CN103649524A - 用于水力机械的转轮、配备有该转轮的水力机械以及包括该水力机械的能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水力机械的混流式转轮（200），包括：关于转轮（200）的旋转轴（Z）旋转对称的轮（1）；上冠（12）；多个向内弯曲的叶片（21），每个所述叶片（21）都具有外围边缘（212）。至少一个叶片的外围边缘（212）是弯曲的，并且凹面因此朝向转轮（200）的外侧。所述外围边缘（202）上的任意点与穿过外围边缘（212）与轮（1）之间的第一连接点并穿过外围边缘（212）与上冠（12）之间的第二连接点的直线之间的距离在外围边缘（212）上的中间点处最大。中间点（N）的半径（Rn）严格小于第一连接点（A）的半径（Ra），中间点（N）的半径（Rn）严格小于第二连接点（C）的半径（Rc）。

Description

用于水力机械的转轮、配备有该转轮的水力机械以及包括该水力机械的能量转换装置

技术领域

本发明涉及用于被强制流动的水流穿过的水力机械的一种混流式转轮（Francis runner）。当所述机械为水轮机时，这样的水流具有驱动转轮旋转的作用；并且当所述机械为泵时，这样的水流由该旋转产生。本发明还涉及一种配备有这样的转轮的水力机械。另一方面，本发明涉及一种包括这样的水力机械的能量转换装置。

背景技术

通常，用于将水能转换为电能的装置包含一工作在水轮机模式下的水力机械，并且所述水力机械被分配器控速的强制流动的水流穿过。所述水轮机的转轮驱动连接到交流发电机上的传动轴旋转。为了将所述交流发电机连接到电网上，水轮机的旋转速度必须稳定以使得交流发电机的输出处的电信号的频率等于电网的频率。在欧洲，电网的频率为50Hz；但是在诸如美国的其它地方，该频率值可能为60Hz。只要所述机械没有连接到网络上，转轮的转矩就为零。在瞬变工作阶段，水流中的压力波动导致不稳定，在此情况下，水轮机的转轮的旋转速度不稳定并且交流发电机不能连接到电网上。尤其是，在水轮机的启动过程中，分配器的逐渐打开引起水轮机的转轮的旋转速度的波动。随后，当分配器达到需要的打开程度时，一旦转轮的旋转速度稳定并且达到同步速度，所述交流发电机就被连接到电网上。

图1示出了现有技术的混流式转轮100，所述混流式转轮100包含轮101以及正对轮101的上冠112。转轮100还包含与轮101和上冠112成为一体并且在轮101与上冠112之间延伸的九个叶片121。当所述转轮属于工作在水轮机模式中的水力机械时，每个叶片121都具有直的前缘221，所述前缘221首先被强制流动的水流穿过。

在图4的中，X轴上表示“换算旋转速度”的数值（表示为每分钟转数，rpm），所述数值与水轮机的转轮旋转速度与水头的平方根的比率成比例；并且Y轴表示“换算转矩”的数值（表示为牛米），所述数值与所述转轮施加的转矩与水头的比率成比例。对于布置在该转轮上游的分配器的恒定打开程度，曲线图中C1到C6的每条曲线都根据换算旋转速度来给出换算转轮转矩。实线形式的曲线C1、C3和C5对应于装备有现有技术的转轮100的水轮机的工况，并且虚线形式的曲线C2、C4和C6对应于装备有根据本发明的转轮的水轮机的工况。

在曲线图左边部分的水轮机的小的换算旋转速度对应于大的水头，而在曲线图右边部分的水轮机的大的换算旋转速度对应于小的水头。点P1到P6分别位于曲线C1到C6和对应于零换算转矩的水平直线之间的交叉点处。因此点P1到P6给出转轮的换算旋转速度，所述转轮的换算旋转速度使得能够将交流发电机连接到电网上。在这样的曲线图中，已知斜率为负的曲线的工作点对应于水轮机的稳定工作，换句话说处于转轮的旋转速度稳定。相反地，斜率为正的曲线的工作点对应于转轮的不稳定的旋转速度，所述转轮的不稳定旋转速度使得无法将交流发电机连接到网络上。按照惯例，当仍然保持负斜率时，能够设法操作所述水轮机来针对可能的最小水头。

