CN106574636B - 用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法 - Google Patents

用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法 Download PDF

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Abstract

设计并配置成改善涡轮机的性能的流动控制设备和结构。示例性流动控制设备可以包括各种导流槽道(602)、肋、扩散器通道宽度减小部和其它处理部，且可以位于机器(500)的护罩侧(504)和轮毂侧中的一个或两个上，以重定向、引导或以其它方式影响涡轮机流场的部分，从而改善机器(500)的性能。本发明致力于用于涡轮机的壳体处理部。

Description

用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法
相关申请数据
本申请要求以下申请的优先权的权益：
序列号为的62/016,431的美国临时专利申请，其于2014年6月24日提交，且题为“Structures and Methods for Forcing Coupling of Flow Fields of AdjacentBladed Elements of Turbomachines,and Turbomachines Incorporating the Same”；
序列号为62/069,462的美国临时专利申请，其于2014年10月28日提交，且题为“Turbomachines with Strong-Side Pinch and Curvature”；
序列号为62/103,231的美国临时专利申请，其于2015年1月14日提交，且题为“Enhanced Vaneless Diffuser With Impeller Cover Slots and Ribs and Methods ofEnhancing Impeller and Diffuser Stage Performance”；以及
序列号为62/103,233的美国临时专利申请，其于2015年1月14日提交，且题为“Turbo-PD Features and Methods of Incorporating Turbo-PD Features IntoTurbomachinery”；
这些申请中的每一个通过引用以其全部并入本文。
发明领域
本发明通常涉及涡轮机械领域。特别地，本发明涉及用于涡轮机的流动控制结构及其设计方法。
背景技术
涡轮机级中的损失在强度和特性方面根据情况而变化，但是所有涡轮机级包括用于单相、单组分、流动的以下机理中的大部分：表面摩擦、二次流产生、出口混合、间隙流动、泄漏以及用于高度可压缩流动的冲击形成。这些机理又受许多设计参数的影响，例如，流速、入口压力和温度、出口压力、倾角和流动转向加表面曲率、厚度以及旋转状态，等等。损失不利地影响涡轮机性能，并且通常被理解为流动状态的退化，导致流动过程的总压力衰减和熵的增加。损失还可导致流动分离和失速和叶轮滑动，以及不均一的流场，其经常负面地影响下游元件的性能。仍然需要用于减少损失和减轻损失的影响的改善的设备和方法。
本公开的概述
在一种实施方式中，本公开涉及涡轮机。涡轮机包括：下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括轮毂和多个叶片，并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘，并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面，护罩和轮毂界定叶轮通路；叶轮设计并配置成：将工作流体排放到下游元件中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近轮毂和护罩中的一个的弱侧和靠近轮毂和护罩中的另一个的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；以及至少一个槽道，其沿下游元件的护罩侧和轮毂侧中的至少一个的一部分在流动方向上延伸，该至少一个槽道具有中心线，该中心线具有以角α延伸的切线，该角α从延伸穿过旋转轴线的子午参考平面在绝对参考系中测量，该至少一个槽道选择性地邻近流场的弱侧定位，并且被设计并配置成在大体上与α相同的方向上引导流场的弱侧的一部分。
在一个实施方案中，所述至少一个槽道具有位于所述叶轮的叶片的所述后边缘的上游的开始位置。
在一个实施方案中，所述至少一个槽道的所述开始位置大体上位于所述叶轮的所述入口处，且所述至少一个槽道被设计、配置并设定尺寸以用于两相流。
在一个实施方案中，所述流场的所述弱侧包括发散区域，其中，所述流场中的流管的第一部分的流角从所述流场中的其它流管的流角开始发散，其中，所述至少一个槽道的开始部位于与所述发散区域相邻或在所述发散区域上游的子午位置处。
在一个实施方案中，所述至少一个槽道具有沿所述槽道的长度变化的深度，所述槽道在邻近所述后边缘的位置处或在所述后边缘的下游的位置处具有最大深度。
在一个实施方案中，α跨越所述槽道的长度变化。
在一个实施方案中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角的平均绝对角αP，其中，所述至少一个槽道的邻近所述叶轮的出口的部分的所述α与所述标称出口角大体上相同。
在一个实施方案中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有平均绝对角αP，所述平均绝对角αP等于所述叶轮的入口处的入口角并接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角，其中，所述至少一个槽道的邻近所述叶轮的出口的部分的所述α具有在所述入口角和所述标称出口角之间的值。
在一个实施方案中，所述至少一个槽道是多个槽道，所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述护罩侧中，并且所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述轮毂侧中。
在一个实施方案中，所述至少一个槽道是多个槽道，所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述轮毂侧中。
在一个实施方案中，所述后边缘位于所述轮毂的最下游范围的下游，所述至少一个槽道的开始位置邻近所述最下游范围且在所述后边缘的上游。
在一个实施方案中，所述轮毂重叠所述下游元件的所述轮毂侧的一部分，所述轮毂包括延伸穿过所述轮毂的宽度并在所述叶轮通路和所述至少一个槽道之间提供流体连通的至少一个进入开口。
在一个实施方案中，所述下游元件是扩散器，所述下游元件的所述护罩侧和所述轮毂侧界定具有宽度的扩散器通路，其中，所述扩散器包括提供所述扩散器通路的宽度的减小的至少一个强侧收缩区域，所述至少一个强侧收缩区域包括在所述护罩侧和所述轮毂侧中的邻近所述流场的所述强侧的一者上的凸表面，所述凸表面提供具有比所述护罩侧和所述轮毂侧中的另一者上的通道宽度减小部大的减小部的通道。
在另一种实施方式中，本公开涉及涡轮机。涡轮机包括：下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括多个叶片并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮设计并配置成：将工作流体排放到下游元件中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近叶片的护罩侧的弱侧和靠近轮毂的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面；以及至少一个槽道，其沿护罩的一部分和下游元件的护罩侧的一部分在流动方向上延伸，该至少一个槽道设计并配置成增加弱侧绝对速度的子午分量。
在还有的另一种实施方式中，本公开涉及径向涡轮机。径向涡轮机包括：扩散器，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括轮毂和多个叶片并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有靠近叶轮入口的前边缘和靠近出口的后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮设计并配置成：将工作流体排放到扩散器中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近叶片的护罩侧的弱侧和靠近轮毂的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面；和至少一个槽道，其沿护罩在流动方向上延伸，该槽道的一部分位于出口处，该至少一个槽道被设计并配置成将流场的弱侧的一部分引导至扩散器中，从而改善流场的部分的流角和速度中的至少一个。
在还有的另一种实施方式中，本公开涉及用于涡轮机的流动控制结构的设计方法，该涡轮机具有带有入口和出口的叶轮、护罩、轮毂以及下游元件，轮毂和护罩界定叶轮通路。该方法包括使用计算机开发涡轮机的计算流体模型；用计算流体模型计算叶轮通路流场分布；在流场分布中识别具有二级流浓度的弱区域；以及设计至少一个槽道，该至少一个槽道用于在轮毂和护罩中的与弱区域相邻的至少一个中沿流动方向延伸，以用于将二级流大体上在流动方向上引导至下游元件中。
在一个实施方案中，所述识别还包括识别所述流场分布中的发散区域，其中，所述流场分布的第一部分的流角从所述流场的第二部分的流角发散，且所述设计包括邻近所述发散区域或在所述发散区域的上游定位所述至少一个槽道的开始位置。
在一个实施方案中，所述识别还包括识别所述叶轮的出口处的初级流分量的角度，且所述设计包括基于所述初级流分量的角度选择所述至少一个槽道的角度。
在还有的另一种实施方式中，本公开涉及设计用于两相流涡轮机的流动控制结构的方法，该涡轮机包括具有多个叶片的叶轮，每一个叶片具有前边缘和后边缘且每一个叶片沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮界定主叶轮通路，该主叶轮通路沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧。该方法包括使用计算机开发涡轮机的计算模型；用该模型计算待由叶轮输送的液体和蒸汽的量；设计至少一个流动方向槽道，该流动方向槽道用于在流动方向上捕获和输送液体和蒸汽中的一个，从而从主叶轮通路中去除液体或蒸汽。
在另外的实施方式中，本公开涉及径向涡轮机。径向涡轮机包括：叶轮，叶轮包括轮毂和多个叶片且具有入口、出口和旋转轴线，该多个叶片中的每一个具有靠近叶轮入口的前边缘和靠近出口的后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮被设计并配置成：在工作流体中产生流场，在出口处的流场包括靠近轮毂和叶片的护罩侧中的一个的弱侧和靠近轮毂和叶片的护罩侧中的另一个的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面，该护罩和轮毂界定叶轮通路；和扩散器，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧，该扩散器的护罩侧和轮毂侧界定具有一定宽度的扩散器通路，其中，扩散器包括至少一个强侧收缩区域(strong-side pinchregion)，该至少一个强侧收缩区域提供扩散器通路宽度的减小，该区域包括邻近流场的强侧的扩散器的护罩侧和轮毂侧中的一个上的凸表面，该凸表面提供具有比扩散器的护罩侧和轮毂侧中的另一个上的通道宽度减小部大的减小部的通道。
附图简述
为了说明本发明的目的，附图示出本发明的一个或多个实施方式的方面。然而，应理解，本发明不限于在附图中所示的精确布置和机构，其中：
图1是用于叶轮出口处的叶轮流场的流动分布的速度三角形的图，该速度三角形解析为初级流和二级流并且以绝对和相对参考系示出；
图2是叶轮出口处子午速度Cm的叶展方向分布的概念图；
图3是在高流量条件下的示例性离心式压缩机的各种叶展方向位置的绝对流角与子午位置的曲线图；
图4是针对示例性轴向涡轮机的各种叶展方向位置的绝对流角与子午位置的曲线图；
