高度144的約四倍。需要重點注意的是，渦流發(fā)生器的大小是按與邊界層的厚度和期望的效果有關(guān)的表面上位置的物理性質(zhì)縮放的。因此，需要注意的是，渦流發(fā)生器130的高度144和/或長度146有很多可能的組合來產(chǎn)生不同的效果。例如圖7中所示，在一些實施例中，渦流發(fā)生器130的高度144可被配置和限定尺寸以延伸至邊界層近側(cè)、邊界層上方和/或經(jīng)過邊界層，以使能量或流動從邊界層上方的自由流流動移置，以便防止噴射器護(hù)罩總成120的表面上面的邊界層的分離。在一些實施例中，從自由流流動中移置的能量被傳送或分配至邊界層。在其它的實施例中，渦流發(fā)生器130的高度144不延伸至系統(tǒng)100的流動控制表面的邊界層上方或經(jīng)過該邊界層。再次，渦流發(fā)生器130的高度144和/或長度146有多種排列來產(chǎn)生不同的效果。
[0080]圖8示出不帶有渦流發(fā)生器的翼橫截面160與帶有渦流發(fā)生器130的噴射器護(hù)罩總成120限定的翼橫截面之間在弦長上的相對差異。翼橫截面160的弦長152大于具有渦流發(fā)生器130的噴射器護(hù)罩總成120限定的翼橫截面的弦長142。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，較短的弦長142，例如具有渦流發(fā)生器130的總成120的弦長維持并且/或者改善不具有渦流發(fā)生器的翼橫截面160的性能。
[0081]圖9-10示出顯示不帶有渦流發(fā)生器的混合元件翼橫截面165、167與由具有渦流發(fā)生器130的總成110的混合元件115、117限定的翼橫截面之間在弦長上的相對差異的示例性實施例。在某些實施例中，內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件117將旁流(箭頭172)引入轉(zhuǎn)子總成140下游的流體流中。旁流172沿著由混合元件117限定的翼橫截面的壓力側(cè)或外表面前進(jìn)。從而，定位在混合元件117(圖9)的外表面上的渦流發(fā)生器130防止沿著由混合元件117限定的翼橫截面的上表面的流體流的分離。翼橫截面167的弦長168相對地大于由混合元件117限定的翼橫截面的弦長119。較短的弦長119，例如具有渦流發(fā)生器130的翼橫截面117的弦長維持并且/或者改善不具有渦流發(fā)生器的翼橫截面167的性能。
[0082]在示例性實施例中和如圖10中所示，外轉(zhuǎn)的混合元件115將穿過轉(zhuǎn)子總成140的流動(箭頭174)與轉(zhuǎn)子總成140的下游的流體流中的旁流混合。流動174沿著由混合元件115限定的翼橫截面的升力側(cè)或內(nèi)表面前進(jìn)。從而，定位在混合元件115 (圖10)的內(nèi)表面上的渦流發(fā)生器130防止沿著由混合元件115限定的翼橫截面的內(nèi)表面的流體流的分離。翼橫截面165的弦長166相對地大于由混合元件115限定的翼橫截面的弦長186。較短的弦長186，例如具有渦流發(fā)生器130的翼橫截面115的弦長維持并且/或者改善不具有渦流發(fā)生器的翼橫截面165的性能。
[0083]圖11為本發(fā)明的渦流發(fā)生器130’的附加實施例的詳細(xì)橫截面視圖。圖12為圖11的渦流發(fā)生器130’的另一詳細(xì)橫截面視圖。
[0084]圖11-12示出為至少部分由被設(shè)計為在設(shè)定的流速條件下改變形狀的柔性材料制成的渦流發(fā)生器130’。例如，有時它可以有益于降低處于高流體速度條件下的轉(zhuǎn)子總成140的近側(cè)的環(huán)形翼(例如，由護(hù)罩總成110或120限定的環(huán)形翼)的性能。在一種實施例中，柔性渦流發(fā)生器130’可用于在高流體速度期間減載護(hù)罩式渦輪機(jī)系統(tǒng)100上的負(fù)荷。例如，渦流發(fā)生器130’可相對于由護(hù)罩總成120限定的環(huán)形翼的升力側(cè)或內(nèi)側(cè)223安裝(或安裝在任何其它合適的位置)。非屈曲渦流發(fā)生器130’的高度244近似地等于由護(hù)罩總成120限定的翼橫截面的弦長242的1 %。渦流發(fā)生器130’(非屈曲配置)的長度246大約為高度244的四倍。
[0085]圖12示出處于縮疊或屈曲配置(如其處于設(shè)定速度的流體流中那樣)的渦流發(fā)生器130’。渦流發(fā)生器130’的性能的降低引起沿由護(hù)罩總成120限定的環(huán)形翼的內(nèi)側(cè)223的分離，并且從而提供以降低處于高速流動中的轉(zhuǎn)子總成140的速度為目的的翼的降低的性能。在示例性實施例以及如圖12所示的縮疊或屈曲的配置中，渦流發(fā)生器130’的長度247約為高度245的八倍。
[0086]圖13為本發(fā)明的護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)300的附加實施例的前向透視圖。圖14-15為圖13的系統(tǒng)300的詳細(xì)橫截面視圖。
