压缩机装置的空气轴承冷却路径的制作方法

压缩机装置的空气轴承冷却路径
1.相关申请的交叉引用以下是2020年6月2日提交的美国专利申请序列号16/889,967的部分继续申请，其全部公开内容通过引用并入。
技术领域
2.本公开总体上涉及涡轮机的涡轮段，并且更具体地，涉及一种带有到涡轮段排气流路径的出口的空气轴承冷却路径的压缩机装置。


背景技术：

3.燃料电池系统和其他机械常常包括涡轮机增压装置。例如，在燃料系统的情况下，可以包括燃料电池压缩机装置，以用于在空气被供给到燃料电池堆之前对其进行压缩。这可以提高燃料电池系统的运行效率。
4.然而，常规的涡轮机，诸如燃料电池压缩机装置存在各种缺陷。例如，可能难以将空气轴承系统（即，滑动轴承系统、轴颈轴承系统等）结合到燃料电池压缩机装置或其他涡轮机内。特别是，在没有对性能、制造效率等产生负面影响的情况下，向空气轴承部件提供冷却空气流的流体冷却系统可能难以结合。
5.此外，一些燃料电池压缩机装置包括吸收从燃料电池堆排出的液态水的涡轮段。液态水会阻止涡轮段、轴承系统等的运行。这种情况会导致旋转组的旋转喘振、轴承超载和/或以其他方式对压缩机装置产生负面影响。
6.因此，期望提供一种具有改进的空气轴承系统的涡轮机，例如燃料电池压缩机装置。期望提供一种带有改进的空气轴承冷却系统的涡轮机。还期望提供一种带有增加的吸水能力的燃料电池压缩机装置。从随后的详细描述和所附权利要求并结合附图和本背景讨论，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。


技术实现要素：

7.在一个实施例中，公开了一种涡轮机，其包括带有涡轮叶轮的旋转组和容纳该旋转组的壳体。该壳体限定了用于从涡轮叶轮排气的涡轮出口通道。该涡轮出口通道沿着涡轮出口通道的轴线指向下游方向。该涡轮机还包括空气轴承系统，该空气轴承系统带有至少一个轴承部件，该轴承部件支撑旋转组以相对于壳体旋转。该空气轴承系统包括轴承冷却路径，该轴承冷却路径流体连接到轴承部件并且具有轴承空气管路出口。该轴承空气管路出口流体连接到该涡轮出口通道并且沿轴线指向下游方向。
8.在另一个实施例中，公开了一种制造涡轮机的方法。该方法包括用空气轴承系统将涡轮机的旋转组支撑在壳体内。该旋转组包括涡轮叶轮。该壳体限定了用于从涡轮叶轮排气的涡轮出口通道。该涡轮出口通道沿着涡轮出口通道的轴线指向下游方向。该方法还包括将空气轴承系统的轴承冷却路径的空气管路出口流体连接到涡轮出口通道。该涡轮出口通道沿轴线指向下游方向。
9.在另外的实施例中，公开了一种燃料电池系统，其包括燃料电池燃料电池堆和电动涡轮增压器。该涡轮增压器包括带有涡轮叶轮的旋转组，该涡轮叶轮被构造为由来自燃料电池堆的高压排气驱动旋转。该涡轮增压器还包括容纳该旋转组的壳体。该壳体限定了用于从涡轮叶轮的低压排气的涡轮出口通道。该涡轮出口通道沿着涡轮出口通道的轴线指向下游方向。该涡轮增压器进一步包括带有至少一个轴承部件的空气轴承系统，该轴承部件支撑旋转组以相对于壳体旋转。该空气轴承系统包括轴承冷却路径，该轴承冷却路径流体连接到轴承部件并且具有轴承空气管路出口。该轴承空气管路出口流体连接到该涡轮出口通道并且沿轴线指向下游方向。
附图说明
10.在下文中将结合以下附图描述本公开，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：图1是根据本公开的示例实施例的带有涡轮机的横截面视图的燃料电池系统的示意图；图2是图1的涡轮机的涡轮段的一部分的等距视图；图3是根据示例实施例的图2的涡轮段的横截面视图；图4是根据示例实施例的图2的涡轮段的横截面视图；图5是根据示例实施例的图2的涡轮段的横截面视图；以及图6是根据示例实施例的图2的涡轮段的横截面视图。
具体实施方式
11.下面的详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开或本公开的应用和用途。此外，无意受在前述背景或以下详细描述中提出的任何理论的束缚。