图5是具有导流槽道的示例性离心式压缩机的一部分的横截面图；
图6是图5中所示的离心式压缩机的护罩和扩散器的等轴侧横截面图；
图7是示出根据本公开制造的具有和不具有导流槽道的离心式压缩机的测试数据的压缩机性能图；
图8是具有导流槽道的护罩和扩散器的另一个示例性实施方案的横截面透视图；
图9是具有导流槽道的涡轮机的另一个实施方案的俯视图；
图10是具有导流槽道的涡轮机的另一个实施方案的俯视图；
图11是示出槽道宽度变化的图10的涡轮机的一部分的特写图；
图12是具有导流槽道的涡轮机的另一个实施方案的俯视图；
图13是导流槽道的示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的横截面图。
图14是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图15是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图16是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图17是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图18是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图19是导流槽道的另一个示例性横截面形状的从图12的剖面A-A的视角看的另一个横截面图。
图20示出了示例性槽道几何形状的俯视图；
图21是涡轮机的具有导流槽道的护罩和扩散器的另一个示例性实施方案的横截面透视图，该涡轮机被设计成以两相流和/或多组分流操作；
图22是图21的护罩和扩散器的另一个横截面透视图；
图23是对于两个不同的理想曲线的在叶轮出口处的叶展方向子午速度分布图；
图24是对于理想曲线和普通曲线的在叶轮出口处的叶展方向子午速度分布图；
图25是对于由导流槽道增大的速度曲线的在叶轮出口处的叶展方向子午速度分布图；
图26是对于普通曲线和增大曲线的在叶轮出口处的叶展方向绝对流角分布图；
图27是具有导流槽道的涡轮机的另一个实施方案的俯视图；
图28是图27的槽道中的一个的横截面图；
图29A是图27和图28的涡轮机的一部分的俯视图；
图29B是图27-29A的涡轮机的横截面侧视图；
图30是具有导流槽道的护罩的另一个实施方案的透视图；
图31是配置成与图30的护罩匹配的带轮叶的扩散器的透视图；
图32是组装的图30的护罩和图31的扩散器的透视图，且示出了相对于扩散器轮叶在记录位置(clocked position)中的导流槽道；
图33A是具有导流槽道的示例性轴向机器的侧视图；
图33B是图33A的涡轮机的一部分的俯视图；
图34是具有导流槽道的另一个示例性轴向机器的侧视图；
图35是图34的机器的一部分的特写的分解俯视图；
图36是具有强侧曲率的示例性扩散器的横截面侧视图；
图37是具有强侧曲率的另一个示例性扩散器的横截面侧视图；
图38是具有强侧曲率和弱侧处理部的示例性扩散器的横截面侧视图；
图39是具有强侧曲率和弱侧处理部的另一个示例性扩散器的横截面侧视图；
图40是具有强侧曲率的另一个示例性扩散器的横截面侧视图；
图41是具有强侧曲率的另一个示例性扩散器的横截面侧视图；
图42是具有强侧曲率的另一个示例性扩散器的横截面侧视图；
图43是具有双强侧曲率的示例性扩散器的横截面侧视图；
图44为图43的一部分的特写图；
图45是示例性捕获拐角失速单元的侧视图；
图46是另一个示例性捕获拐角失速单元的侧视图；
图47是具有强侧曲率的另一个示例性扩散器的横截面侧视图，示出了护罩侧等值线和导流槽道的可能变体；
图48是图47的扩散器的横截面侧视图，示出了可能的护罩侧等值线和导流槽道中的一个；
图49是图47的扩散器的横截面侧视图，示出了可能的护罩侧等值线和导流槽道中的另一个；
图50是图47的扩散器的横截面侧视图，示出了可能的护罩侧等值线和导流槽道中的另一个；
图51是示出用于设计涡轮机的流动控制结构的示例性过程的流程图；以及
图52是根据本公开的示例性实施方案的专用计算系统的框图。
详细说明
本公开的各方面包括设计并配置成进行以下中的一项或多项的流动控制设备和结构：减少涡轮机性能的损失的负面影响、改善涡轮机的性能，减少在上游元件中产生的对下游元件的损失的负面影响，以及改善上游和下游元件的联接和性能。如下文更详细描述的，根据本公开制成的示例性流动控制设备可以包括各种导流槽道、肋、扩散器通道-宽度减小部和其它处理部，其可以位于机器的护罩侧和轮毂侧中的一者或两者上，以重新指引、引导或以其它方式影响涡轮机流场的各部分，从而改善机器的性能。
涡轮机，无论是径向流、轴向流或混合流，以及无论是压缩机、泵或涡轮等，通常包括具有多个叶片并且围绕旋转轴线旋转并且设置在流体通道内的叶轮。如本文所使用的术语“叶轮”是指包括压缩机、涡轮、泵和风扇的任何类型的涡轮机的任何类型的叶片式叶轮或转子。涡轮机叶轮具有入口和出口，并且通常与下游元件(例如，扩散器或叶栅(cascade)或喷嘴或定子)流体连通。由于真实世界的影响，例如由表面摩擦、间隙流动、泄漏引起的损失，以及由旋转机器的基本性质引起的涡流，因此在叶轮流场中产生非均一性。这种非均一性可以根据叶轮通道中流体速度的大小和角度的非均一性来描述，流场的低损失区域大体上在例如大致遵循叶轮通道方向的第一方向上对准，并且流场的其它区域以各种其它角度和速度传送，直到主叶轮通道方向并包括垂直于主叶轮通道方向以及在主叶轮通道方向的相反方向。这样的偏角流场非均一性(off-angle flow field non-uniformity)表示系统中的损失，并且可能导致进一步的损失，例如，流动不稳定性、下游元件中的失速(stall)、叶轮中的回流或大叶轮出口空气动力学阻塞。如本文和所附权利要求中所使用的，术语“初级流”和类似术语是指叶轮流场的与通道方向大体上对准的低损失或零损失部分，且“二级流”和类似术语是指工作流体流场的其它部分，并且其可以包含涡度和可观的损失。
图1是在叶轮出口102处的工作流体速度分布100的简化图，其被分解为两个分量——初级流(p)和二级流(s)——并且以绝对和相对参考系示出。具体地，速度C在绝对或固定的参考系(例如，地球)中，且速度W在相对运动系(与叶轮一起旋转的观察者)中。U是叶轮外围或尖端轮速。图1示出了两组速度：具有下标“p”的较大的三角形表示初级流场的矢量速度。具有下标“s”的较平坦的三角形表示二级流的矢量速度。 Cm,p和Cm,s是绝对参考系中的初级速度和二级速度的子午分量，它们也是纯径向级的径向速度。αp和αs是相对于通过叶轮中心线旋转轴线的子午参考平面取得的在绝对参考系中测量的绝对流角。图1是流场的初级和二级分量的简化表示，其中，二次流动速度三角形以单个大小和角度(在绝对或相对参考系中)表示具有各种角度和速度的非常复杂的流动分布的平均值。
尽管图1是叶轮出口处典型流动变化的简化表示，但是其示出了流场的初级分量如何在相对参考系中被良好激励，具有更大相对速度WP和子午速度Cm,p，而二级流在该旋转系统中没有被良好地激励，具有显着较低的相对速度Ws和子午速度Cm,s。此外，叶轮出口流场通常具有一系列不同流角，在图1中简化为αp和αs，图1示出了二级流具有与初级流相比通常较大的平均绝对角αs。当流通过叶轮出口102时，这种流角的分布导致混合损失，这是由于高角度且低子午动量的二级流流管与叶轮出口部分中的初级流管结合并混合。
此外，这种具有对应的低Cm,s的大角度二级流由于子午方向上的低动量导致流动不稳定性、失速以及流动反转。大的二级流角还可以导致在随后的带轮叶的元件(例如，带轮叶的扩散器、定子或其它叶栅)的前边缘处的失速或导致与随后的无轮叶元件(例如，无轮叶扩散器)中的高损失相关联的长的浅的螺旋流动路径。这种二级流动可能导致叶轮和下游元件之间的差的联接和差的相互作用，这可能导致叶轮和下游元件两者的性能降低。
图2-4在空间上示出了二级流动可如何开始发展并且可如何在机器中的特定位置集中。图2概念性地示出了叶轮出口处的理想(202)和普通 (204)叶展方向速度分布，其具有沿着垂直轴线的叶轮流动绝对速度的 Cm或子午分量和沿水平轴线的％b2或叶展方向位置。在示出的示例中，0 表示护罩表面且1.0表示轮毂表面。如示出的，理想化的叶轮出口流速分布202可以包括具有薄边界层的规则(clean)且对称的曲线，实际上，普通分布204可以包括具有沿叶轮通道的护罩侧集中的低Cm的二级流，特别是在叶轮通道的第二半部分或至少一个出口部分(沿子午方向)中。尽管对于一些机器和操作条件，更常见的是沿机器的护罩表面形成低激励流，但是情况可以颠倒，并且较低Cm二级流沿轮毂表面更集中。
图3是示出在稳态高流动条件下示例性离心式压缩机的叶展方向绝对流角变化的计算流体动力学(CFD)计算的结果的示例性曲线图，其中，叶轮处于大约4°的倾角。在图3中，绝对流角α在竖直轴线上绘制，且％ M(即，叶轮流动路径在子午方向上的百分比)沿水平轴线绘制，其中，0 为叶轮前边缘，且1.0为叶轮后边缘。各种线模拟从叶片到叶片在圆周方向上平均的不同叶展方向位置(0％是轮毂表面且100％是护罩表面)处的流管。如示出在图3中的，叶轮流场的沿叶展方向的第一60％-70％(内叶展方向部分300)具有相当紧密的分组，具有大体上类似的绝对流角并且遵循大体上类似的轨迹。流管的内叶展方向部分300的轨迹还倾向于在叶轮的出口区域中变平，并且倾向于接近大约60度的标称出口角度。内叶展方向部分300大致近似初级流，并且60度的标称出口角度近似为初级流平均绝对角度αp(见图1和相应的讨论)。相比之下，在叶展方向上的外部约15％-30％(外叶展部分302)似乎开始由在发散区域304中的高角度二级流主导，发散区域304在所示实施方案中通过通道的大约70％子午位置发生，并且发散成高角度流，该高角度流是二级流场的典型特征并且被理解为引起本文所讨论的各种损失。尽管发散区域304的近似子午位置可以随着操作条件的变化而移动，但是类似的CFD计算显示流场在较低流动条件下具有类似的特征。例如，发散区域的子午位置可以在机器的最大上游位置和最大下游位置之间的操作范围内变化。如本领域普通技术人员将理解的，图3仅仅是示例，并且特定百分比和位置可以例如随着叶轮设计和机器类型而变化，并且在一些情况下，高角度二级流的区域可以存在于轮毂表面上。图4类似地示出了示例性轴向涡轮机中的多个模拟叶展方向流管的绝对流角与子午位置的关系。如示出的，外部90％-95％叶展方向流(外叶展方向部分400)开始受到叶轮出口部分中的发散区域402的区中的二级流的影响，例如，在示出的示例中发散区域为大约50％-70％M，并且其特征在于从初级流场发散的流角。因此，如在图2-4中示出的示例中所示出的，偏角二级流可以开始在发散区域中发展并且可以沿轮毂或护罩表面并且朝向叶轮流场的出口部分集中。如上面讨论的，这样的二级流表示涡轮机中的损失。
如下文更详细描述的，本公开包括各种流动控制结构，其被设计并配置成使二级流动对涡轮机的性能的影响最小化，从而改善涡轮机性能，包括操作范围、级压力升高(用于压缩机和泵)，和/或级效率，并且在某些情况下改善叶轮流场与下游元件流场的联接。还如下文更详细描述的，这种流动控制结构可以位于叶轮通路和下游元件通路两者中并且延伸穿过叶轮出口并与叶轮出口重叠，或者它们可以仅位于叶轮中或仅位于下游元件通路中。流动控制结构可以包括导流槽道，该导流通道大致沿着流动方向延伸并且具有被配置和设定尺寸为以优选角度重新指引叶轮流场的部分的角度。这样的槽道可以具有各种不同的横截面大小和形状以及各种不同深度轮廓(depth contour)。在一些实施方案中，这样的槽道可以沿着具有二级流集中的表面位于叶轮通路的出口部分中，并且这些槽道可以设计并配置成将二级流的部分在优选方向上引导到下游元件中，这减少了出口混合损失，改善了流动稳定性，并且改善叶轮和下游元件的联接。示例性流动控制结构还可以包括位于扩散器通路的具有较高动量的流动的一侧上的扩散器侧壁曲率，该扩散器侧壁曲率被设计并构造成影响在扩散器通路的相对侧上的存在较弱较低动量的流动的流场，从而改善扩散器性能。