[0087]參照圖13-15，護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)300為帶有翼的混合噴射渦輪機(jī)，所述翼包括單一表面部分。渦輪機(jī)系統(tǒng)300包括渦輪機(jī)護(hù)罩總成310、吊艙體350、轉(zhuǎn)子總成340以及在一些實施例中的噴射器護(hù)罩總成320。渦輪機(jī)護(hù)罩總成310包括前端312，也被稱為入口端或前緣。渦輪機(jī)護(hù)罩總成310還包括后端316，也被稱為排出端或尾緣。噴射器護(hù)罩總成320包括前端、入口端或前緣322以及后端、排出端或尾緣324。
[0088]在示例性實施例中，由渦輪機(jī)護(hù)罩總成310限定的翼橫截面包括過渡至尾緣316處的彎曲平面部分的寬大前緣312。噴射器護(hù)罩總成320包括過渡至尾緣324處的彎曲平面部分的寬大前緣322。
[0089]轉(zhuǎn)子總成340圍繞吊艙體350。轉(zhuǎn)子總成340包括在轉(zhuǎn)子葉片的近端處的中心轂341。中心轂341與吊艙體350旋轉(zhuǎn)地接合。吊艙體350和渦輪機(jī)護(hù)罩總成310由塔302支撐。轉(zhuǎn)子總成340、渦輪機(jī)護(hù)罩總成310與噴射器護(hù)罩總成320可以彼此同軸，即它們共用公共中心軸線305。支撐部件306將渦輪機(jī)護(hù)罩總成310連接至吊艙體350。
[0090]在某些實施例中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成310具有翼的橫截面形狀，帶有在護(hù)罩總成310的內(nèi)部上的吸力側(cè)(即，低壓力側(cè))。渦輪機(jī)護(hù)罩總成310的后端316具有混合元件，包括向外指向的混合元件315和向內(nèi)指向的混合元件317?；旌显?15、317向下游延伸超過轉(zhuǎn)子葉片并相對于中心軸線305向外或者向內(nèi)指向。換句話說，渦輪機(jī)護(hù)罩總成310的尾緣316被成形以形成兩組不同的混合元件315、317。向內(nèi)指向的混合元件317朝混合器護(hù)罩的中心軸線305向內(nèi)延伸。向外指向的混合元件315從中心軸線305向外延伸。
[0091]混合-噴射泵由圍繞渦輪機(jī)護(hù)罩總成310的向內(nèi)指向的混合元件317和向外指向的混合元件315的環(huán)的噴射器護(hù)罩總成320形成?；旌显?15、317向下游延伸并且在噴射器護(hù)罩總成320的入口端322近側(cè)。此混合噴射泵提供穿過轉(zhuǎn)子總成340的流體與繞過轉(zhuǎn)子總成340的流體的湍流混合。由于能量被轉(zhuǎn)子總成340帶走，壓降尾隨轉(zhuǎn)子總成340發(fā)生。與噴射器護(hù)罩總成320結(jié)合，向內(nèi)指向和向外指向的元件315、317提供高壓流和低壓流的湍流混合，使得尾隨渦輪機(jī)的流體壓力迅速地回到環(huán)境壓力。
[0092]在示例性實施例中，系統(tǒng)300包括邊界層激勵部件330。類似于上面所討論的部件130，邊界層激勵部件330采取渦流發(fā)生器330 (例如，突出部件等)等的形式，盡管本發(fā)明不限于此。通常，邊界層激勵部件330被配置和限定尺寸以防止流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成310和/或噴射器護(hù)罩總成320上面)的流體邊界層的分離，以改變或改善流體渦輪機(jī)系統(tǒng)300的性能(如上面和下面討論的，或者系統(tǒng)100的護(hù)罩110、120，或者系統(tǒng)400的護(hù)罩410、420上面)。換句話說，與系統(tǒng)300的流動控制表面(例如，總成310、320)相聯(lián)的邊界層激勵部件330可用于通過混合自由流動與邊界層實質(zhì)地防止和/或最小化流動分離。在某些實施例中，邊界層激勵部件330(例如，渦流發(fā)生器)被配置和限定尺寸以激勵邊界層來在流體到達(dá)系統(tǒng)300的流動控制表面(例如，護(hù)罩總成310和/或320)的尾緣之前延緩或防止流動分離。
[0093]圖14-15不出相對于外轉(zhuǎn)混合兀件315,并相對于由噴射器護(hù)罩總成320限定的翼安裝的渦流發(fā)生器330。應(yīng)該注意的是，帶有過渡至彎曲平面尾緣的寬大前緣的翼在維持性能的同時提供翼的降低的質(zhì)量。在這樣的翼(例如，混合元件315和/或由噴射器護(hù)罩總成320限定的翼)上引入渦流發(fā)生器330在維持性能特性的同時還減少了翼的材料以及因此減少了翼的表面面積和質(zhì)量。
[0094]渦流發(fā)生器330激活外轉(zhuǎn)混合元件315的內(nèi)表面上面的邊界層，以防止邊界層上面的分離。外轉(zhuǎn)混合元件315將穿過轉(zhuǎn)子總成340的流動與轉(zhuǎn)子總成340的下游的流體流中的旁流混合。流動374沿翼的升力側(cè)或內(nèi)表面前進(jìn)，因此，渦流發(fā)生器330防止沿由混合元件315限定的翼的內(nèi)表面的流體流的分離。