12.广义上，本文公开的示例实施例包括涡轮机，诸如涡轮压缩机装置。在一些实施例中，涡轮机可以是带有涡轮段的燃料电池压缩机装置，该涡轮段接收来自燃料电池堆的排气以驱动涡轮叶轮。该涡轮段还可包括用于引导来自涡轮叶轮的排气流的涡轮出口通道。此外，涡轮机可包括带有空气轴承冷却路径的空气轴承系统，该空气轴承冷却路径向一个或多个轴承部件提供空气流以用于冷却目的并且用于支撑涡轮机的旋转组在壳体内的旋转。空气轴承冷却路径可包括流体连接到涡轮出口通道的空气管路出口。该空气管路出口可沿轴线指向下游方向。因此，空气轴承系统可以被流过轴承冷却路径的空气有效地冷却和稳固地支撑。同样，该空气可以直接输出到涡轮出口通道，而不会负面影响涡轮段的空气动力学性能。此外，在一些实施例中，涡轮机可能在到达涡轮段的高压排气流包含水分、液态水滴、水柱等的条件下运行。轴承空气管路出口的轴向指向的出口可以提供保护以免水沿上游方向侵入轴承冷却路径中。
13.本公开的附加示例实施例包括涡轮机的涡轮段（即，涡轮级），该涡轮段为其提供某些操作益处。在一些实施例中，涡轮段处的壳体限定了周向流动通道（例如，环形通道、蜗壳通道等）和出口。涡轮段还可包括涡轮叶轮，该涡轮叶轮沿着用于至少一种流体的第一流路布置在周向流动通道和出口之间。该壳体还可限定允许至少一种流体再循环的再循环流路。该再循环流路可包括再循环流动通路，该再循环流动通路将第一流路的涡轮叶轮上游
区域流体连接回周向入口通道。因此，涡轮叶轮上游区域内的流体（例如，液态水）可以再循环回到周向入口通道中，而不是沿着第一流路继续且穿越涡轮叶轮。因此，涡轮叶轮的旋转不太可能受到这种流体的影响。例如，当在燃料电池系统中使用时，本公开的涡轮段/级具有改进的吸水能力。
14.此外，壳体可限定轴承空气管路出口、周向流动通道、涡轮出口通道和与涡轮叶轮的叶片相对的表面。该轴承空气管路出口可延伸穿过壳体并穿越涡轮段。而且，该轴承空气管路出口可以在周向流动通道之上延伸（即，可以从径向向外布置）以将空气轴承系统的轴承部件流体连接到涡轮出口通道。此外，该壳体可包括将空气管路出口与涡轮出口分开的内部径向唇缘。该内部径向唇缘可沿涡轮出口在轴向和下游方向上引导空气管路出口。该内部径向唇缘也可用作阻挡水分、液态水、液滴等沿上游方向侵入空气轴承冷却路径的屏障。
15.首先参考图1，根据示例实施例示出了涡轮机101。如图所示，涡轮机101通常包括壳体119（示意性示出）和由一个或多个轴承121支撑以在壳体119内绕旋转轴线120旋转的旋转组118。在一些实施例中，旋转组118和壳体119可共同限定压缩机段110（即，压缩机级）和涡轮段113（即，涡轮级）。而且，马达段112可以轴向地布置在压缩机段110和涡轮段113之间。
16.旋转组118通常可包括轴149，其轴向延伸穿过压缩机段110、涡轮段113和马达段112。旋转组118还可包括压缩机叶轮130和涡轮叶轮131，它们附接到轴149的两个相对端。
17.涡轮机101的轴承121支撑旋转组118以在壳体119内旋转。在不脱离本公开的范围的情况下，轴承121可以具有各种构造。在图示的实施例中，轴承121是空气轴承（即，空气轴承系统）。然而，应当理解，轴承121可以包括滚子元件或者可以以其他方式构造。轴承121还包括各种结构（例如，完全浮动，半浮动，对开式，联接等）的给油轴颈轴承。此外，在一些实施例中，轴承121可包括给油滚动元件轴承。
18.如图1所示，轴承121可以是具有第一轴颈构件123、第二轴颈构件125和推力轴承构件127的空气轴承系统（滑动轴承、轴颈轴承等）。第一轴颈构件123和第二轴颈构件125可在马达134的相对侧上轴向间隔开。推力轴承构件127可轴向地布置在压缩机叶轮130和第一轴颈构件123之间。
19.轴承121（空气轴承系统）还可包括至少一个轴承冷却路径140。冷却路径140的至少一部分可以延伸穿过壳体119，将空气引导至轴承121的一个或多个部件以用于冷却目的和用于支撑旋转组118的旋转，如将讨论的。更具体地，空气可经由冷却路径140输送至推力轴承构件127以在两个轴向面上提供空气冷却膜，从而在运转期间支撑推力载荷。此外，空气可以经由冷却路径140输送到第一轴颈构件123和/或第二轴颈构件125，以在其中的径向空间中提供空气的冷却膜，从而在运转期间支撑径向载荷。