对于现有技术的转轮100，注意到对于与分配器的针对较大水头的第一打开程度相对应的点P1，曲线C1的斜率为负并且旋转速度稳定。至于与分配器的针对较小水头的第二打开程度相对应的点P3，曲线C3近似垂直，这意味着现有技术的转轮100的旋转速度不是非常稳定。最后，曲线C5为S形并且其斜率在点P5处为正，正的斜率对应于转轮100的不稳定的旋转速度。

总而言之，现有技术的转轮100无法单独地针对相对较小的水头稳定其旋转速度。

为了稳定现有技术的转轮的旋转速度，已知使用具有额外的连接装置的水轮机，所述水轮机具有异步导叶。这些导叶围绕转轮分布并且能够被异步化（即，为了获得图4中所示的具有负斜率的曲线，可以使它们相对彼此具有不同的方向以改变转轮周围的水流速率）。然而，异步化所述活动导叶一方面要求用于操纵所述活动导叶的伺服电机的安装被异步化；另一方面，要求安装合适的控制程序。

US-2005/013691公开了一种包含上冠和输送带的混流式转轮，在所述上冠和所述输送带之间延伸的叶片具有向内弯曲的前缘，所述前缘的凸面是圆周状的。如此，每个前缘都包含位于所述前缘的弯曲形状的底部的中间点。该转轮具有的几何特征使得：所述前缘与所述上冠之间的第一连接点的半径小于中间点的半径。在连接到电网的阶段中，这样的几何特征并不能提高所述转轮的旋转速度的稳定性。

发明内容

本发明旨在通过提出一种水轮机转轮来克服这些具体的不足，所述水轮机转轮的几何特征使得能够在瞬变开始阶段针对相对较小的水头稳定所述转轮的旋转速度。

为此，本发明目的在于提出一种用于水力机械的混流式转轮，用于被强制流动的水流穿过，包括：

-轮，所述轮关于所述转轮的旋转轴旋转对称；

-上冠，所述上冠关于所述旋转轴旋转对称并且正对所述轮；

-多个向内弯曲的叶片，所述多个向内弯曲的叶片与所述轮以及所述上冠成为一体，并且每个所述叶片都具有在所述旋转轴附近的中心边缘以及与所述中心边缘相对的外围边缘，所述外围边缘在所述轮与所述上冠之间延伸，并且当所述水力机械工作在水轮机模式中时，所述外围边缘用于首先被水流穿过。换言之，当所述水力机械工作在水轮机模式中时，水流从所述外围边缘朝向所述中心边缘流动。

至少一个叶片的所述外围边缘是弯曲的，凹面因此朝向所述转轮的外侧。在所述外围边缘上的任意点与穿过所述外围边缘与所述轮之间的第一连接点并穿过所述外围边缘与所述上冠之间的第二连接点的直线之间测得的第一距离在所述外围边缘上的中间点处最大。所述中间点的半径严格小于（strictementinférieur，小于且不等于）所述第一连接点的半径。所述中间点的半径严格小于所述第二连接点的半径。

由于所述叶片的所述外围边缘的凹陷的形状（与所述前缘相对应），当所述水力机械工作在水轮机模式中，所述水轮机被用于工作于较小的水头，同时继仍然在工作点处保持负斜率，使得能够将交流发电机连接到电网上。这就使得能够获得稳定的旋转速度，并且不需要添加额外的连接设备就快速地将所述水轮机连接到电网上，这尤其针对较小的水头。

根据本发明的优势但非强制的方面，考虑到任意技术可能的组合，这样的转轮能够具有以下特征中的一个或多个：

-所述中间点为距离所述直线最远的点。

-所述中间点在所述直线上的正交投影位于沿着所述直线延伸并且以所述直线的中点为中心的区域中。所述区域的高度小于每个叶片的高度的80%，更优地小于每个叶片的高度的10%，所述叶片的高度为在所述第一连接点与所述第二连接点之间测得的距离。