图5和图6示出具有叶轮502的示例性离心式压缩机500，叶轮502 可旋转地设置在叶轮护罩504内且位于无轮叶扩散器506的上游。叶轮502 包括多个叶片508(只有一些被标记)以及入口512和出口514。叶轮叶片508在前边缘(未示出)和后边缘516之间沿子午方向延伸，并且在叶轮叶片508的轮毂518和护罩侧520之间沿叶展方向延伸。护罩504(有时也称为壳体)从叶轮入口512延伸至出口514且包括面对叶轮叶片508 的护罩侧520的面522。叶轮轮毂518和护罩504界定叶轮通路523，工作流体可以穿过叶轮通路523被压缩并且在出口514处排放到扩散器506。扩散器506包括界定前表面526的前板524和界定背表面530的背板528。扩散器入口532和叶轮出口514可以以类似的尺寸大体上对准，使得护罩 504和扩散器前表面526在叶轮出口514/扩散器入口532处大体上对准，并且轮毂518和扩散器背表面530类似地在叶轮出口/扩散器入口处大体上对准。在示出的示例中，叶轮502打开，使得在叶片508的护罩侧520和护罩面522之间存在小间隙，并且叶轮配置成相对于固定护罩504旋转。类似地，在轮毂盘外半径534和扩散器背板528之间存在小间隙，而护罩 504和扩散器前板524可以不包括任何这种空隙，并且可以在叶轮502和扩散器506之间形成一个连续表面。
如示出在图5和图6中的，护罩504可以包括多个导流槽道602(仅一些被标记以避免杂乱)，该多个导流槽道602围绕护罩周向地定位，并且从叶轮出口514的上游的在叶轮通路523内的开始位置604大致沿着流动方向延伸，并且在示出的实施方案中，沿前板526的前表面524延伸至扩散器506中。示例性槽道602被设计并配置成引导在叶轮502的出口区域中沿护罩504发展的二级流的一部分。例如，叶展方向绝对流角计算(例如，图3中示出的那些)可以用于确定槽道602的开始位置604。在一个实施方案中，开始位置604可以靠近计算的发散区域，例如，发散区域304 (图3)，在该发散区域中，开始发展高绝对角二级流。作为非限制性示例，开始位置604可以位于图3所示实施方案的大约70％的子午位置处，并且槽道602可以延伸到至少叶轮出口514，且在示出的实施方案中，向下游延伸到扩散器506中，从而在优选的方向上引导并指引二级流流出叶轮502 并进入扩散器506中，这可以增加这种流的子午分量，减少出口混合损失，并且改善扩散器506的入口区域中的流动稳定性。
在一个实施方案中，槽道602的曲率或角度可以与初级流绝对流角αp (见图1)大体上相同，并且槽道的角度可以沿着槽道的整个长度大体上恒定。这样的初级流角可以以各种方式被确定，包括实际机器的激光速度测量和/或CFD计算。对于非限制性示例，设计并配置用于图3中所示的径向压缩机的槽道602可以具有大约60°的恒定绝对角α，例如，与初级流在叶轮502的出口区域中接近的平均角度大体上相同的角度。如下文更详细描述的，在其它的实施方案中，槽道602可以具有各种角度。在一个示例中，槽道602的角度可以接近初级流的轨迹，并且因此可以具有用于叶轮502的第一部分(例如，在发散区域304的上游)的第一角度或第一系列角度，并且可以具有用于发散区域下游的位置的第二角度，并且，在一些示例中，槽道的角度可以在叶轮出口514的下游位置处继续变化，并且槽道延伸到扩散器506中。如下文更详细描述的，在还有的其它示例中，槽道602可以具有与初级流角大体上不相同的角。例如，在径向机器中，该角可以小于初级流角以指引二级流，并且在一些情况下，还以有意地超过初级流角的角度指引一些初级流。
因此，示出的槽道602通过位于叶轮502的出口区域并沿着护罩504 可以有效地用于重新指引二级流，并用于消除上面讨论的二级流的负面效果的主要部分。例如，槽道602可以将包含显著涡度且具有低子午动量的高角度二级流引导到初级流的方向，并且可以增加流动的动量的子午分量。槽道602中的重新指引的流然后可以与叶轮出口流场的在叶轮出口514的下游位置处的剩余部分重新组合，由于流角的更均匀分布而导致出口混合损失减少，且由于例如进入扩散器506的更稳定的流而导致扩散器性能的改善。
如下文更详细描述的，除了改变导流槽道(例如，槽道602)的开始和终止位置以及角度，槽道的所有其它参数还可以根据设计意图和应用被调节和定制。例如，如在图5和图6中示出的，槽道602的宽度WC小于在槽道之间延伸的槽岸(land)606(仅其中一些被标记)的宽度WL。在示出的示例性实施方案中，WC大约为WL的30％。在其它的实施方案中，槽道和相邻槽岸的相对宽度、位于护罩或轮毂中的槽道的数量以及槽道的周向间隔可以变化。另外，在示出的示例中，槽道602具有最大深度，该深度设计并配置成接受叶轮流场的由二级流主导的叶展方向部分。例如，示出的槽道602被设计用于该示例性压缩机，该示例性压缩机的流场性能示出在图3中且可以具有在叶轮出口514处在轮毂表面540和护罩面522 之间的叶展方向距离的大约5％-30％的范围内的最大深度。在其它的实施方案中，取决于各种考虑，包括槽道对涡轮机流的期望影响和槽道的期望功能，槽道602的最大深度可以变化。在一些实施方案中，最大槽道深度可以小于或等于叶展方向距离的5％，且在其它实施方案中，可以是叶展方向距离的50％-100％或大于100％。子午方向上的深度轮廓也可以改变。例如，示出的槽道602在开始位置604和叶轮出口514之间延伸的初始入口区域上具有逐渐增加的深度。这样逐渐增加的深度可以是沿护罩504发展的增加量的二级流的原因。槽道深度可以在各种位置达到最大位置，包括叶轮叶片后边缘516的上游、邻近处或下游。在示出的示例中，槽道602 在大体上邻近后边缘516的位置处达到最大深度，且然后在扩散器506中具有大体上恒定的深度，直到到达终止位置(未示出)，在终止位置，该深度可以逐渐减小，导致平稳过渡回到主扩散器通路。
导流槽道602还可以配置并设定尺寸为具有大小设定为适应沿由二级流主导的护罩表面的叶轮流场的期望的体积部分的横截面面积。在示出的示例中，槽道602具有带有锥形侧壁的大体上方形的横截面。如下面讨论的，可以使用各种其它横截面。
图7示出了示例性测试数据，该数据示出了可以通过诸如槽道602的导流槽道获得的益处中的一些。图7示出压缩机性能图700，具有沿着竖直轴线的压力比PRts和沿着水平轴线的参考质量流Mref。方形符号线来自没有导流槽道的无轮叶扩散器，并且三角形符号线来自具有导流槽道 (例如，槽道602)的同一机器。用于槽道和无槽道壳体的浪涌线706、708分别示出槽道602对压缩机浪涌线具有可观的影响，从而显著地增加了机器的操作范围。本发明人的测试还表明，使用导流槽道(例如，槽道 602)还可以导致来自压缩机级的更大的功输入和更高压力升高，以及改善的扩散器性能。尽管不限于特定的理论，但是认为由槽道602产生的改善的性能是由于从主叶轮通路523去除二级流中的一些并且以改善的角度重新指引高涡度流，从而增加流体的速度和动量的子午分量，减小叶轮出口514下游的混合损失，以及改善沿着扩散器前表面526的流动的稳定性。
图8示出位于带轮叶的扩散器802的上游的另一个示例性叶轮护罩 800的一部分。如示出的，护罩800可以包括用于引导叶轮流场的一部分的导流槽道804(只有其中的一些被标记)。类似于槽道602，槽道804可以具有在叶轮出口808的上游的开始位置806，且在示出的实施方案中，该槽道可以在扩散器轮叶812(只有一个被标记)的前边缘810的上游延伸至扩散器802中。在一个实施方案中，槽道804可以具有大体上恒定的角α，其与初级流分量的绝对角αp近似相同。在一些实施方案中，槽道804 的角度可以与扩散器轮叶812的角度近似相同，使得槽道可以以适当的角度有效地将流引导到扩散器802中。在一个实施方案中，槽道804和轮叶 812的角度可以设计并配置为联接系统，并且可以基于特定叶轮的流动特征来选择这些角度。例如，在一个实施方案中，设计用于具有带轮叶的扩散器802的涡轮机的导流槽道804的方法可以包括确定初级流分量的绝对流角αp和基于αp选择用于槽道804和轮叶812的角。在一个实施方案中，槽道804和轮叶812的角可以大体上与αp相同。这种方法可能与选择扩散器轮叶角的现有方法形成对比，现有方法可能需要选择平均角，该平均角不仅包括初级流角，而且包括与二级流相关的大角。使用槽道804重新指引二级流的一部分可以导致流角的更均匀分布，导致选择导致改善的扩散器性能并改善叶轮-扩散器的联接的扩散器轮叶角。
在示出的示例中，槽道804的宽度WC比在槽道之间延伸的槽岸814 的宽度WL大，且宽度WC和轮叶812之间的周向间隔大约相同。在示出的示例中，槽岸814可以充当从轮叶812的前边缘810向上游延伸的导流肋，该肋重叠叶轮出口808并延伸至叶轮通路中。因此，示例性护罩800 和扩散器802包括从叶轮出口部分延伸穿过叶轮出口808并延伸到扩散器802中的一系列槽道804和槽岸814，并且可以配置成改善叶轮出口808 处的出口流场的速度分布并改善叶轮流场和扩散器流场的联接。
图9-11示出设置在对应的各自的叶轮护罩902、1002中的导流槽道 900、1000(每种只有一个被标记)的另外的实施方案。如示出在图9中的，壳体902可包括叶轮部分904、扩散器部分906以及叶轮出口908，且可以包括围绕护罩周向设置的多个槽道900，且槽道900可以从叶轮部分延伸至扩散器部分。在示出的实施方案中，示例性槽道900设置在流动方向上且具有大体上恒定的宽度WC。槽道900被槽岸910(只有一个被标记)分开，槽岸910具有初始宽度WLi，初始宽度WLi与槽道宽度WC大约相同且该宽度逐渐增加至更大的出口宽度WLO。图10和图11示出可选的具有槽道1000和槽岸1004(每种只有一些被标记)的壳体1002，其中，槽岸在叶轮部分1006中开始，在点1008(仅一个被标记)处具有大体上零宽度和零深度，并且在子午方向上宽度逐渐增加。图11是槽道1000中的一些的特写视图，并且为了说明的目的，包括用于图形地示出当槽道从叶轮部分1006延伸到扩散器部分1010时槽道宽度WC的变化的圆1100。在示出的示例中，槽道宽度WC在叶轮部分1006中是恒定的，且然后在穿过叶轮出口1012并进入扩散器部分1010之后增加。在可选的实施方案中，延伸至下游元件中的导流槽道的宽度或横截面面积可以具有减小部。在可选的实施方案中，类似于槽道900或1000的槽道可位于壳体902、1002 的各个部分中。例如，根据本公开制成的槽道可以沿扩散器的整个长度延伸或可以向上游更远地终止，例如，在叶轮出口908、1012处，且槽道可以类似地向上游或下游更远地开始。例如，槽道可以在叶轮出口的上游开始。
图12-19示出根据设计意图和应用的可以被使用的示例性槽道几何形状。图12示出设置在表面1204中的示例性槽道1202，表面1204可以是护罩或轮毂表面，其中槽岸1205在其间延伸。槽道1202开始于叶轮区域 1206中，并且如虚线所示，槽道可以终止于叶轮出口1208处，或者可以延伸到下游元件1210中，下游元件1210可以是多种涡轮机部件中的任一种，包括扩散器、定子、喷嘴或叶栅。如下文更详细描述的，在一个实施方案中，如果在叶轮出口处出现流动通道的突然加宽，例如可能由于烟架的存在而发生，则导流槽道(例如，槽道1202)可以终止于叶轮出口1208。在其它的实施方案中，当不存在通路宽度的突然加宽时，槽道1202可以终止于叶轮出口1208附近。
图13-19示出来自图12的截面A-A处的横截面且示出各种示例性槽道几何形状。图13和图14示出了具有可选宽度的大体上方形的槽道1300 (图13)和1400(图14)，其中槽道1300更宽并且具有对应的更窄宽度的槽岸1302，并且槽道1400更窄，具有对应的更宽的槽岸1402。应理解，可以使用槽道宽度与槽岸宽度的任何比率，最佳槽道尺寸取决于应用和设计考虑。图15示出可选的槽道1500和槽岸1502、1504，其中，槽道和槽岸中的一个或两个的宽度可以跨越机器变化，这里，槽岸1504比槽岸1502 宽。在一些实施方案中，一个或多个更窄的槽岸1502可以设计并配置为跨越一个或多个槽道1500设置的导流肋。槽道1500可以具有均一的宽度，或可以具有围绕机器的圆周的对应变化的宽度。
图16和图17示出示例性的成角度的槽道1600(图16)和1700(图 17)。示例性槽道1600可以具有竖直壁1602和成角度的壁1604，且示例性槽道1700可以具有两个成角度的壁1702。具有成角度的侧壁的槽道可以提供多种设计选项，包括控制在经过的叶轮叶片和槽道之间的可能的不希望的压力波相互作用，和/或用于通过在叶轮旋转方向上倾斜来改善二级流的收集。图18示出具有弯曲的横截面的示例性槽道1800。示出的槽道 1800还具有从弯曲部分1804延伸的成角度的侧壁1802。应理解，本文公开的槽道几何形状中的任一种可以包括在槽道的基部处的弯曲部分，例如，弯曲部分1804，该弯曲部分可以减少在槽道中聚集的碎屑的量并且改善例如利用压缩空气和清洁溶液中的一种或多种从槽道清洁碎屑的能力，压缩空气和清洁溶液中的一种或多种可以根据需要通过维修通路注入这些槽道中的任一个(维修通路未示出)，以用于清洁目的。还应理解，可以使用各种横截面槽道深度曲率中的任一种，例如，根据槽道的宽度和期望的横截面形状。