20.涡轮机101可以可操作地连接到燃料电池系统100并且可以被构造为用于燃料电池系统100的电子充电器（e
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charger）或电动压缩机装置。燃料电池系统100可包括包含多个燃料电池的燃料电池堆104。氢气可以从罐106供应到燃料电池堆104，并且氧气可以供应到燃料电池堆104以通过已知的化学反应发电。燃料电池堆104可以为诸如电动机105的电气装置发电。在一些实施例中，燃料电池系统100可以被包括在车辆中，诸如汽车、卡车、运动型多功能车、箱式货车、摩托车等。因此，在一些实施例中，电动机105可以将电能转换为
机械动力以驱动车辆的轮轴（以及因此一个或多个车轮）并使其旋转。
21.氧气可以至少部分地由涡轮机101提供给燃料电池堆104。更具体地，马达段112可以驱动旋转组118的旋转，压缩机段110可以在压缩空气流流到电池堆104时向中间冷却器128提供压缩空气流（由箭头124表示），以及来自堆104的排气流132可以被馈送回涡轮段113，涡轮段113继而向马达段112提供机械动力辅助。
22.燃料电池系统100和/或涡轮机101的各种部件可由控制系统135控制。控制系统135可以是带有处理器、各种传感器和用于电控制这些操作的其他部件的计算机化系统。在一些实施例中，控制系统135可以限定车辆的电气控制单元（ecu）或者可以是车辆的电气控制单元（ecu）的一部分。
23.然而，应当理解，涡轮机101的其他构造落入本公开的范围内。例如，本公开的涡轮机101可以设置在其他系统（即，而非燃料电池系统）中。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，涡轮段113的特征可被包括在涡轮增压器或其他涡轮机中。
24.现在参考图1
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3，将根据示例实施例更详细地讨论涡轮机101的壳体119。如图1示意性所示，涡轮机101的壳体119可包括压缩机壳体152、马达壳体150和涡轮壳体188。压缩机壳体152可以限定压缩机段110的一部分，马达壳体150可以限定马达段112的一部分，以及涡轮壳体188可以限定涡轮段113的一部分。壳体119的这些部分可以如下详述地组装在一起以共同容纳和支撑旋转组118。
25.在一些实施例中，压缩机壳体152可以是由金属制成的一体单件式弧形零件。压缩机壳体152可限定沿轴线120延伸并以轴线120为中心的入口153。压缩机壳体152还可包括凸形压缩机护罩表面141，其定位在入口153的下游方向上。压缩机壳体152还可包括绕轴线120延伸的蜗壳通道154。压缩机壳体152可以固定到马达壳体150的一个轴向面上，以覆盖旋转组118的压缩机叶轮130的正面。护罩表面141可以与压缩机叶轮130相对并且可以相对于压缩机叶轮具有相反的轮廓。入口153可以流体地连接到外部空间（即，环境），或者可以流体地连接到上游的压缩机装置以接收空气流。蜗壳通道154可以流体地连接到中间冷却器128以向其提供压缩的空气流124。
26.马达壳体150可以包括一个或多个部分，该一个或多个部分限定了空腔151，该空腔151用于接收和容纳马达134（例如，电动机）的一个或多个部分。在一些实施例中，马达壳体150可以在空腔151内容纳并支撑马达定子构件138，而马达转子构件136可以被支撑在旋转组118的轴149上。如图所示，定子构件138可以绕轴线120周向地围绕马达转子构件136；然而，在其他实施例中，转子构件136可以围绕定子构件138。