-所述叶片的所述外围边缘的形状为圆、椭圆、抛物线的一部分，甚至为任意曲线的一部分。

-第一比率具有：

-分母，所述分母为叶片的高度，所述叶片的高度为在所述第一连接点与所述第二连接点之间测得的距离；

-分子，所述分子为所述直线与所述外围边缘之间的最大距离，

所述第一比率在0%到200%之间，更优地在30%到80%之间。

-所述外围边缘的所述中间点位于所述连接点之间的中点。

-在平行于所述旋转轴并且垂直于第二平面的第一平面中，所述外表面是凸的并且所述内表面是凹的，所述第二平面穿过所述上冠与所述叶片的中间面之间的相交部分并且延伸了所述中间面，所述中间面位于所述叶片的所述外表面与所述内表面之间。

-在所述第一平面中，所述外表面和所述内表面的形状为圆、椭圆、抛物线的一部分，甚至为任意曲线的一部分。

-第二比率具有：

-分母，所述分母所述叶片的高度，所述叶片的高度为在所述第一连接点与所述第二连接点之间测得的距离；

-分子，所述分子为以平行于所述第一平面的方式在所述直线与所述外围边缘之间测得的最大距离，

所述第二比率在0%到200%之间，更优地在10%到40%之间。

-在所述第一平面中，所述外围边缘上的所述中间点位于所述连接点之间的中点位置。

-在所述第一平面中，所述外围边缘是弯曲的，并且凹面因此朝着与所述转轮的水轮机模式中的旋转方向相同的方向。

-以平行于所述第一平面的方式在所述外围边缘上的任意点与所述直线之间测得的第二距离在所述中间点处最大。

本发明的目的还在于一种装备所述转轮的水力机械。

有利地，当所述机械工作在水轮机模式中，所述水流首先撞击到所述叶片的外表面上。

最后，本发明涉及一种包括所述水力机械的能量转换装置。

附图说明

阅读下面对于装备在水力机械上的转轮的说明，可以充分地理解本发明后面出现的其它优点，所述水力机械是能量转换装置的组成部分，所述转轮以示例的方式并且参照此处的附图给出。

图1为现有技术中水力机械的转轮的透视图；

图2为根据本发明的一水力机械的转轮的与图1相类似的视图；

图3为装备有包含有图2的转轮的水力机械的能量转换装置的横剖面；

图4为示出了六条曲线的曲线图，其中三条实线示出了取决于图1的转轮的转矩的旋转速度，并且三条虚线示出了取决于图2的转轮的转矩的旋转速度；

图5为图2中的细节V在另一角度下的放大的局部透视图；

图6为属于图2的转轮的叶片的按照图5中的箭头F6指示的方向的视图；

图7为图6的叶片按照图5中的箭头F7所指的方向的放大视图；

图8为图2的转轮的透视图；

图9为图2的转轮沿图7中的平面P8的横剖面的俯视图，转轮的上冠未示出；以及

图10为图2的转轮沿图7中的平面P8的横剖面的仰视图，转轮的输送带未示出。

具体实施方式

图3中所示的装置I包含一可反转的水力机械M，所述水力机械M为混流式水泵水轮机（Francis pump-turbine），使用防水布来为所述混流式水泵水轮机的转轮R3供水，当机械M工作在水轮机模式时引出一强制导管4。在运行中，转轮200围绕垂直旋转轴Z旋转。当机械M工作在水轮机模式中时，转轮200沿旋转方向R1围绕轴Z旋转，当从上方观察转轮R时所述旋转方向R1为顺时针方向。为了在水轮机模式下产生电力，机械M通过一围绕轴Z旋转的传动轴50连接到交流发电机5上。在防水布3与转轮R之间布置有前导叶和定向导叶7，定向导叶7的作用是引导来自导管4并且意在穿过转轮R流向排水导管8的水流E。由于导叶7使得能够调节水流E的速率，所以它们还起到分配器的作用。