图19示出具有浸没的流体通路1904的槽道1900的示例性实施方案，浸没的流体通路1904经由开口1906与叶轮流场流体连通。如示出的，浸没的流体通路1904的横截面形状可以变化，包括大体上方形的(1908) 或大体上圆形的(1910)的横截面形状。示例性槽道1900可通过将流场的一部分保持在浸没的通路1904内而在二级流和初级流场之间引起更明确的分离。这种分离可能是期望的，以增加槽道1900对二级流的有效性并减少二级流和初级流之间的混合损失。如下面将要更详细描述的，示例性槽道1900还可以用于设计成用于多相流和/或多组分流的机器中。
图20示出当从上方观察时(如当从叶轮通路的中心观察并且向外看向设置在护罩或轮毂表面中的槽道时)的示例性槽道几何形状。图20借助于示例示出具有与在其间延伸的槽岸2002的宽度WL相比相对宽的宽度 WC的槽道2000。槽道2000的深度在入口2004和出口2006处可以大体上为零，并且可以在入口和出口之间的点处增加到最大深度，并且边缘2008 可以与入口2004和出口2006相遇以形成大体上为矩形的入口和出口。槽道2016可以具有相对较窄的宽度WC，并且可以具有锥形入口2018和出口2020。槽道2022和2024可以具有浸没的通路2026和2028，浸没的通路以虚线示出，以指示它们在页面的表面和机器的相应部件的表面下方，并且槽道可以包括用于将流连通到浸没的通路的开口2030和2032。如示出的，示例性开口2030具有与浸没的通路2026相似的大小和形状，而开口2032大体上小于浸没的通路2028。
在一个实施方案中，具有浸没的通路(例如槽道1900、2022以及2024) 的槽道可以用于将叶轮流场的一些部分用管道输送到另一位置。在一个示例中，在2004年3月2日发布的且题为“Flow Stabilizing Device”的美国专利第6,699,008号中公开的管道中的任一种(与管道相关的这些部分通过引用并入本文)可以与具有浸没的通路的槽道一起使用，其中，槽道可以终止到管道138中。在其它实施方案中，来自槽道的流可以从初级流路径移除并且被设置路径以用于其它目的，例如用于在高负载涡轮机系统中的推力管理，用作诸如在现代气体涡轮机中的冷却流，用于在任何其它过程中冷却，用以支持化学反应过程，或用于从系统中除去不需要的组分。
如上面讨论的，导流槽道的大小、形状以及位置可以根据应用和设计意图变化。图21和图22示出具有槽道2102(仅仅两个被标记)的叶轮护罩2100的示例性实施方案，其可以被设计并配置成用于两相流和/或多组分流。如本领域已知的，在许多应用中发生相同分子组成部分的液体和蒸汽的两相泵送，并且电流泵具有关于在头部特性崩溃并且泵开始发生严重损坏之前它们可以容忍多少蒸汽的限制。通常，对系统施加操作限制以防止任何或至少大量的蒸汽存在于泵中。另外，需要用于多组分流的更稳健的泵送能力，这样的多组分流包括，例如，1)主要单一气体或带有悬浮的液滴、气泡或颗粒(固体)的气体混合物，2)携带悬浮的气泡(不同于相同分子结构的蒸汽)或颗粒(固体)的主要液体，或3)更复杂的混溶或不混溶液体和各种气体和固体的系统(例如，来自油井的流出物中的大部分恰好是不同相和组分的这种复杂混合物)。
用于设计可处理一定量的两相流的泵的设计考虑包括设计叶轮以在该流到达叶轮通道的端部之前产生足够的扬程，以迫使蒸汽经由较高压力返回到液体状态。另一个考虑是提供足够的横截面面积以允许液体和蒸汽流动，其中，蒸汽可能需要多得多的面积。示例性护罩2100和槽道2102 被设计并配置成实现两相泵送。示例性槽道2102在护罩2100的比例如槽道602(图5和图6)和804(图8)更长的部分上延伸，且在示出的示例中，槽道跨越护罩2100的整个长度从叶轮入口2104延伸到叶轮出口2106。根据应用，槽道2102的大小可以确定成具有比设计用于单相操作的槽道相对更大的横截面面积和体积，以处理液体和蒸汽的预期的体积流。示出的槽道2102和相邻的肋2108可以被设计成收集存在于叶轮流场中的大部分蒸汽(由于高的局部速度和其它效应，自然倾向于集中在护罩2100附近的蒸汽)，从而从主叶轮通道移除蒸汽。通过从叶轮去除蒸汽，由叶轮产生的扬程将不会被蒸汽明显地影响，如果蒸汽保留在叶轮通路中的话，由叶轮产生的扬程将会被蒸汽明显地影响。在一个实施方案中，系统可以配置成产生足够的扬程，该扬程可以被给予到槽道2102中的蒸汽上，以迫使大部分或大体上所有的蒸汽在离开叶轮时或离开叶轮之前转变为液体。
在一个实施方案中，槽道2102可以被配置和设定尺寸为强调可在根据本公开制成的导流槽道中发生的正位移泵送效应。尽管不限制于特殊的理论，但是在一些实施方案中，包括本文公开的导流槽道的涡轮机可以被认为是混合式机器，因为对槽道中的流所做的功是正位移(PD)类型的功 (其中，诸如槽道2102的槽道中的流体可以通过叶片力沿着槽道被推动有限距离)，而不是如在通过叶轮的叶片的连续旋转给予的功的情况下直接反映在角动量的变化中的功，从而产生混合的涡轮-正位移或涡轮-PD机器。导流槽道可以被设计并配置成强调该效应。相反，在本文公开的导流槽道的一些实施方案中，PD类型的功可以是最小的。在一个实施方案中，槽道2102可以被配置并设定尺寸为强调PD力，这可以有利于在经过叶轮叶片的作用下泵送直接的叶轮通道(在叶轮轮毂表面和叶轮叶片的护罩侧 (图21和图22中未示出)之间沿叶展方向延伸的通道)外部的蒸汽，经过叶轮叶片可以提供一系列冲击力以帮助扫掠沿着定向成流动方向的护罩槽道2102的流动。用于特定情况的槽道2102的区域调度可以包括诸如确保足够的横截面积以允许对应于密度的局部值的蒸汽或气体体积的考虑。具有更大横截面面积的槽道2102可能需要更大量的其它二级组分的蒸汽。
本文公开的槽道也可以用于在该流离开叶轮并进入下游元件(例如扩散器)时产生优选的速度曲线，这可以改善扩散器性能。图23-26概念性地示出可能影响本文公开的导流槽道和肋的设计的叶轮速度和角分布。图 23是叶展方向子午速度分布的概念图，在竖直轴线上具有子午速度Cm，在水平轴线上具有叶展方向位置b2，在示出的示例中，0是护罩，1.0是轮毂。图23示出了理想化的对称的规则的曲线，其中曲线2302示出了薄的入口边界层，且曲线2304示出了具有较大边界层和相关的空气动力学或流体动力学阻塞的曲线。图24比较了理想曲线2302与典型的叶轮出口曲线2402，典型的叶轮出口曲线2402的特征为许多中等的到高的比速级。图24示出了例如由于上面结合二级流所讨论的原因，速度的子午分量Cm可如何显著小于护罩和轮毂附近的理想值，并且在许多情况下沿着护罩(b2接近0)更是如此。
图25和26示出了增大的速度曲线2502(图25)和增大的角曲线2602 (图26)，其中本文公开的导流槽道可以沿着护罩和轮毂表面中的一个或两个定位在打开的或覆盖的叶轮上，以在增加流的子午速度分量的方向上重新指引流(图25)并改善流的角度(图26)。下面讨论轮毂侧槽道的示例性实施方案，以及用于覆盖的叶轮(即，不打开或部分打开的叶轮)的护罩侧槽道。在一个实施方案中，可以调节槽道的大小以定制速度曲线被增大的程度。例如，可以选择槽道的大小和构型，以捕获并指引二级流，并且在一些情况下，沿着护罩和轮毂表面中的一个或两个捕获并指引一定量的初级流以产生沿着护罩和轮毂更有能量的速度曲线。如此增大该流以在这些区域处激励该流可以改善下游的扩散器性能。因此，导流槽道的大小和几何形状可以被配置并被设定尺寸为消除流体动力学阻塞并改善下游扩散器性能。图26示出在竖直轴线上的绝对流角α和在水平轴线上的叶展方向位置b2，且对增大的角曲线2602和普通曲线2604进行比较。如上面讨论的，尽管流动分布通常具有沿着护罩表面的大的角度，这可能导致各种性能问题，但是本文公开的槽道可以用于减小沿着轮毂或护罩表面的角度。如示出在图25和图26中的，导流槽道可以被设计并配置成增大流场，使得沿着轮毂或护罩的重新指引流具有大于或超过初级流的角或子午速度分量的角或子午速度分量。例如，具有在叶轮入口处的初级流角和叶轮出口处的初级流角之间的角的槽道可用于调节叶轮流场的增大部分 2606。如示出在图26中的，沿护罩的角分布可以根据特定设计应用的需要而增加或减小。类似的效果可以在子午速度分布(图25)中实现以相对于普通曲线2504增加或减小增大部分2506的大小。
图27-29B示出大致在流动方向上延伸但是具有变化的角的导流槽道 2700的另一个实施方案。示例性槽道2700可以位于护罩2708和扩散器前表面2704中，并且延伸穿过叶轮出口2706。如示出在图28中的，图28 是来自图27的截面A-A的横截面图，槽道2700可以具有在叶轮2900(图 29B)的旋转方向上倾斜的侧壁2800。图29A和图29B进一步示出了槽道2700，其中图29A示出了护罩2708的一部分的俯视图，且图29B示出了与叶轮2900一起组装的护罩2708的横截面侧视图。如在图29A中示出的，槽道2700的角α沿着槽道的长度变化，其中，α从延伸穿过旋转轴线R (延伸进入和离开图29A中的页面)的子午参考平面在绝对参考系中测量。在示出的示例中，槽道2700的角α在子午方向上是可变的，其中槽道具有四个不同部分，每一个部分以不同的角延伸。槽道2700包括第一部分 2902，其从30％M延伸到50％M并且具有30度的角α(其中M是叶轮叶片2904(图29B)的子午距离，0％M是叶轮叶片前边缘2906且100％ M是叶轮叶片后边缘2908)。槽道2700还包括从50％M延伸到70％M并且具有50度角的第二部分2910，以及从70％M延伸到超过100％M并且具有65度角的第三部分2912。槽道2700的变化的角度可以被设计并配置成对应于叶轮流场的初级流分量的轨迹。例如，第一、第二和第三部分2902、 2910和2912的角度可以对应于与特定机器相关的初级流的平均绝对角。通过沿着护罩2708定位槽道2700，槽道可以有效地重新指引工作流体的邻近护罩的部分，例如，工作流体的具有低子午速度和高流角的弱部分。槽道2700可以具有沿着扩散器前表面2704(图27)的恒定角度，以用于将二级流引导到扩散器中，或者可以具有变化的角度。如本领域普通技术人员将理解的，部分的数量、特定角度和子午位置可以根据应用和设计意图而变化。例如，根据本公开制造的槽道可以具有少于或多于三个恒定角度部分，或者它们可以具有带有连续可变角度的一个或多个部分。
图30-32示出与带轮叶的扩散器3100组合的护罩3002中的导流槽道 3000的另一个示例。示出的槽道3000开始于叶轮入口3004的下游和叶轮出口3006的上游，并且由沿流动方向延伸并终止于叶轮出口的肋3008分开。扩散器3100包括顶部板3102、底部板3104以及在它们之间延伸的轮叶3106。示例性轮叶3106可以具有弯曲的前边缘，该前边缘具有延伸至扩散器入口3114的下部和上部支腿3110、3112。如在图32中示出的，护罩3002设计并配置成与扩散器3100的前板3102匹配。如在图32中示出的，槽道3000和肋3008的位置可以相对于轮叶3106的位置被“记录 (clocked)”。在示出的示例中，肋3008的后边缘可以大约位于相邻的轮叶3106之间的中点处。在其它的实施方案中，可以使用护罩3002相对于扩散器3100的其它相对位置。在示出的示例中，护罩3002具有与轮叶3106 的数量相同数量的肋3008和槽道3000。在其它的实施方案中，该数量可以不相同。应理解，可以使用槽道3000的数量到轮叶3106的数量的任何数量的记录方向(clocked orientation)和比率。在一个示例中，槽道的数量可以比轮叶的数量大，且扩散器轮叶的前边缘的一部分可以向上游延伸并在一些槽道之间形成肋(类似于图8的扩散器802和轮叶812)，且其它的槽道可以由在相邻的扩散器轮叶之间延伸的槽岸或肋界定，例如，在示出在图32的实施方案中。
图33A和图33B示出应用至轴向机器3304的示例性导流槽道3300、 3302，轴向机器3304可以是任何类型的轴向机器，包括涡轮机、压缩机或风扇。轴向机器3304可以包括叶轮3306，叶轮3306具有在轮毂3310 和叶片的护罩侧3312之间延伸的叶片3308(仅示出一个)。叶片3308和轮毂3310被固定到盘3311并且配置成围绕旋转轴线A沿箭头R的方向旋转。叶轮3306配置成相对于护罩3314旋转，其中护罩面3316面对叶片 3308的护罩侧3312。叶轮3306位于下游元件3318的上游，下游元件3318 可以包括叶片3319(例如定子叶片)以及前表面3320和后表面3322。