27.涡轮壳体188可包括外涡轮壳体195。在一些实施例中，外涡轮壳体195可为中空且由金属制成的一体单件式弧形零件。外涡轮壳体195可包括外径向部分160和内径向部分162。外径向部分160和内径向部分162可包括从外涡轮壳体195的轴向端部部分164轴向突出的壁或其他屏障结构。外径向部分160和内径向部分162可以在径向方向上间隔开。
28.内径向部分162可以是弧形的（例如，环形的）、管状的和中空的。内径向部分162可以包括弧形的轴向端部166。端部166可以径向向外地轮廓成型并且可以在其上限定凸形涡轮护罩表面189。涡轮护罩表面189可以覆盖在涡轮叶轮131的叶片的外边缘之上并与其相对。内径向部分162还可限定出口通道194，该出口通道194沿轴线120延伸并以轴线120为中心。出口通道194可以由沿着轴线120串联布置并且具有不同宽度（例如，不同的直径、半径
等）的多个管段共同限定。出口通道194可以由从轴向端部部分164沿一个方向轴向突出的第一涡轮排气管段142限定。出口通道194可以进一步由从轴向端部部分164沿相反方向轴向突出的第二涡轮排气管段143限定。第一涡轮排气管段142可具有第一内径144，而第二涡轮排气管段可具有第二内径145。第二内径145可以大于第一内径144。第一涡轮排气管段142和第二涡轮排气管段143可以在轴向上是直的并且可以以轴线120为中心并且与布置在第一涡轮排气管段142下游的第二涡轮排气管段143轴向串联布置。因此，排气流132可流过涡轮叶轮131、穿过第一涡轮排气管段142，然后穿过第二涡轮排气管段143以离开涡轮段113。
29.如图1所示，外涡轮壳体195可进一步包括至少一个轴承空气管路出口196。轴承空气管路出口196可以是轴承冷却路径140的流体通道。轴承空气管路出口196可延伸穿过外涡轮壳体195以将轴承121的一个或多个部件流体连接到出口通道194。因此，空气可以经由轴承冷却路径140提供给推力轴承构件127、第一轴颈构件123和/或第二轴颈构件125，并且该空气可以通过外涡轮壳体195的轴承空气管路出口196进一步向下游流动。
30.轴承空气管路出口196可以是带有上游端146和下游端147的细长通道、流体导管、软管等。轴承空气管路出口196在其从上游端146延伸到下游端147时可以是非线性的和弯曲的。
31.上游端146可以布置在马达壳体150处或紧邻马达壳体150。上游端146可经由轴承冷却路径140流体连接至推力轴承构件127、第一轴颈轴承构件123和/或第二轴颈轴承构件125以从其接收空气流。
32.轴承空气管路出口196还可包括轴向段148，其从上游端146沿下游方向轴向延伸（即，沿轴线120但与其径向间隔开）。出口196可进一步包括径向延伸段155，其从轴向段148沿下游方向朝向轴线120径向向内延伸。
33.此外，轴承空气管路出口196可包括下游末端147。下游末端147可以从径向延伸段155轴向弯曲并且可以布置在涡轮出口通道194处并且流体连接至涡轮出口通道194。下游末端147可沿轴线120指向下游方向。下游末端147可限定出口轴线159，其在图1中标出以示出下游末端147从涡轮叶轮131沿轴线120轴向指向下游方向。下游末端147可以至少部分地由指向下游的唇缘158限定。唇缘158可以是第一涡轮排气管段142的环形延伸部。因此，唇缘158可布置在第一涡轮排气管段142和第二涡轮排气管段143之间的过渡处。唇缘158可将轴承空气管路出口196与涡轮出口通道194径向分开。
34.外涡轮壳体195的外径向部分160可在与压缩机壳体152相对的轴向侧固定到马达壳体150的轴向面。因此，外涡轮壳体195可以覆盖在旋转组118的涡轮叶轮131的正面上。涡轮护罩表面189可以与涡轮叶轮131相对并且可以相对于涡轮叶轮具有相反的轮廓。
35.涡轮壳体188可进一步包括内涡轮壳体结构197。内涡轮壳体结构197可以是由金属制成的一体式构件。内涡轮壳体结构197可包括背板198和喷嘴结构199。背板198可以相对平坦并且可以大致垂直于轴线120延伸以覆盖在涡轮叶轮131的背面上。喷嘴结构199可以是弧形的，以至少部分地绕轴线120延伸。在一些实施例中，喷嘴结构199可以是环形和环状的（图2）。喷嘴结构199也可以固定到背板198并且可以远离背板轴向突出并且可以终止于轴向端部191。喷嘴结构199可包括多个喷嘴孔176，其大体沿径向延伸穿过其中。在一些实施例中，喷嘴孔176可以各自是圆形通孔，其轴线是径向指向的并且大致朝向涡轮叶轮