[0095]圖16示出相對于內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件317安裝的渦流發(fā)生器330。內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件317將旁流(箭頭372)引入轉(zhuǎn)子總成340的下游的流體流中。旁流372沿由混合元件317限定的翼的壓力側(cè)或外表面前進(jìn)，因此，渦流發(fā)生器330防止沿由混合元件317限定的翼的上表面的流體流的分離。
[0096]在示例性實施例中，由混合元件317限定的翼包括寬大前緣312,所述前緣312過渡至尾緣316處的彎曲平面形式。與渦流發(fā)生器330相結(jié)合的翼設(shè)計提供帶有實質(zhì)較大并且較重的翼的性能特性的翼。
[0097]現(xiàn)在參照圖17-20，按照本發(fā)明的實施例描繪護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的另一示例性實施例。流體渦輪機(jī)系統(tǒng)400包括渦輪機(jī)護(hù)罩總成310、吊艙體350、轉(zhuǎn)子總成340以及在一些實施例中的噴射器護(hù)罩總成320。渦輪機(jī)護(hù)罩總成310包括前端312和后端316，并且噴射器護(hù)罩總成320包括前緣322和尾緣324。
[0098]轉(zhuǎn)子總成340包括由塔302支撐的中心轂341、吊艙體350以及渦輪機(jī)護(hù)罩總成310。轉(zhuǎn)子總成340、渦輪機(jī)護(hù)罩總成310以及噴射器護(hù)罩總成320可以是彼此同軸的，即它們共用公共軸線305。支撐部件306將渦輪機(jī)護(hù)罩總成310連接至吊艙體350。渦輪機(jī)護(hù)罩總成310的后端316具有混合元件，包括向外指向的混合元件315和向內(nèi)指向的混合元件317。應(yīng)該注意的是，類似的附圖標(biāo)記指代類似的組件。
[0099]在某些實施例中以及如圖17-20所示的，系統(tǒng)400包括邊界層激勵部件430。某些邊界層激勵部件430采取流動控制設(shè)備(例如，主動流動控制設(shè)備)或口或孔口 430等的形式。在示例性實施例中，邊界層激勵部件430被配置和限定尺寸以改變(例如，引起或防止分離)流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成310和/或噴射器護(hù)罩總成320上面)的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)400 (或系統(tǒng)100的護(hù)罩110、120，或系統(tǒng)300的護(hù)罩310、320等)的性能。在示例性實施例中，出于流動控制目的(例如，為了防止或引起邊界層的分離)，流動控制口或設(shè)備430使用通過或經(jīng)由系統(tǒng)400的空氣動力表面上的口 430的高速流動。在示例性實施例中，傳送至流動控制口 430的流體可由適合的外部泵送或致動裝置或總成等提供，并且/或者可由從護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)400內(nèi)收獲流體能量提供。
[0100]通常，至少一個流動控制口 430與系統(tǒng)400的表面相聯(lián)并且/或者相對于其安裝(例如，相對于渦輪機(jī)護(hù)罩總成310或總成320的表面)。在示例性實施例中，多個流動控制口 430與渦輪機(jī)護(hù)罩總成310 (或總成320)的表面相聯(lián)。在一些實施例中，流動控制口430與總成310 (或總成320) —體地形成，盡管本發(fā)明不限于此。
[0101]在某些實施例中，流動控制口 430可大致在渦輪機(jī)護(hù)罩總成310的前緣312處或近側(cè)與渦輪機(jī)護(hù)罩總成310相聯(lián)或定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成310上。然而需要注意的是，流動控制口 430可在任何適合的位置與總成310 (或總成320)相聯(lián)或者定位在總成310 (或總成320)上。例如，系統(tǒng)400可包括在護(hù)罩總成表面(總成310和/或320)的吸力側(cè)(例如，護(hù)罩總成的內(nèi)部上的低壓力側(cè))和/或壓力側(cè)(護(hù)罩總成的外側(cè)或外部上的較高壓力偵U上的流動控制口 430。這樣，流動控制口 430可被配置和限定尺寸以激勵邊界層或向其提供流體流動，以改變流體流動(例如，在流體已經(jīng)到達(dá)護(hù)罩總成310、320的尾緣之前延緩、引起或防止流動分離)。
[0102]需要注意的是，在本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)中，在渦流發(fā)生器330 (或130等)之外可使用流動控制口 430，或者可使用流動控制口 430代替渦流發(fā)生器330 (或130等)。