在示出的实施方案中，轴向机器3304包括沿着护罩3314的导流槽道 3300和位于轮毂3310下游的后表面3322中的导流槽道3302。尽管未示出在图33A中，但是示出的槽道3300和3302每一个可以是围绕机器周向间隔的多个槽道中的一个。槽道3300和3302可以具有本文公开的各种横截面几何形状和深度曲线中的任一种。如示出的，护罩侧槽道3300可以沿叶片3308的护罩侧3312的整个长度延伸，并且如实线和虚线所示，可终止于包括叶片3319的前边缘3330的上游或定子轮叶的前边缘的下游的各种位置。槽道3300的开始位置3334可以是前边缘3332的上游。在其它的实施方案中，开始位置3334可以位于向上游更远处，例如，叶轮叶片3308的前边缘3332的上游，例如，靠近叶轮流场的发散区域(见图4 和附带的讨论)。示出的槽道3300可以具有深度D，深度D在开始位置3334 处大体上为零，并且可以逐渐增加到最大深度。如示出在图33A中的，槽道3300的深度D在达到最大深度之后可以开始减小，或该槽道在开始减小之前可以具有基本恒定深度延续一些距离。最大深度的位置可以变化。在一个实施方案中，最大槽道深度的位置可以在叶片3308的后边缘3336 处或下游，且在一些实施方案中，可以在叶片3319的前边缘3330的下游。因此，槽道3300可以引导沿护罩3314发展的二级流的部分朝向优选的方向，且因此增加叶轮3306和定子3318的性能。
如示出在图33A和图33B中的，轴向机器3304还可以包括轮毂侧槽道3302。槽道3302可以位于定子平台3323的背表面3322中，并且轮毂 3310可以被缩减，使得后边缘3336可以在轮毂3310的缩减部分3340(图 33B)的下游，从而提供在靠近轮毂3310的流与槽道3302之间的流体连通。尽管仅仅示出四个槽道3302，但是可以包括另外的槽道，且可以围绕机器周向间隔。在示出的示例中，轮毂3310以扇形部3342缩减，以用于提供至槽道的流体连通。尽管仅示出一个扇形部3342，但是多个扇形部可以位于轮毂3310周围。在其它的实施方案中，可以使用其它形状的缩减部，包括架子(shelf)。如本领域普通技术人员将理解的，轮毂3310可以被缩减的量可被结构考虑限制，可允许缩减的程度随着诸如材料选择和操作条件的参数而变化。槽道3302可终止于各种位置，包括叶片3308的后边缘3336处或下游位置，例如，叶片3319的前边缘3330的下游。在其它的实施方案中，轴向机器可以仅仅具有槽道3300或3302，且该选择可以基于沿着具有较大的二级流浓度的表面定位槽道。
图34和图35示出应用至轴向机器3402的轮毂侧槽道3400的另一个实施方案。与轴向机器3304一样，机器3402可以包括固定到轮毂3406 和盘3408并且位于下游元件3410(例如定子)的上游的叶轮叶片3404。与轮毂3310不同，轮毂3406不被缩减。相反，如图35中最好地看到的，轮毂3406可以包括开口3412，以用于提供与位于下游元件3410的背表面 3414中的槽道3400的流体连通。图35是轮毂3406和背表面3414的俯视分解图，其示出在轮毂中的开口3412，开口3412提供在叶轮流场和槽道 3400之间的流体连通。如示出在图34中的，轮毂3406可以重叠背表面 3414，且开口3412的前边缘3416可以在叶片3404的后边缘3418的上游，从而允许叶轮通路中沿轮毂3406和在叶轮叶片后边缘3418上游的流进入槽道3400并由槽道3400引导。因此，图35中的视图为了说明目的而分解，并且开口3412与槽道3400重叠。尽管仅仅示出四个槽道3400和三个开口3412，但是可以包括更多的槽道和开口，且其可以围绕机器的圆周间隔开。如示出在图35中的，在示出的示例中，开口3412具有长形形状，且由于它们位于相对坐标系(在旋转轮毂3406上)中，因此该开口可以与例如初级流的相对速度WP对准。相比之下，并且如上所述，槽道3400 位于固定的背表面3414中，并且因此可以与绝对速度(例如，Cp)对准。示出在图34和图35中的这样的结构提供了图33中所示实施方案的替代方案，以用于在叶轮出口之前在叶轮槽道中引导轮毂侧流动。如将理解的，并且如下面更详细地讨论的，类似的构型可以用于径向机器，并且可以用在带护罩的或覆盖的轴向或径向机器的护罩侧上。
如上面讨论的，涡轮机通常遭受沿轮毂或护罩表面的子午速度和动量不足。例如，径向机器通常遭受沿护罩表面的径向动量不足。对于压缩机，在叶轮中产生的这种子午动量不足可以负面地影响叶轮下游的扩散器的性能，包括降低扩散器效率和产生流动不稳定性。一些现有的扩散器设计寻求通过在扩散器通道的弱的动量缺乏侧(例如，扩散器的护罩侧)上在扩散器的入口处包括扩散器通道宽度减小部或“收缩部(pinch)”来减小负面影响，从而增加子午速度并稳定流动。在一些情况下，现有设计包括在扩散器的护罩侧和轮毂侧两者上的通道宽度减小部，有时称为平衡收缩部，以增加子午速度和稳定性。然而，本发明人已经发现，代替主要的弱侧收缩部或平衡收缩部，扩散器性能(对于有轮叶和无轮叶扩散器两者) 以及整体系统性能可以在扩散器入口区域中通过强侧收缩部被最大程度地改善。换言之，主要通道宽度减小部在具有更大的子午动量和更大的稳定性的扩散器通路侧上，并且与具有子午速度不足的一侧相对。尽管不限于特定理论，但是这种强侧曲率可以通过利用叶轮出口流的更强分量来在涡轮机通路的相对的弱侧上施加更健康的压力分布来改善扩散器性能。此外，熟知的是，凸曲率倾向于引起流动不稳定性并加剧边界层生长。因此，在子午动量缺乏侧上包括通道宽度减小部的形式的凸表面的常见方法可能在已经不稳定的流场中产生不稳定性。
图36示出在区域3602中具有强侧收缩部的示例性无轮叶扩散器3600。叶轮3604可以位于扩散器3600的上游且可以被固定至轮毂3606并配置成围绕箭头R指示的旋转轴线A旋转。在操作过程中，叶轮3604可以在叶轮出口3608处产生流场，其具有沿着护罩表面3610的可能降低扩散器性能的高角度、低子午动量的二级流的浓度。如示出的，扩散器3600可以包括在扩散器背板3616的扩散器后表面3614中的强侧曲率3612。因此，曲率3612位于扩散器通路的与轮毂3606相同的一侧，并且与具有子午缺乏流的侧(这里为护罩表面3610)相对，以改善叶轮出口流沿护罩表面的稳定性。示例性曲率3612紧邻轮毂盘3606的外半径的下游开始，并且包括导致通路宽度减小部的渐变弯曲。图37示出在区域3702中具有强侧收缩部的示例性无轮叶扩散器，其具有可选的强侧曲率3704，其中后表面 3706的向内曲率在轮毂盘3606的下游更加逐渐地发生。示出的曲率3612 和3704两者大体上在叶轮出口3608处开始并且在扩散器的第一大约10％ M(其中，100％M是叶轮3604的子午长度)处结束。在可选的实施方案中，强侧曲率可以更长或更短，且可以具有沿着扩散器进一步向下的起始位置。对于非限制性示例，强侧曲率可以在扩散器的入口区域中的任何位置开始，或者可以开始于0％-10％M、10％-20％M、20％-30％M、30％-40％ M、40％-50％M、50％-100％M或100％-500％M(其中，0％M是扩散器入口并且100％M是扩散器入口下游的等于叶轮的子午长度的100％的距离的位置)的范围中的扩散器位置处。此外，强侧曲率长度可以变化，包括1％-10％M、10％-20％M、20％-30％M、30％-40％M、40％-50％M、 50％-100％M或100％-500％M。如将理解的，曲率的位置和程度、通道宽度减小部的量、减小部的类型(例如，直线的或弯曲的)可以随着应用而变化。还如将理解的，本文公开的任何扩散器曲率可以应用于带轮叶的或无轮叶的扩散器。
图38和图39示出扩散器3804、3904中的另外的示例性强侧曲率3800 和3900。图38和图39还示出了示例性弱侧处理部3806、3906，其可以与本文公开的任何强侧曲率结合以改善性能。示例性处理部3806是可以应用到弱侧(这里是护罩3808)的凹曲率或反向曲率的示例，以改善稳定性并减少回流。如将理解的，可以使用各种凹曲率中的任一种。示例性处理部3906(图39)是通道宽度突然增加的示例，例如“烟架(smoke shelf)”，其还可以改善稳定性并减少回流。因此，弱侧处理部3806、3906都涉及叶轮通路的径向动量缺乏侧上的局部通道面积增加。
图40和图41示出在叶轮出口4004、4104上游的叶轮4002、4102中开始的强侧曲率4000、4100的实施方案。如示出的，轮毂盘4006、4106 可以具有最大外直径的减小，使得轮毂外径向范围4008、4108可以位于叶轮出口4004、4104的上游，使得强侧曲率4000、4100可以在扩散器4009、 4109的入口之前开始。因此，背表面4010、4110的一部分可以界定叶轮通路的在叶轮后边缘4012、4112上游的部分，且可以沿叶展方向从轮毂 4006、4106朝内延伸，具有凸曲率，从而在后边缘的上游开始强侧曲率 4000、4100。图40和图41示出两个示例性曲率，其中，强侧曲率4100 比曲率4000大，并引起更大的通道宽度减小。如将理解的，各种曲率和宽度减小部中的任一种可以例如根据应用和设计意图被选定。
图42示出延伸穿过轮毂4202和扩散器背表面4204两者的强侧曲率 4200的另一个示例。如示出的，轮毂4202的可以是轮毂的出口部分的下游部分4206可以包括朝内的曲率，从而在叶轮后边缘4208的下游开始强侧曲率4200。因此，如示出在图40-42中的，轮毂侧曲率可以通过缩减轮毂盘或向轮毂表面添加朝内的曲率中的一者或两者位于叶轮后边缘的上游。
在一些实施方案中，不是强侧曲率4000、4100，或者除了它们之外，导流槽道可以位于与强侧曲率4000和4100大体上相同的位置。例如，轮毂侧槽道可以通过在叶轮出口4004、4104的上游位置处缩减轮毂盘4006、 4106并将槽道添加至扩散器4009、4109的轮毂侧以类似的方式添加到轴向机器3304的轮毂侧槽道3302(图33B)。在还有的其它示例中，带护罩的叶轮中的轮毂侧槽道或护罩侧槽道可以被添加至具有类似于轴向机器 3402(图34)的开口3412和槽道3400的结构的径向机器，其中，开口可以被添加至轮毂侧或护罩侧，其在叶轮通路和下面的槽道之间提供流体连通。
图43和图44示出强侧双曲率4300的示例，其可以包括在正的凸曲率4304上游的负的凹曲率4302。这种双曲率可以向扩散器设计提供增加的灵活性。例如，负的凹曲率4302可以缓和向强侧凸曲率4304的过渡并且增加沿着弯曲表面的流动的稳定性。如将理解的，曲率4302、4304的位置和长度以及相对长度可以变化。在一些实施方案中，如图43和图44 中虚线所示，扩散器背表面4306的位置可以是可调节的，使得可以调节曲率的程度和负曲率和正曲率的相对量以实现可变收缩部的能力。在示出的示例中，扩散器4308还可以包括沿着护罩4312的某通道宽度减小部 4310，然而，这种护罩侧收缩部小于从强侧曲率4300的宽度减小部，使得整个所示的扩散器4308具有强侧主要收缩部。如上面讨论的，在其它的实施方案中，扩散器的在护罩下游延伸的前表面可以不具有任何收缩部，例如可以是大体上平坦的，或者可以具有一定量的反向曲率，例如，图38 和图39中所示的那些。
图45和图46示出示例性捕获拐角失速单元4500、4600，其可以用在本公开的实施方案中以进一步改善扩散器稳定性和效率。如示出的，失速单元4500可以包括方形或矩形凹部，且失速单元4600可以包括大体上圆形横截面的凹部。这样的捕获拐角失速单元4500、4600可以被用于改善进入流控制，例如，通过定位在弱侧表面上的扩散器入口处，例如，与本文公开的强侧曲率中的任一个的位置大体上相对。例如，示例性捕获拐角失速单元4500、4600中的一个可以位于示例性弱侧处理部3806、3906(图 38、图39)中。
图47-50示出本文公开的流动控制结构的组合的示例性实施方案，包括强侧曲率和导流槽道以及肋的组合，用于改善涡轮机的性能。图47示出槽道4708、扩散器护罩侧表面4711的可能的变体，且图48-50分别示出在图47中示出的组合中的每一个。图47示出示例性叶轮4700和扩散器4702，其中，扩散器包括从强侧曲率4706的通道宽度减小部，如上面描述的，该通道宽度减小部可以改善扩散器性能。护罩4707可以包括一个或多个流动方向槽道4708，例如，本文公开的围绕护罩周向间隔的导流槽道中的任一个。从叶轮出口4710大体上竖直地延伸的三个虚线4711示出了示例性扩散器护罩侧表面，其中叶轮出口处的实线示出了可选的示例性烟架4712。成角度的虚线4714示出了槽道4708相对于各个扩散器护罩侧表面4711的可能位置，其中指示槽道4708的虚线可以在烟架4712的情况下突然终止于叶轮出口4710处，或者如果不使用烟架，槽道4708可以延伸到扩散器4702中，并且槽道的深度可以逐渐减小。