131。而且，如图2所示，喷嘴孔176可以绕轴线120以均匀间隔开的布置的方式布置。此外，如图2和3所示，喷嘴结构199的轴向端部191可以包括阻挡部178。阻挡部178可以是径向向外突出并且在周向方向上绕轴线120连续延伸的圆形凸缘。
36.如图1和3所示，内涡轮壳体结构197可以附接到外涡轮壳体195和马达壳体150。背板198的外径向部分可轴向布置在外涡轮壳体195和马达壳体150之间。轴149可以延伸穿过背板198的中央部分，并且喷嘴结构199可以环绕涡轮叶轮131。而且，喷嘴结构199的轴向端部191可以与外涡轮壳体195的弧形端部166配合。本领域普通技术人员应当理解，在此上下文中，术语“配合”将被广义地解释。端部191、166的相对表面可以以相应的方式成形并且紧邻布置以限定配合界面。这些表面可能会或可能不会物理连接以视为配合在一起。在一些实施例中，在这些相对表面之间可以包括密封构件，但是在下面详细讨论的一些实施例中可以省略这样的密封构件。在一些实施例中，端部191、166可以建立凸
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凹界面，其中，弧形端部166被接收在喷嘴结构199的轴向端部191内。在一些实施例中，弧形端部166的外径向表面170可以径向地与喷嘴结构199的轴向端部191的内径向表面172相对。下面将根据本公开的各种实施例更详细地讨论该界面。
37.当组装在一起时，外涡轮壳体195和内涡轮壳体结构197可共同限定绕轴线120延伸的周向入口通道192的至少一部分。入口通道192可以被径向地限定在外涡轮壳体195的外径向部分160和内径向部分162之间以及外径向部分160和喷嘴结构199之间。入口通道192可以被轴向地限定在背板198和轴向端部部分164之间。如图1所示，通道192可以是带有横截面面积的环形通道，当通道192绕轴线120延伸时，该横截面面积保持大致恒定。在其他实施例中，通道192可以是蜗壳通道，其中横截面面积在其绕轴线120延伸时而逐渐变化。在一些实施例中，通道192也可以绕轴线120螺旋地延伸。
38.而且，如图1所示，轴承空气管路出口196可以相对于轴线120从通道192径向向外布置。冷却空气流可流动至空气轴承121并可经由轴承空气管路出口196直接出口至涡轮出口通道194。出口196的下游端147可被轴向指向，而唇缘158朝下游方向轴向延伸。因此，与涡轮出口通道194汇合的来自出口196的空气流不太可能影响涡轮段113的空气动力学性能。此外，如果在穿过涡轮出口通道194的排气流中存在水分、水、液滴等（例如，在低速排气流条件下），唇缘158可以充当水、水分、等侵入轴承空气管路出口196中的屏障。
39.此外，外涡轮壳体195、内涡轮壳体结构197和涡轮叶轮131可共同限定涡轮叶轮上游区域174（图3）。涡轮叶轮上游区域174可以被径向地限定在喷嘴结构199和涡轮叶轮131的上游部分129（例如，叶轮131的叶片的前缘）之间。涡轮叶轮上游区域174可以被轴向地限定在外涡轮壳体195的轴向端部166和涡轮叶轮131的上游部分129之间。
40.应当理解，喷嘴结构199是本公开的可选特征。因此，在这些实施例中，涡轮叶轮上游区域174的外径向部分可通向周向入口通道192（即，不受喷嘴结构或其他类似结构的阻碍）。
41.如图1所示，周向入口通道192可以流体连接到燃料电池堆104以从其接收排气流132。涡轮段113可以限定用于排气流132的第一流路（由图1中的箭头180表示）。具体地，第一流路180中的流体可以从入口通道192沿下游方向流动、流过喷嘴孔176、流入涡轮叶轮上游区域174、经过涡轮叶轮131和护罩表面189并流入出口通道194以流出涡轮机101。该流体流可驱动涡轮叶轮131旋转以向旋转组118提供机械动力。