图2示出了根据本发明的转轮R，所述转轮R包含轮1和面对轮1的上冠12。轮1和上冠12围绕轴Z旋转对称。轮1和上冠12分别具有以轴Z为中心的外围边缘10和12。轮1和上冠12的表面具有复杂的形状，所述复杂的形状产生于一曲线部分在一定距离处围绕轴Z的旋转。

转轮R还包含九个叶片21，所述九个叶片21与轮1和上冠12成为一体并且在轮1与上冠12之间围绕Z轴延伸。在图2中，叶片21与上冠12之间的的连接区域为所示的虚线。

与形容词“外围的”指明一物体和Z轴隔开相反，当一物体位于Z轴附近时则描述为“中心的”。

每个叶片21具有在叶片21的外围端22与叶片21的中心端23之间的向内弯曲的形状。该向内弯曲的形状构成叶片21的在本质上是部分螺旋状的主弯曲。每个叶片21都具有一位于轮1外围的外围边缘212以及一面朝轴Z的中心边缘211。每个叶片21都由叶片21的主弯曲外侧的外表面213限定以及叶片21的主弯曲内侧的内表面214限定。表面213和214在中心边缘211和外围边缘212上连接到一起。

当机械M工作在水轮机模式中时，水流E首先撞击到叶片21的外表面213上。正如图9和10中所看到的，在垂直于旋转轴Z的剖面中，每个叶片21的外表面213为凸面并且内表面214为凹面。

当水力机械M工作在水轮机模式中时，每个叶片21的外围边缘212形成前缘并且中心边缘211形成后缘。当水力机械M工作在水轮机模式中时，前缘用于首先被水流E穿过。换句话说，在水轮机模式中，流体从外围边缘流向中心边缘。在下文中给出的针对水轮机模式的说明使用“前缘”和“后缘”这些表述；通过颠倒这些表述，能够转换到转轮工作在泵模式的情况。

A表示轮1与每个叶片21的前缘212的连接点。B表示轮1与每个叶片21的后缘211的连接点。类似地，C表示上冠12与每个叶片21的前缘212的连接点并且D表示上冠12与每个叶片21的后缘211的连接点。

Ra，Rb，Rc或Rd分别表示点A，B，C或D的半径。每个半径Ra，Rb，Rc和Rd都是在轴Z与点A，B，C或D之间测得的径向距离。

半径Rd小于半径Rb。半径Ra和Rc相等并且严格大于（strictementsupérieur，大于且不等于）半径Rb和Rd。尤其是，半径Rc严格大于半径Rb，这就允许机械M能够工作在泵模式中并具有令人满意的性能。当机械M工作在水轮机模式中时，水流E在点C处的压强大于在点B处的压强。

图5到7更加详细地示出了一个叶片21的外围端22，并且其它的叶片21都是类似的。

S表示的每个叶片21的中间面，所述中间面从叶片21的外表面213与内表面214之间穿过，并且到所述外表面213和内表面214的距离相等。在叶片21的外围端22处，中间面S与前缘212重合。图5通过所述表面S在所述上冠12上的轨迹线示出了所述表面S。

L表示穿过前缘212上的点A和C的直线。直线L平行于转轮R的旋转轴Z。Pa表示穿过直线L的平面并且该平面位于中间面S与上冠12交线的延伸处。平面Pa穿过中间面S在上冠12上的轨迹线的外围端S1的左边T的半切线。

图6为根据垂直于平面Pa的箭头F6的视图，并且该视图面对着叶片21的外表面213。

前缘212是弯曲的并且没有任何中断。换句话说，前缘212向后缘211的方向凹陷，并且其形状没有任何间断。如此，前缘212的凹面朝向叶片21和转轮R的外侧，具体来说，所述凹面在平面Pa或者在平行于面213或214的平面中、在前缘212的附近。