[0103]在示例性實施例中，為了防止或引起邊界層的分離，流動控制口或設(shè)備430使用通過或經(jīng)由系統(tǒng)400的空氣動力表面上的口 430的高速流動。圖17-20示出具有與環(huán)形翼表面(例如，總成310、320)相聯(lián)的流動控制口 430的系統(tǒng)400的實施例。應(yīng)該注意的是，在過度的流體速度條件下，可以使流動設(shè)備或口 430脫離以便降低翼的性能并且從而降低渦輪機(jī)系統(tǒng)400的整體性能。由于速度分布、壓力分布或其一些組合，可使用各種方法，包括主動的氣動或機(jī)電致動、被動致動來使流動設(shè)備或口 430脫離。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會容易地認(rèn)識到，上述致動方法僅為示例性實施例的說明，而不是為了限制范圍。
[0104]在示例性實施例中以及如圖18所示的，流動控制口 430在外轉(zhuǎn)混合元件315近側(cè)與渦輪機(jī)護(hù)罩310的內(nèi)表面相聯(lián)。再次，應(yīng)該注意的是，口 430可在任何合適的位置與總成310 (或總成320)相聯(lián)或者定位在總成310 (或總成320)上。例如圖19和20中所示的，流動控制口 430可在內(nèi)轉(zhuǎn)混合元件317近側(cè)與渦輪機(jī)護(hù)罩310的外表面相聯(lián)。另外，如圖19所示，流動控制口 430可與噴射器護(hù)罩總成320的內(nèi)表面相聯(lián)。如上所述，傳送至流動控制口 430的流體可由合適的外部泵送或致動裝置或總成提供，并且/或者可由從護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)400內(nèi)收獲流體能量提供。
[0105]圖21描繪護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)500的另一示例性實施例。系統(tǒng)500為不帶有噴射器護(hù)罩的單護(hù)罩系統(tǒng)。同樣地，圖21示出根據(jù)本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)500的示例性實施例。流體渦輪機(jī)系統(tǒng)500包括渦輪機(jī)護(hù)罩總成510、吊艙體550以及轉(zhuǎn)子總成540。渦輪機(jī)護(hù)罩總成510包括前端512和后端516。支撐部件506將渦輪機(jī)護(hù)罩總成510連接至吊艙體550。
[0106]轉(zhuǎn)子總成540包括由塔502支撐的中心轂541、吊艙體550以及渦輪機(jī)護(hù)罩總成510。轉(zhuǎn)子總成540和渦輪機(jī)護(hù)罩總成510可以是彼此同軸的，即它們共用公共中心軸線505。渦輪機(jī)護(hù)罩總成510的后端516具有混合元件，包括向外指向的混合元件515以及向內(nèi)指向的混合元件517。
[0107]在示例性實施例中和如圖21所示的，系統(tǒng)500包括邊界層激勵部件530。邊界層激勵部件530可采取渦流發(fā)生器和/或流動控制設(shè)備或流動控制口 530等的形式，類似于上面結(jié)合圖1-20所討論和描述的。
[0108]如上所述，邊界層激勵部件530被配置和限定尺寸以改變流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成510上面)的流體邊界層(例如，防止流體邊界層的分離)，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)500的性能。通常，至少一個邊界層激勵部件530與系統(tǒng)500的表面相聯(lián)并且/或者相對于其安裝(例如，相對于潤輪機(jī)護(hù)罩總成510的表面)。在不例性實施例中，多個邊界層激勵部件530與渦輪機(jī)護(hù)罩總成510的表面相聯(lián)。
[0109]如上面結(jié)合圖1-20所討論的，需要注意的是，邊界層激勵部件530可在任何合適的位置與總成510相聯(lián)或者定位在總成510上。例如，系統(tǒng)500可包括在護(hù)罩總成表面(總成510)的吸力側(cè)(例如，護(hù)罩總成的內(nèi)部上的低壓力側(cè))上和/或壓力側(cè)(護(hù)罩總成的外側(cè)或外部上的較高壓力側(cè))上的部件530。這樣，部件530可被配置和限定尺寸以激勵邊界層或向其提供流體流動以改變流體邊界層(例如，在流體已經(jīng)到達(dá)護(hù)罩總成510的尾緣之前延緩或防止流動分離)。
[0110]現(xiàn)在參照圖22-24，示出了根據(jù)本發(fā)明的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)1500的另一示例性實施例。如下面進(jìn)一步討論的，圖22-24示出具有邊界層激勵部件1530(例如，流動控制口 1530)的流體渦輪機(jī)系統(tǒng)1500，所述邊界層激勵部件1530與大致小面環(huán)形翼表面接合。邊界層激勵部件1530可以采取流動控制設(shè)備(例如，主動流動控制設(shè)備)或流動控制口 1530等的形式，盡管本發(fā)明不限于此。相反，需要注意的是，邊界層激勵部件1530可以采取其它的形式，例如渦流發(fā)生器。