42.总体而言，在涡轮机101运行期间，入口空气流（由图1中的箭头122表示）可流入压缩机段110的入口153，并且入口空气流122可在其在压缩机叶轮130和护罩表面141之间向下游流动并进一步向下游流入蜗壳通道154中时被压缩。压缩空气流124可以离开蜗壳通道154并且可以被引导到中间冷却器128，然后被引导到燃料电池堆104以提高燃料电池系统100的运行效率。此外，如上所述，来自燃料电池堆104的排气流132可朝涡轮机101被引导回并由涡轮段113的通道192接收。高压排气流132可大体朝向涡轮叶轮131引导以驱动涡轮叶轮131的旋转，并且低压排气流可经由出口通道194离开。来自涡轮段113的机械动力可被转换为用于马达134的电力，以最终辅助压缩机叶轮130的旋转。
43.例如，如图3中所示，涡轮段113可进一步包括再循环流路182。再循环流路182可以从周向入口通道192延伸、穿过涡轮叶轮上游区域174并返回到周向入口通道192。因此，如将要讨论的，流体（例如，在排气流132内空气所带的液态水）可以循环穿过流路182而不影响涡轮叶轮131的旋转。
44.再循环流路182可以部分地由一个或多个再循环通路184限定，其将涡轮叶轮上游区域174与周向入口通道192流体连接。在由图2和3表示的一些实施例中，再循环通路184可以至少部分地由外径向表面170和内径向表面172之间的径向间隙限定。此外，在一些实施例中，再循环通路184可由一个或多个轴向延伸穿过外涡轮壳体195的轴向孔486限定。轴向孔486在图2中以虚线示出并且将在下面参考图6更详细地讨论。应当理解，再循环通路184可以具有其他构造而不脱离本公开的范围。此外，应当理解，再循环通路184可以包括特征的组合（例如，表面170、172之间的径向间隙和轴向孔486两者）而不脱离本公开的范围。
45.如上所述，在图3的实施例中，再循环通路184可由外径向表面170和内径向表面172之间的径向间隙限定。该间隙可以绕轴线120连续且环形地延伸。而且，在一些实施例中，外径向表面170和内径向表面172中的至少一者可以包括绕轴线120弧形延伸的凹部。例如，表面170、172中的至少一者可以包括弧形凹槽168。例如，在图示的实施例中，外径向表面170包括凹槽168。弧形凹槽168可以具有如图3所示的矩形横截面并且可以具有（径向测量的）凹槽深度167和（轴向测量的）凹槽宽度165。凹槽168也可以在径向外表面170上轴向居中。
46.因此，排气流132可包括气体（空气）和液体（水）的组合，其被接收在周向入口通道192内。该流体组合可以流过喷嘴孔176，以被接收在涡轮叶轮上游区域174内。涡轮叶轮上游区域174内的压力积聚可促使该组合的气态部分（空气）继续沿第一流路180到达出口通道194，并可促使液体部分（水）沿再循环流路182移动到再循环通路184中，从而返回到周向入口通道192。
47.再循环流路182可以增加涡轮机101的吸水能力。由流路182提供的液体再循环可以减少液体对涡轮叶轮131旋转的影响。例如，进入涡轮叶轮上游区域174的至少一些液体可以在再循环流路182内再循环一次或多次，而不是直接流过涡轮叶轮131。换句话说，再循环流路182可以降低沿第一流路180的瞬时液体流速。因此，第一流路180中的液体不太可能对涡轮叶轮131施加制动力以降低转速，从而提供涡轮机101的高效运转。而且，涡轮叶轮131的喘振旋转的可能性较小，因为叶轮131上的液体载荷可以减少、可以更加平衡等。此外，轴承121上的载荷可以减少并且涡轮机的使用寿命101可以延长。
48.图4示出了另一个实施例并且除了指出的之外可以与图3的实施例基本上相似。对
应于图3的部件通过相应的附图标号增加100来指示。如图所示，再循环流路282的通路284可由外径向表面270和内径向表面272之间的未密封径向间隙限定。凹槽268的横截面形状可以类似于图3的实施例为矩形，但凹槽268的深度267可大于图3所示的深度，且凹槽268的宽度265可小于图3所示的宽度。另外，喷嘴结构299的阻挡部278可以大于图3所示的阻挡部，使得阻挡部278径向向外突出到更大的尺寸。