图48示出了具有通道宽度减小部的示例性扩散器护罩侧表面4711，其与强侧曲率4706组合导致双侧收缩部，该双侧收缩部由从强侧曲率4706 的更显著的通道宽度减小部支配。槽道4708延伸到扩散器4702中，线4714 和虚线4716示出了槽道的两个可能的深度轮廓，其中两个深度轮廓具有邻近叶轮出口4710的最大槽道深度，且曲线4716具有比曲线4714略微更加逐渐减小的深度。图49和图50示出局部烟架4902(图49)和完全烟架4712(图50)的形式的两个可能的弱侧处理部。如示出在图49中的，示例性扩散器护罩侧表面4711中的一个从局部烟架4902大体上竖直地延伸，且槽道4708延伸至扩散器4702中并终止在扩散器4702中。如示出在图50中的，在该示出的示例中的完全烟架4712位于叶轮出口4710的下游和强侧曲率4706的开始处，且槽道4708终止于完全烟架处。
图51示出用于设计根据本公开制成的流动控制结构的示例性流程 5100。如示出的，示例性流程5100以步骤5102开始，且可以包括开发涡轮机的计算流体模型，并且在步骤5104，可以计算例如叶轮通路中的流场分布。在一些情况下，还可以为下游元件确定流场分布，并且可以针对各种不同的操作条件计算这种流场分布。如本领域已知的，这样的计算可以以各种方式执行，包括使用各种软件中的任何软件的一维、二维和三维计算建模技术，包括通常称为计算流体动力学(CFD)的技术，并且这样的计算可以包括稳态和瞬态计算两者。
在步骤5106，计算的流场可以被分析以识别流场的弱区域。如本文描述的，流场的弱区域可以是由二级流支配的区域，或者可以具有弱的相对速度或子午速度分量，或者可以具有高度涡度，或可以具有显著不同于初级流角、直到反向流动且包括反向流动的角度分布。步骤5106还可以包括识别发散区域，二级流在该发散区域中开始发展。在步骤5108，流场还可以被分析以确定流场的强区域的特征。例如，步骤5108可以包括识别叶轮通路中各个位置处的流场分布的初级分量的流角。在步骤5110，在分析计算的流场分布之后，可以识别用于定位本文公开的流动控制结构的涡轮机的区域。例如，如果沿叶轮通路的出口区域中的护罩表面识别弱流的区域，并且识别弱流区域开始发展的发散区域，则护罩的部分(例如，邻近发散区域且在发散区域的下游)可以被选择用于定位根据本公开制成的一个或多个导流槽道。叶轮通路的与弱流区域相对侧上的位置也可以被选定用于添加根据本公开制成的强侧曲率。在步骤5112，在选定用于添加流动控制结构的一个或多个表面或位置之后，可以在涡轮机中设计和实施这种流动控制结构，例如，导流槽道和肋以及强侧支配曲率。
如对于计算机领域的普通技术人员将是显而易见的，可以使用根据本说明书的教导编程的一个或多个机器(例如，用作用于电子文档的用户计算设备的一个或多个计算设备，诸如文档服务器的一个或多个服务器设备，等等)来方便地实现本文所描述的方面和实施方案中的任何一个或多个。如对于软件领域的普通技术人员将显而易见的，基于本公开的教导，熟练的程序员可以容易地准备适当的软件编码。使用软件和/或软件模块的上述讨论的方面和实施方式还可以包括用于辅助实现软件和/或软件模块的机器可执行指令的适当硬件。
这样的软件可以是采用机器可读存储介质的计算机程序产品。机器可读存储介质可以是任何介质，其能够存储和/或编码由机器(例如，计算设备)执行的指令序列，并且使机器执行本文所述的方法和/或实施方案中的任一个。机器可读存储介质的示例包括但不限于磁盘、光盘(例如，CD，CD-R，DVD，DVD-R等)、磁光盘、只读存储器“ROM”设备、随机存取存储器“RAM”设备、磁卡、光卡、固态存储器设备、EPROM、EEPROM 及其任何组合。如本文所使用的，机器可读介质旨在包括单个介质以及物理上分离的媒介的集合，比如，例如，光盘或一个或多个硬盘驱动器结合计算机存储器的集合。如本文所使用的，机器可读存储介质不包括信号传输的暂时形式。
这样的软件还可以包括在诸如载波的数据载体上作为数据信号承载的信息(例如，数据)。例如，机器可执行信息可以作为数据载体中包含的数据携带信号(在数据载体中信号对指令序列或其部分进行编码以由机器(例如，计算设备)执行)和使得机器执行本文描述的方法和/或实施方案中的任一个的任何相关信息(例如，数据结构和数据)被包括。
计算设备的示例包括但不限于电子书阅读设备、计算机工作站、终端计算机、服务器计算机、手持设备(例如，平板计算机、智能手机，等)、网络设施、网络路由器、网络交换机、网络桥、能够执行指定该机器将采取的动作的指令序列的任何机器及其任何组合。在一个示例中，计算设备可以包括信息服务站和/或被包括在信息服务站中。
图52示出了计算机系统5200的示例性形式的计算设备的一个实施方案的图示，其中，可以执行用于使控制系统执行本公开的方面和/或方法中的任一个或多个的一组指令。还可以想到，可以利用多个计算设备来实现特别配置的指令组，该指令组用于使设备中的一个或多个执行本公开的方面和/或方法中的任何一个或多个。计算机系统5200包括处理器5204和存储器5208，处理器5204和存储器5208经由总线5212彼此通信以及与其它部件通信。总线5212可以包括多种类型的总线结构中的任何一种，包括但不限于存储器总线、存储器控制器、外围总线、局部总线及其任何组合，使用各种总线体系结构中的任何一种。
存储器5208可以包括各种部件(例如，机器可读介质)，包括但不限于随机存取存储器部件、只读部件及其任何组合。在一个示例中，包括例如在启动过程中帮助在计算机系统5200内的元件之间传送信息的基本例程的基本输入/输出系统5216(BIOS)可以存储在存储器5208中。存储器 5208还可以包括(例如，存储在一个或多个机器可读媒介上)包含本公开的方面和/或方法中的任何一个或多个的指令(例如，软件)5220。在另一个示例中，存储器5208还可以包括任何数量的程序模块，包括但不限于操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块、程序数据及其任何组合。
计算机系统5200还可以包括存储设备5224。存储设备(例如，存储设备5224)的示例包括但不限于硬盘驱动器、磁盘驱动器、与光学介质组合的光盘驱动器、固态存储设备及其任何组合。存储设备5224可以通过适当的接口(未示出)连接至总线5212。示例性接口包括但不限于SCSI、高级技术附件(ATA)、串行ATA、通用串行总线(USB)、IEEE 1394(FIREWIRE)及其任何组合。在一个示例中，存储设备5224(或其一个或多个部件)可以可移除地与计算机系统5200(例如，经由外部端口连接器(未示出))连接。特别地，存储设备5224和相关的机器可读介质5228 可以为计算机系统5200提供机器可读指令、数据结构、程序模块和/或其它数据的非易失性和/或易失性存储。在一个示例中，软件5220可以完全或部分地驻留在机器可读介质5228内。在另一个示例中，软件5220可以完全或部分地驻留在处理器5204内。
计算机系统5200还可以包括输入设备5232。在一个示例中，计算机系统5200的用户可以经由输入设备5232将命令和/或其它信息输入到计算机系统5200中。输入设备5232的示例包括但不限于字母数字输入设备(例如，键盘)、定点设备、操纵杆、游戏板、音频输入设备(例如，麦克风、语音响应系统，等)、光标控制装置(例如，鼠标)、触摸板、光学扫描器、视频捕获设备(例如，静态相机、视频相机)、触摸屏及其任何组合。输入设备5232可以经由各种接口(未示出)中的任一个连接到总线5212，该接口包括但不限于串行接口、并行接口、游戏端口、USB接口、FIREWIRE 接口、到总线5212的直接接口及其任何组合。输入设备5232可以包括可以是显示器5236的一部分或与显示器5236分离的触摸屏接口，如下面进一步讨论的。输入设备5232可以用作用于在如上所述的图形界面中选择一个或多个图形表示的用户选择设备。
用户还可以经由存储设备5224(例如，可移除磁盘驱动器、闪存驱动器，等)和/或网络接口设备5240向计算机系统5200输入命令和/或其它信息。诸如网络接口设备5240的网络接口设备可以用于将计算机系统5200 连接到诸如网络5244的各种网络中的一个或多个以及连接到其的一个或多个远程设备5248。网络接口设备的示例包括但不限于网络接口卡(例如，移动网络接口卡、LAN卡)、调制解调器及其任何组合。网络的示例包括但不限于广域网(例如，因特网、企业网络)、局域网(例如，与办公室、建筑物、校园或其它相对较小的地理空间相关联的网路)、电话网络、与电话/语音提供商相关联的数据网络(例如，移动通信提供商数据和/或语音网络)、两个计算设备之间的直接连接及其任何组合。诸如网络5244的网络可以采用有线和/或无线通信模式。通常，可以使用任何网络拓扑。可以经由网络接口设备5240将信息(例如，数据、软件5220，等)传送到计算机系统5200和/或从计算机系统5200传送。
计算机系统5200还可以包括用于将可显示图像传送到诸如显示设备 5236的显示设备的视频显示适配器5252。显示设备的示例包括但不限于液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、等离子体显示器、发光二极管 (LED)显示器及其任何组合。显示适配器5252和显示设备5236可以与处理器5204结合使用，以提供本公开的各方面的图形表示。除了显示设备之外，计算机系统5200可以包括一个或多个其它外围输出设备，包括但不限于音频扬声器、打印机及其任何组合。这样的外围输出设备可以经由外围接口5256连接到总线5212。外围接口的示例包括但不限于串行端口、USB连接、FIREWIRE连接、并行连接及其任何组合。
前述内容是本发明的例证性实施方式的详细描述。可做出各种修改和添加而不偏离本发明的精神和范围。上面所述的各种实施方式的每个的特征可视情况与其它所述实施方式的特征组合，以便提供在相关的新实施方式中的多个特征组合。此外，虽然前述内容描述了多个单独的实施方式，但是在本文所述的内容仅仅说明本发明的原理的应用。此外，虽然在本文的特定方法可被示出和/或描述为以特定的顺序被执行，但是该顺序在普通技能内是高度可变的以实现根据本公开的方法、系统和软件。相应地，该描述意欲只作为例子被采取，且不另外限制本发明的范围。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案。
在一个示例中，涡轮机包括：下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括轮毂和多个叶片，并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘，并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面，护罩和轮毂界定叶轮通路；叶轮设计并配置成：将工作流体排放到下游元件中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近轮毂和护罩中的一个的弱侧和靠近轮毂和护罩中的另一个的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；以及至少一个槽道，其沿下游元件的护罩侧和轮毂侧中的至少一个的一部分在流动方向上延伸，该至少一个槽道具有中心线，该中心线具有以角α延伸的切线，该角α从延伸穿过旋转轴线的子午参考平面以绝对参考系测量，该至少一个槽道选择性地位于邻近流场的弱侧处，并且被设计并配置成在大体上与α相同的方向上引导流场的弱侧的一部分。这种示例性涡轮机还可以包括以下特征中的一个或多个：
至少一个槽道具有位于叶轮叶片的后边缘的上游的开始位置。
至少一个槽道的开始位置大体上位于叶轮的入口处。
至少一个槽道被设计、配置并设定尺寸为用于两相流。
流场的弱侧包括发散区域，其中流场中的流管的第一部分的流角从流场中的其它流管的流角开始发散，其中，至少一个槽道的开始部位于与发散区域相邻或在发散区域上游的子午位置处。
涡轮机具有工作范围，且其中，发散区域具有在最大上游位置和最大下游位置之间的工作范围内变化的子午位置，且其中，至少一个槽道的开始部位于最大上游位置附近或最大上游位置上游的子午位置处。
叶轮具有子午长度，该至少一个槽道具有在下游元件的入口的下游以子午长度的至少10％的距离定位的终止位置。
叶轮具有子午长度，该至少一个槽道具有在下游元件的入口的下游以子午长度的至少3％的距离定位的终止位置。