[0111]在示例性實施例中和如圖22中所示的，渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510采取包括前緣部分1512(也被稱為入口端)的環(huán)形翼的形式。在某些實施例中，前緣1512為大致環(huán)形，從而在轉(zhuǎn)子總成1540的轉(zhuǎn)子葉尖與前緣1512的內(nèi)表面之間提供相對狹窄的間隙。前緣1512與帶有等橫截面1515(也被稱為渦輪機(jī)護(hù)罩小面，其從環(huán)形前緣1512過渡)的一系列大致線性段接合。渦輪機(jī)護(hù)罩小面1515在節(jié)點1517處互相連接，并且還包括后端1516，也被稱為渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510的出口或尾緣。
[0112]在一些實施例中，次級護(hù)罩總成1520 (例如，環(huán)形翼形狀的護(hù)罩總成)包括帶有等橫截面1535的大致線性段，另外稱為噴射器護(hù)罩小面，并且包括與渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510的尾緣1516流體連通的前緣1522和尾緣1524。小面1535在節(jié)點1537處互相連接。小面1535還在支撐護(hù)罩總成1510、1520的節(jié)點1517、1537的支柱1513處互相連接。護(hù)罩總成1510、1520與轉(zhuǎn)子總成1540、轉(zhuǎn)子轂1541以及吊艙體1550關(guān)于中心軸線1505同軸。轉(zhuǎn)子總成1540和護(hù)罩總成1510、1520由塔式結(jié)構(gòu)1502支撐。
[0113]在某些實施例中和如圖22-24中所示的，系統(tǒng)1500包括邊界層激勵部件1530。邊界層激勵部件1530采取流動控制設(shè)備、口或孔1530等的形式。通常，邊界層激勵部件1530被配置和限定尺寸以改變流動控制表面上面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510和/或噴射器護(hù)罩總成1520上面)的流體邊界層(例如，防止流體邊界層的分離)，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)1500的性能。通常，出于流動控制的目的，流動控制口或流動控制設(shè)備1530使用通過或經(jīng)由系統(tǒng)1500的空氣動力表面上的口 1530的高速流動。在示例性實施例中，傳送至流動控制口 1530的流體可由適合的外部泵送或致動裝置或總成提供，并且/或者可由從護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)1500內(nèi)收獲流體能量提供。
[0114]通常，至少一個流動控制口 1530與系統(tǒng)1500的表面(例如，渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510或總成1520的表面)相聯(lián)或相對于其安裝。多個流動控制口 1530可與渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510(或總成1520)的表面相聯(lián)。
[0115]流動控制口 1530可大約在渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510的前緣1512處或其近側(cè)與渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510相聯(lián)并且/或者定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510上。然而需要注意的是，流動控制口 1530可在任何適合的位置(例如，護(hù)罩總成的吸力側(cè)上，護(hù)罩總成的壓力側(cè)1538上等)與總成1510(或總成1520)相聯(lián)或者定位在總成1510(或總成1520)上。如此，流動控制口 1530可出于流動控制的目的(例如，為了激勵邊界層或向其提供流體流動，以在流體已經(jīng)到達(dá)護(hù)罩總成1510、1520的尾緣之前延緩或防止流動分離)被配置和限定尺寸。
[0116]如圖23-24所示，流動控制口 1530在向外的前緣1512近側(cè)與渦輪機(jī)護(hù)罩總成1510的內(nèi)表面相聯(lián)。流動控制口 1530還與噴射器護(hù)罩總成1520的內(nèi)表面相聯(lián)。通過提供流體流過口 1530，空氣動力表面上面的邊界層附著可由通過口 1530的變化體積和/或角度的流動維持或擾亂，并且通過這樣做提供提升或降低渦輪機(jī)系統(tǒng)1500的性能(例如，翼性能)的方法。如上所述，傳送至流動控制口 1530的流體可由適合的外部泵送或致動裝置或總成提供，并且/或者可由從護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)1500內(nèi)收獲流體能量提供。