如图6中所示，在平面Pa中，前缘212的凹陷的弯曲形状由圆的一部分来限定。C21表示平面Pa中的前缘的中心并且R21为所述前缘的半径。

前缘212关于垂直于直线L的平面P8对称，所述平面P8穿过前缘212上的中间点N。点N为前缘212上距离直线L最远的点。

D21表示点N与直线L之间的距离，并且H表示在点A与C之间沿着直线L测得的前缘212的高度。距离D21为前缘212与直线L之间的最大距离。

在所示的示例中，距离D21以垂直于直线L的方式测得。令d1为以垂直于直线L的方式在直线L与前缘212上任意点P之间测得的距离。令G为点P在直线L上的正交投影。距离d1为在点P与点G之间测得的距离。距离d1为矢量在平面Pb中的投影。距离d1在点A处为零，并且从点A到点N逐渐增大。在点N处，距离d1为最大并且等于距离D21。从点N到点C，距离d1减小。在点C处，距离d1为零。

如此，沿着前缘212并且在点A与C之间，被表示为点A与点G之间的距离L1的函数的距离d1包含单一最大值并且不包含任何拐点。

距离d1关于距离L1的导数在点A与点N之间为正，在点N处为零并且在点N与C之间为负。距离d1关于距离L1的二阶导数在点A与C之间为负。

距离D21为分子、高度H为分母的比率在0%到200%之间，更优地在30%到80%之间。

F表示直线L与平面P8之间的交点。点A与点F之间的距离等于点F与点C之间的距离。换言之，平面P8位于点A与C之间沿着直线L的中点处。

Rn表示点N的半径（即，在轴Z与点N之间测得的径向距离）。距离Rn严格小于距离Ra并且严格小于距离Rc。

图7为图5的叶片21的外端22按照箭头F7的视图，所述箭头F7位于平面Pa中并且垂直于直线L。因此，图7为在垂直于平面Pa的平面Pb中的视图。

如图7中所示，叶片21的挡板朝着转轮R的外部弯曲。换句话说，在平面Pb中，外表面213为凸面并且内表面214为凹面。叶片21的次弯曲为连续的并且不具有任何中断。

更准确地说，在平面Pb中，外表面213、内表面214以及与前缘212重合的中间面S都由圆的一部分来限定。C212表示对前缘212的形状进行限定的圆的中心并且R212为所述圆的半径。类似的，C213和C214分别表示对外表面213和内表面214的形状进行限定的圆的中心，并且R213和R214分别为其半径。

根据该次弯曲，沿着经过点F与点N的直线测量得到距离D21，所述直线相对于图6的平面Pa倾斜。

D22表示以平行于平面Pb的方式在点F与点N之间测得的距离。距离D22为在平行于平面Pb的平面中直线L与前缘212之间的最大距离。距离D22为矢量在平面Pb中的投影。以相同的方式，距离D21为矢量在平面Pa中的投影。

距离D22作为分子并且叶片21的高度H作为分母的第二比率在0%到200%之间，更优选地在10%到40%之间。

此外，在平面Pb中，外表面213关于平面P8对称并且内表面214也关于平面P8对称。换言之，在平面Pb中，前缘212上的点N位于点A与C之间的连线的中间高度处。

如示例中所示，距离D22以垂直于直线L的方式测得。令d2为以平行于平面Pb并且垂直于直线L的方式在所述直线L与前缘212上的任意点P之间测得的距离。距离d2为矢量在平面Pb中的投影。距离d2为以平行于Pb的方式在点P与G之间测得的距离。

距离d2在点A处为零，并且从点A到点N逐渐增大。在点N处，距离d2最大并且等于距离D22。从点N与到C，距离逐渐d2减小。在点C处，距离d2为零。如此，沿着前缘212并且在点A与C之间，表示为距离L1的函数的距离d2包含单一最大值并且不包含任何拐点。距离d2关于距离L1的导数在点A与N之间为正，在点N处为零，并且在点N与C之间为负。距离d2对距离L1的二阶导数在点A与C之间为负。