至少一个槽道是多个槽道，每个槽道具有最大宽度并且围绕下游元件的入口周向地间隔，涡轮机还包括多个槽岸，每个槽岸具有最大宽度并且在多个槽道之间延伸。
该多个槽道的最大宽度大于该多个槽岸的最大宽度。
该多个槽道中的每一个的最大宽度是该多个槽岸的最大宽度的至少两倍，该多个槽岸配置为导流肋。
该多个槽岸的最大宽度大于该槽道的最大宽度。
至少一个槽道包括位于后边缘的上游的第一部分，该第一部分具有大体上恒定的宽度。
至少一个槽道具有位于下游元件的入口的下游的第二部分，该第二部分具有变化的宽度。
至少一个槽道具有开始位置和宽度，其中，该至少一个槽道的宽度变化且该槽道在开始位置处会聚成一点。
至少一个槽道具有沿槽道的长度变化的深度，该槽道在邻近后边缘的位置处或在后边缘的下游的位置处具有最大深度。
该最大深度位于下游元件中。
α跨越槽道的整个长度大体上恒定。
α跨越槽道的长度变化。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有平均绝对角αp，其中，αp在叶轮通路的第一部分上变化并且接近叶轮通路的出口部分中的出口角，其中，该至少一个槽道的上游部分位于第一部分中，并且该至少一个槽道的下游部分位于出口部分中，其中，上游部分的α等于第一值，并且下游部分的α等于不同于第一值的第二值。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有接近叶轮通路的出口部分中的标称出口角的平均绝对角αp，其中，该至少一个槽道的邻近叶轮出口的部分的α与标称出口角大体上相同。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有接近叶轮通路的出口部分中的标称出口角的平均绝对角αp，其中，该至少一个槽道被设计并配置成将该二级流部分的一部分朝向与αp大体上相同的角引导。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有平均绝对角αp，其等于叶轮入口处的入口角并接近叶轮通路的出口部分中的标称出口角，其中，其中该至少一个槽道的邻近叶轮出口的部分的α具有在入口角和标称出口角之间的值。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有平均绝对角αp，其等于叶轮入口处的入口角并接近叶轮通路的出口部分中的标称出口角，其中，该至少一个槽道被设计并配置成以入口角和标称出口角之间的角度引导二级流部分的一部分。
流场包括初级流部分和二级流部分，初级流部分具有平均绝对角αp，其中α大体上与αp相同。
至少一个槽道包括浸没的流体通路和用于在叶轮通路和浸没的流体通路之间提供流体连通的至少一个开口。
该至少一个开口包括沿叶轮通路定位的多个流体开口。
至少一个槽道是多个槽道，该多个槽道中的至少一个位于下游元件的护罩侧中，并且该多个槽道中的至少一个位于下游元件的轮毂侧中。
至少一个槽道位于下游元件的护罩侧中。
至少一个槽道位于下游元件的轮毂侧中。
该后边缘位于轮毂的最下游范围的下游，该至少一个槽道的开始位置邻近最下游范围且在后边缘的上游。
该轮毂重叠下游元件的轮毂侧的一部分，轮毂包括延伸穿过轮毂的宽度并在叶轮通路和该至少一个槽道之间提供流体连通的至少一个进入开口。
该下游元件是无轮叶扩散器。
下游元件是具有多个轮叶的叶片元件，该多个轮叶界定其间的带轮叶的通路。
至少一个槽道包括多个槽道，该多个槽道中的每一个与带轮叶的通路中的一个大体上对准。
至少一个槽道包括多个槽道，该多个槽道从多个带轮叶的通路被记录，使得槽道的中心线从带轮叶的通路的中心线被周向偏移。
该下游元件是扩散器，该下游元件的护罩侧和轮毂侧界定具有宽度的扩散器通路，其中，该扩散器包括提供扩散器通路宽度减小的至少一个强侧收缩区域，该区域包括靠近流场的强侧在护罩侧和轮毂侧中的一个上的凸表面，该凸表面提供具有比护罩侧和轮毂侧中的另一个上的通道宽度减小部大的减小部的通道。
至少一个槽道设计并配置成增加弱侧绝对速度的子午分量。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案：
在一个示例中，涡轮机包括：下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括多个叶片并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧；叶轮设计并配置成：将工作流体排放到下游元件中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近叶片的护罩侧的弱侧和靠近轮毂的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面；以及至少一个槽道，其沿护罩的一部分和下游元件的护罩侧的一部分在流动方向上延伸，该至少一个槽道设计并配置成增加弱侧绝对速度的子午分量。这种示例性涡轮机还可以包括以下特征中的一个或多个：
至少一个槽道设计并配置成在流动方向上将流场的弱侧的一部分引导至下游元件中。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案：
在一个示例中，径向涡轮机包括：扩散器，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；叶轮，其包括轮毂和多个叶片并且具有入口、出口以及旋转轴线，多个叶片中的每一个具有靠近叶轮入口的前边缘和靠近出口的后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮设计并配置成：将工作流体排放到扩散器中；并且在工作流体中产生流场，出口处的流场包括靠近叶片的护罩侧的弱侧和靠近轮毂的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面；和至少一个槽道，其沿护罩在流动方向上延伸，该槽道的一部分位于出口处，该至少一个槽道被设计并配置成将流场的弱侧的一部分引导至扩散器中，从而改善流场的部分的流角和速度中的至少一个。这种示例性径向涡轮机还可以包括以下特征中的一个或多个：
多个叶片的后边缘中的至少一个位于距旋转轴线的半径r2处，该至少一个槽道具有距旋转轴线的半径rc处的开始位置，且其中，rc/r2小于约1。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案：
在一个示例中，一种设计用于涡轮机的流动控制结构的方法，该涡轮机具有带有入口和出口的叶轮、护罩、轮毂以及下游元件，该轮毂和护罩界定叶轮通路，该方法包括：使用计算机开发涡轮机的计算流体模型；利用该计算流体模型计算叶轮通路流场分布；在流场分布中识别具有二级流浓度的弱区域；以及设计至少一个槽道，其用于在轮毂和护罩中的与弱区域相邻的至少一个中沿流动方向延伸，以用于大体上在流动方向上将二级流引导至下游元件中。这种示例性方法还可以包括以下特征中的一个或多个：
该识别还包括识别流场分布中的发散区域，其中，流动分布的第一部分的流角从流场的第二部分的流角发散，且该设计包括将至少一个槽道的开始位置定位在邻近发散区域处或在发散区域的上游。
该识别还包括识别叶轮出口处的初级流分量的角度，且该设计包括基于初级流角选择该至少一个槽道的角度。
该设计包括将至少一个槽道的角度设置为与初级流角大体上相同。
该设计包括设计槽道的横截面面积以捕获二级流和初级流，从而在叶轮出口处沿护罩和轮毂中的至少一个激励流动分布。
该设计包括沿轮毂和护罩两者定位多个该至少一个槽道以沿轮毂和护罩两者激励流动分布。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案：
在一个示例中，一种设计用于两相流的涡轮机的流动控制结构的方法，该涡轮机包括具有多个叶片的叶轮，每一个叶片具有前边缘和后边缘，且每一个叶片沿叶展方向从轮毂延伸至叶片的护罩侧，叶轮界定沿叶展方向从轮毂延伸至叶片的护罩侧的主叶轮通路，该方法包括：使用计算机开发涡轮机的计算模型；使用该模型计算待通过叶轮输送的液体和蒸汽的量；设计至少一个流动方向的槽道以用于在流动方向上捕获并输送液体和蒸汽中的一种，从而将液体或蒸汽从主叶轮通路移除。
在下面的段落中描述了本公开的另外的可选示例性实施方案：
在一个示例中，径向涡轮机包括：叶轮，叶轮包括轮毂和多个叶片且具有入口、出口和旋转轴线，该多个叶片中的每一个具有靠近叶轮入口的前边缘和靠近出口的后边缘并且沿叶展方向从轮毂延伸到叶片的护罩侧，叶轮设计并配置成：在工作流体中产生流场，在出口处的流场包括靠近轮毂和叶片的护罩侧中的一个的弱侧和靠近轮毂和叶片的护罩侧中的另一个的强侧，其中，流场的绝对速度的子午分量在强侧上比在弱侧上大；护罩，其具有面对多个叶片的护罩侧的面，该护罩和轮毂界定叶轮通路；和扩散器，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧，该扩散器的护罩侧和轮毂侧界定具有一定宽度的扩散器通路，其中，扩散器包括至少一个强侧收缩区域，该强侧收缩区域提供扩散器槽道宽度的减小，该区域包括邻近流场的强侧在扩散器的护罩侧和轮毂侧中的一个上的凸表面，该凸表面提供具有比扩散器的护罩侧和轮毂侧中的另一个上的通道宽度减小部大的减小部的通道。这样的示例性径向涡轮机还可以包括以下特征中的一个或多个：
该轮毂包括轮毂表面和出口部分，轮毂表面包括在出口部分中沿叶展方向的朝内的曲率。
凸表面在邻近叶轮出口处开始。
凸表面在叶轮出口上游开始。
该轮毂包括缩减部分，叶轮叶片中的至少一个在缩减部分的下游沿子午方向延伸，其中，凸表面的开始位置邻近缩减部分。
强侧收缩区域位于扩散器的入口部分中。
叶轮具有子午长度，并且强侧收缩区域具有在强侧收缩区域的上游侧上的开始位置，其中，强侧收缩区域的开始位置在扩散器入口的上游沿扩散器通路的中心线的距离D处定位，其中，D大体上等于或小于子午长度的200％。
D大体上等于或小于子午长度的100％。
D大体上等于或小于子午长度的50％。
D大体上等于或小于子午长度的30％。
扩散器的轮毂侧和护罩侧中的邻近流场的弱侧的一个在强侧收缩区域中大体上是平坦的。
扩散器的轮毂侧和护罩侧中的邻近流场的弱侧的一个包括在强侧收缩区域中的凹表面。
凹表面选自由全烟架、部分烟架以及弯曲表面组成的组。
扩散器的轮毂侧和护罩侧中的邻近流场的弱侧的一个包括捕获拐角失速单元。
强侧收缩区域还包括在护罩侧和轮毂侧中的邻近流场的强侧的一个上的凸表面的上游的凹表面。
扩散器的轮毂侧和护罩侧中的至少一个是可移动的，从而调节强侧收缩区域中的通道宽度减小的程度。
扩散器的轮毂侧和护罩侧中的邻近流场的弱侧的一个包括在流动方向上延伸的至少一个槽道，该至少一个槽道设计并配置成增加弱侧的绝对速度的子午分量。
在上面公开和在附图中示出示例性实施方式。本领域中的技术人员将理解，可对在本文特别公开的内容做出各种变化、省略和添加而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (51)

1.一种涡轮机，包括：
下游元件，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；
叶轮，其包括轮毂和多个叶片，并且具有入口、出口以及旋转轴线，所述多个叶片中的每一个具有前边缘和后边缘，并且沿叶展方向从所述轮毂延伸到所述叶片的护罩侧；
护罩，其具有面对所述多个叶片的所述护罩侧的面，所述护罩和所述轮毂界定叶轮通路；
所述叶轮被设计并配置成：
将工作流体排放到所述下游元件中；且
在所述工作流体中产生流场，所述出口处的所述流场包括靠近所述轮毂和所述护罩中的一个的弱侧和靠近所述轮毂和所述护罩中的另一个的强侧，其中，所述流场的绝对速度的子午分量在所述强侧上比在所述弱侧上大；以及
至少一个槽道，其沿所述下游元件的所述护罩侧和所述轮毂侧中的至少一个的一部分在流动方向上延伸，所述至少一个槽道延伸跨越所述下游元件的所述入口，所述至少一个槽道具有中心线，所述中心线具有以角α延伸的切线，所述角α从延伸穿过所述旋转轴线的子午参考平面以绝对参考系测量，所述至少一个槽道选择性地邻近所述流场的所述弱侧定位，并且被设计并配置成在大体上与所述角α相同的方向上引导所述流场的所述弱侧的一部分，