[0117]盡管本發(fā)明的系統(tǒng)和方法已經(jīng)參考其示例性實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不局限于這些示例性實施例和/或?qū)嵤┓绞?。相反，通過本發(fā)明的內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適于多種實施方式和應(yīng)用是顯而易見的。本發(fā)明明確地包括所公開實施例的這樣的修改、增強(qiáng)和/或改變。由于可以在上述構(gòu)造中進(jìn)行許多改變并且可以做出本發(fā)明的許多差異很大的實施例而不脫離本發(fā)明的范圍，所以附圖和說明書中包含的所有內(nèi)容都應(yīng)被視為是示例性的而不具有限制意義。額外的修改、改變以及替換可用于前述內(nèi)容。因此適當(dāng)?shù)氖?，?yīng)認(rèn)為所附權(quán)利要求書是廣義的并與本發(fā)明的范圍相一致。
【權(quán)利要求】
1.一種護(hù)罩式流體渦輪機(jī)系統(tǒng)，包括: 轉(zhuǎn)子總成； 渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通；以及 至少一個邊界層激勵部件，其與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)，所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個第一邊界層激勵部件和多個第二邊界層激勵部件； 其中，所述多個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；以及 其中，所述多個第二邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述多個第一邊界層激勵部件和所述多個第二邊界層激勵部件與渦輪機(jī)護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個邊界層激勵部件； 其中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件；以及 其中，各個混合元件與至少一個邊界層激勵部件相聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述多個彎曲混合元件包括多個第一向內(nèi)彎曲混合元件和多個第二向外彎曲混合元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，至少一個邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的高壓側(cè)上并且在所述多個向內(nèi)彎曲混合元件的向內(nèi)彎曲混合元件的近側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成限定具有頂端的翼環(huán)；以及 其中，所述至少一個邊界層激勵部件定位在翼環(huán)的頂端的近側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件為渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器為從渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面突出的突出部件的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，渦流發(fā)生器具有長度和高度；以及 其中，渦流發(fā)生器的長度為高度的約四倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，渦流發(fā)生器具有長度和高度； 其中，渦流發(fā)生器由柔性材料制成并且包括第一非屈曲狀態(tài)和第二屈曲狀態(tài)；以及 其中，當(dāng)渦流發(fā)生器為第二屈曲狀態(tài)時，渦流發(fā)生器的長度為高度的約八倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，各個彎曲混合元件包括過渡至尾緣處的彎曲平面形式的寬大前緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的下游并且與其同軸的噴射器護(hù)罩總成； 其中，至少一個邊界層激勵部件與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)，與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變噴射器護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的多個第一邊界層激勵部件和多個第二邊界層激勵部件； 其中，所述多個第一邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；以及 其中，所述多個第二邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述多個第一邊界層激勵部件和所述多個第二邊界層激勵部件與噴射器護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，噴射器護(hù)罩總成限定具有頂端的翼環(huán)；以及 其中，與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件定位在翼環(huán)的頂端的近側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)的所述至少一個邊界層激勵部件為渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器為從噴射器護(hù)罩總成的表面突出的突出部件的形式。