49.图5示出了附加实施例，其中，对应于图3所示的那些部件通过相应附图标号增加200来指示。如图所示，再循环流路382的通路384可由外径向表面370和内径向表面372之间的未密封径向间隙限定。凹槽368的横截面形状可以类似于图3的实施例为矩形，不同之处在于凹槽368的深度367可小于图3所示的深度，且凹槽368的宽度365可大于图3所示的宽度。此外，如图5所示，喷嘴结构399可以是“无阻挡部的”，使得喷嘴结构399以大致恒定的直径突出，直到它紧邻外涡轮壳体395的轴向端部366终止。
50.应当理解，凹槽168、268、368的尺寸（例如，深度和/或宽度）可以被预先确定、选择和配置，使得再循环通路184、284、384为液体提供期望的流动特性以再循环。此外，可以选择阻挡部178、278的尺寸以提供从入口通道192、292、392朝向喷嘴结构199、299、399的期望流动特性，或者如图5所示可以省略阻挡部以提供期望的流动特性。还应当理解，可以选择通路184、284、384的其他尺寸和特征以提供期望的流动特性。
51.现在参考图2和6，将讨论附加的实施例。对应于图3的部件通过相应的附图标号增加300来指示。如图所示，再循环流路482的通路484可以由多个轴向孔486共同限定。至少一个孔486可以是圆形通孔，该圆形通孔在轴向上是直的并且延伸穿过外涡轮壳体495的轴向端部466。至少一个孔486可以基本上平行于纵向轴线延伸并且可以具有大致恒定的宽度（直径）。可以有任何数量的轴向孔486（例如，总共六个），并且如图2所示，孔486可以在周向方向上大致等距地间隔开。在一些实施例中，孔486的上游端475可布置在护罩表面489的上游和涡轮叶轮431的上游并且可通向涡轮叶轮上游区域474。孔486的下游端477可以与上游端475轴向对齐并且可通向周向入口通道492。在一些实施例中，外径向表面470和内径向表面472可以是光滑的和无凹槽的，而不是包括上面讨论的并在图4和图5所示的环形凹槽。因此，孔486可主要限定再循环流动通路484；然而，在其他实施例中，孔486和径向表面470、472之间的间隙可以共同限定再循环流动通路484。
52.总之，本公开的涡轮机101可以包括再循环流路182、282、382、482的多种构造。流路182、282、382、482增加涡轮机101吸入水或其他流体的能力。此外，轴承冷却路径可以出口到涡轮排气流路并且可以轴向地指向下游方向。因此，可以在不对涡轮段的空气动力学性能产生负面影响的情况下并入轴承冷却路径。此外，轴承空气管路出口的轴向指向的出口可提供保护以免水沿上游方向侵入轴承冷却路径中。
53.还可以有效地制造涡轮机101。特别地，涡轮段113处的壳体119可以以相对较少的步骤附接在一起并且可以具有相对较少的零件数。在制造的一些实施例中，内涡轮壳体结构197的背板198可层叠在马达壳体150上，其间带有一个或多个密封件。涡轮叶轮131也可以布置在喷嘴结构199内。然后，外涡轮壳体195可以通过一个或多个紧固件附接到背板198和/或马达壳体150，端部166被接收在喷嘴结构199内。因此，可提供包括再循环流路182、282、382、482的涡轮级113的特征。此外，可以高效地制造涡轮壳体195以包括轴承冷却路径出口196。
54.尽管在前述详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解存在大量变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或构造。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本公开的示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。