其中，所述至少一个槽道具有位于所述叶轮的叶片的所述后边缘的上游的开始位置。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道的所述开始位置大体上位于所述叶轮的所述入口处。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道被设计、配置并设定尺寸以用于两相流。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场的所述弱侧包括发散区域，其中，所述流场中的流管的第一部分的流角从所述流场中的其它流管的流角开始发散，其中，所述至少一个槽道的开始部位于与所述发散区域相邻或在所述发散区域上游的子午位置处。
5.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述涡轮机具有工作范围，并且其中所述发散区域具有在最大上游位置和最大下游位置之间的所述工作范围内变化的子午位置，且其中，所述至少一个槽道的所述开始部位于在所述最大上游位置附近或在所述最大上游位置上游的子午位置处。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述叶轮具有子午长度，所述至少一个槽道具有在所述下游元件的所述入口的下游以所述子午长度的至少10％的距离定位的终止位置。
7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述叶轮具有子午长度，所述至少一个槽道具有在所述下游元件的所述入口的下游以所述子午长度的至少3％的距离定位的终止位置。
8.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道是多个槽道，每个槽道具有最大宽度并且围绕所述下游元件的所述入口周向地间隔，所述涡轮机还包括多个槽岸，每个槽岸具有最大宽度并且在所述多个槽道之间延伸。
9.根据权利要求8所述的涡轮机，其中，所述多个槽道的所述最大宽度大于所述多个槽岸的所述最大宽度。
10.根据权利要求9所述的涡轮机，其中，所述多个槽道中的每一个的所述最大宽度是所述多个槽岸的所述最大宽度的至少两倍，所述多个槽岸配置为导流肋。
11.根据权利要求8所述的涡轮机，其中，所述多个槽岸的所述最大宽度大于所述多个槽道的所述最大宽度。
12.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道包括位于所述后边缘的上游的第一部分，所述第一部分具有大体上恒定的宽度。
13.根据权利要求12所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道具有位于所述下游元件的所述入口的下游的第二部分，所述第二部分具有变化的宽度。
14.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道具有开始位置和宽度，其中，所述至少一个槽道的所述宽度变化且所述至少一个槽道在所述开始位置处会聚成一点。
15.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道具有沿所述至少一个槽道的长度变化的深度，所述至少一个槽道在邻近所述后边缘的位置处或在所述后边缘的下游的位置处具有最大深度。
16.根据权利要求15所述的涡轮机，其中，所述最大深度位于所述下游元件中。
17.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述角α跨越所述至少一个槽道的整个长度大体上恒定。
18.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述角α跨越所述至少一个槽道的长度变化。
19.根据权利要求18所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有平均绝对角αP，其中，所述平均绝对角αP在所述叶轮通路的第一部分上变化并且接近所述叶轮通路的出口部分中的出口角，其中，所述至少一个槽道的上游部分位于所述第一部分中，并且所述至少一个槽道的下游部分位于所述出口部分中，其中，所述上游部分的所述角α等于第一值，并且所述下游部分的所述角α等于不同于所述第一值的第二值。
20.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角的平均绝对角αP，其中，所述至少一个槽道的邻近所述叶轮的出口的部分的所述角α与所述标称出口角大体上相同。
21.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角的平均绝对角αP，其中，所述至少一个槽道被设计并配置成将所述二级流部分的一部分朝向与所述平均绝对角αP大体上相同的角引导。
22.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有平均绝对角αP，所述平均绝对角αP等于所述叶轮的入口处的入口角并接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角，其中，所述至少一个槽道的邻近所述叶轮的出口的部分的所述角α具有在所述入口角和所述标称出口角之间的值。
23.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有平均绝对角αP，所述平均绝对角αP等于所述叶轮的入口处的入口角并接近所述叶轮通路的出口部分中的标称出口角，其中，所述至少一个槽道被设计并配置成以所述入口角和所述标称出口角之间的角度引导所述二级流部分的一部分。
24.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有平均绝对角αP，其中所述角α大体上与所述平均绝对角αP相同。
25.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道包括浸没的流体通路和用于在所述叶轮通路和所述浸没的流体通路之间提供流体连通的至少一个开口。
26.根据权利要求25所述的涡轮机，其中，所述至少一个开口包括沿所述叶轮通路定位的多个流体开口。
27.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道是多个槽道，所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述护罩侧中，并且所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述轮毂侧中。
28.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道位于所述下游元件的所述护罩侧中。
29.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道是多个槽道，所述多个槽道中的至少一个位于所述下游元件的所述轮毂侧中。
30.根据权利要求29所述的涡轮机，其中，所述后边缘位于所述轮毂的最下游范围的下游，所述至少一个槽道的开始位置邻近所述最下游范围且在所述后边缘的上游。
31.根据权利要求29所述的涡轮机，其中，所述轮毂重叠所述下游元件的所述轮毂侧的一部分，所述轮毂包括延伸穿过所述轮毂的宽度并在所述叶轮通路和所述至少一个槽道之间提供流体连通的至少一个进入开口。
32.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述下游元件是无轮叶扩散器。
33.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述下游元件是具有多个轮叶的叶片元件，所述多个轮叶界定其间的带轮叶的通路。
34.根据权利要求33所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道包括多个槽道，所述多个槽道中的每一个与所述带轮叶的通路中的一个大体上对准。
35.根据权利要求33所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道包括多个槽道，其中，所述多个槽道的所述中心线从所述带轮叶的通路的中心线被周向偏移。
36.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述下游元件是扩散器，所述下游元件的所述护罩侧和所述轮毂侧界定具有宽度的扩散器通路，其中，所述扩散器包括提供所述扩散器通路的宽度的减小的至少一个强侧收缩区域，所述至少一个强侧收缩区域包括在所述护罩侧和所述轮毂侧中的邻近所述流场的所述强侧的一者上的凸表面，所述凸表面提供具有比所述护罩侧和所述轮毂侧中的另一者上的通道宽度减小部大的减小部的通道。
37.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道设计并配置成增加弱侧绝对速度的子午分量。
38.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述叶轮是离心式叶轮。
39.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道被形成在所述下游元件的所述护罩侧和所述轮毂侧中的至少一个中。
40.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述至少一个槽道的所述开始部位于所述发散区域中的子午位置处。
41.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述流场具有子午平均绝对角分布，而且其中所述至少一个槽道的所述角α具有大体上与所述流场的子午平均绝对角分布相同的子午角分布。
42.根据权利要求1所述的涡轮机，
其中，所述流场包括初级流部分和二级流部分，所述初级流部分具有子午平均绝对角分布，
其中，所述至少一个槽道的所述角α具有子午角分布，所述子午角分布大体上与所述子午平均绝对角分布相同。
43.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述下游元件包括一排叶片，所述一排叶片具有前边缘，所述前边缘靠近所述下游元件的所述入口定位，其中所述至少一个槽道的一部分定位在所述下游元件的所述一排叶片的所述前边缘的下游。
44.根据权利要求1-43中任一项所述的涡轮机，其中，所述叶轮是径向叶轮。
45.根据权利要求1-43中任一项所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是单级径向压缩机或泵。
46.一种涡轮机，包括：
无轮叶扩散器，其具有入口、护罩侧以及轮毂侧；
叶轮，其包括轮毂和多个叶片，所述多个叶片具有后边缘；
护罩，其具有面对所述多个叶片的护罩侧的面；和
至少一个固定的槽道，其沿流动方向延伸并且被形成在所述无轮叶扩散器的所述护罩侧以及所述轮毂侧中的至少一个中，其中，所述至少一个固定的槽道具有位于所述叶轮的叶片的所述后边缘的上游的开始位置并且被设计并配置成引导沿所述流动方向从所述叶轮朝向所述无轮叶扩散器进入所述至少一个固定的槽道的工作流体，
其中，所述叶轮被设计并配置成：
将所述工作流体排放到所述无轮叶扩散器中；且
在所述工作流体中产生流场，所述叶轮的出口处的所述流场包括靠近所述轮毂和所述护罩中的一个的弱侧和靠近所述轮毂和所述护罩中的另一个的强侧，其中，所述流场的绝对速度的子午分量在所述强侧上比在所述弱侧上大；以及
其中所述至少一个固定的槽道具有中心线，所述中心线具有以角α延伸的切线，所述角α从延伸穿过所述叶轮的旋转轴线的子午参考平面以绝对参考系测量，所述至少一个固定的槽道选择性地邻近所述流场的所述弱侧定位，并且被设计并配置成在大体上与所述角α相同的方向上引导所述流场的所述弱侧的一部分。
47.根据权利要求46所述的涡轮机，其中，所述叶轮具有从所述叶轮的入口至出口的子午长度M，所述至少一个固定的槽道具有流动方向曲率，所述流动方向曲率与由所述叶轮跨越所述叶轮的出口区域产生的流场的流动方向角曲线大体上相同，所述出口区域跨越所述叶轮的至少10％M延伸。
48.根据权利要求47所述的涡轮机，其中，所述流动方向角曲线是所述流场的初级流部分的平均绝对角曲线。
49.根据权利要求47所述的涡轮机，其中，所述流动方向角曲线是所述流场的平均绝对角曲线。
50.根据权利要求46-49中任一项所述的涡轮机，其中，所述叶轮是径向叶轮。
51.根据权利要求46-49中任一项所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是单级径向压缩机或泵。
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