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件為流動控制口，出于流動控制目的，流動控制口被配置和限定尺寸以使用通過流動控制口的高速流動，并且改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，從而改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個流動控制口定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個流動控制口用高速流動遠(yuǎn)程地激勵。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，通過從流體渦輪機(jī)系統(tǒng)收獲流體能量來用高速流動激勵所述至少一個流動控制口。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以防止渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層的分離，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性倉泛。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以降低流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成限定環(huán)形翼，所述環(huán)形翼具有過渡至小面尾緣的前緣。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，通過流動控制口的高速流動的體積或角度是可變的。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層來改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能。
28.—種護(hù)罩式流體潤輪機(jī)系統(tǒng),包括: 轉(zhuǎn)子總成； 渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件；以及 多個第一邊界層激勵部件和多個第二邊界層激勵部件，其與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)，各個邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，所述多個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)并且所述多個第二邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣與尾緣之間，所述多個第一邊界層激勵部件和所述多個第二邊界層激勵部件的至少一部分與渦輪機(jī)護(hù)罩總成的低壓側(cè)相聯(lián)，并且每個混合元件與至少一個邊界層激勵部件相聯(lián)。
29.—種護(hù)罩式流體潤輪機(jī)系統(tǒng),包括: 轉(zhuǎn)子總成； 渦輪機(jī)護(hù)罩總成，其繞轉(zhuǎn)子總成設(shè)置，渦輪機(jī)護(hù)罩具有低壓側(cè)和高壓側(cè)，低壓側(cè)與轉(zhuǎn)子總成流體連通； 至少一個第一邊界層激勵部件，其與渦輪機(jī)護(hù)罩總成相聯(lián)，所述至少一個第一邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變渦輪機(jī)護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能； 噴射器護(hù)罩總成，其定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的下游并與其同軸； 至少一個第二邊界層激勵部件，其與噴射器護(hù)罩總成相聯(lián)，所述至少一個第二邊界層激勵部件被配置和限定尺寸以改變噴射器護(hù)罩總成的表面上面的流體邊界層，以改變流體渦輪機(jī)系統(tǒng)的性能； 其中，渦輪機(jī)護(hù)罩總成包括多個彎曲混合元件； 其中，所述至少一個第一邊界層激勵部件定位在渦輪機(jī)護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)；以及 其中，所述至少一個第二邊界層激勵部件定位在噴射器護(hù)罩總成的前緣的近側(cè)。
【文檔編號】F03D1/04GK104395601SQ201380030365
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月10日
【發(fā)明者】R·魯巴克, C·H·維斯特加德, S·約爾特 申請人:奧金公司