当机械M工作在水轮机模式中，叶片21的次弯曲的凹面朝着转轮R的旋转轴R1的方向。换句话说，在与中间面S在上冠12上的轨迹线垂直的截面中，并且在图7的视图中，叶片21的外表面213为凸面且与旋转方向R1相对，并且内表面214为凹面且与旋转方向R1相向。

Rp，Θp和Zp表示每个前缘212上的任意点P的圆柱坐标。

Rp为点P的半径。令Pz为点P在轴Z上的正交投影。半径Rp在点Pz与P之间按照径向方向测量。在点A处，半径Rp等于半径Ra。半径Rp从点A到点N逐渐减小。在点N处，半径Rp最小并且等于半径Rn。半径Rp从点N与C逐渐增大。在点C处，半径Rp等于半径Rc。

Zp为点P的高度。Az表示点A在轴Z上的正交投影。点P的高度Zp为点Az与点Zp之间的距离。

Cz表示点C在轴Z上的正交投影。沿着前缘212并且在点A与C之间，表示为高度Zp的函数的半径Rp包含单一最小值并且不包含任何拐点。半径Rp关于高度Zp的导数在点A与N之间为正，在点N处为零并且在点N与C之间为负。半径Rp关于距离Zp的二阶导数在点A与C之间为正。

Θp为点P在圆柱坐标中的方位角。当机械M工作在水轮机模式中时，方位角Θp具有与转轮R的旋转方向R1相同的正号。令Da为穿过点A和轴Z的径向直线。对于每个叶片21考虑一穿过轴Z的径向直线D0，以使得从直线D0开始并且到直线Da测得的正方位角Θ0等于45°。

在圆柱坐标系统中，点P的方位角Θp被限定为从直线D0开始并且到穿过点Pz和点P的直线Dp。

如图9中所示，方位角Θp在点A处最大并且等于方位角Θa。方位角Θp从点A到N逐渐减小。在点N处，方位角Θp最小并且等于方位角Θn。如图10中所示，从点N到点C，方位角Θp逐渐增大。在点C处，方位角Θp最大并且等于方位角Θc。

如此，沿着前缘212并且在点A与C之间，表示为高度Zp的函数的方位角Θp包含单一最小值并且不包含任何拐点。

方位角Θp关于高度Zp的导数在点A与N之间为负，在点N处为零并且在点N与C之间为正。方位角Θp关于距离Zp的二阶导数在点A与C之间为正。

在所述装置I的瞬变工作阶段期间（例如，在所述装置I启动期间），因为所述转轮R的旋转速度不稳定，所述交流发电机5为连接到电网上，并且不允许所述交流发电机5传递频率等于电网的频率的电信号。例如，在欧洲，电网的频率为50Hz。由于所述叶片21的前缘212的凹陷的形状，水流E引起少许湍流（甚至不引起湍流），这将使得所述转轮R的旋转速度稳定以便将所述交流发电机5连接到网络上。

本发明的转轮R的旋转速度的稳定性能够在图4的曲线图上看到。对于相对较高的水头，曲线C1在点P1处的斜率为负，这正如曲线C2在点P2处，这意味着对于相同的水头，现有技术的转轮100的运转与本发明的转轮R一样稳定。在点P4处，曲线C4的斜率为负，而曲线C3在点P3处是垂直的，这意味着本发明的转轮的旋转速度比现有技术的转轮的旋转速度更加稳定。最后，曲线C6在点P6处具有轻微的负斜率，而曲线C5在点P5处的斜率为正，这意味着对于相对较小的水头，本发明的转轮R的旋转速度比现有技术的转轮100的旋转速度更加稳定。

朝着叶片21的挡板的外部弯曲的形状使得：不需要使前缘以过分明显方式沿着中间面S在后缘211的方向上凹陷就能够突出前缘212的凹度并且获得相对较大的距离D21。这就使得当水力机械M工作在泵模式中时不会严重失效。

由于叶片21的形状自身就能达到交流发电机5与网络连接的要求，所以不需要额外的设备来提供满意的旋转速度。

可替代地，直线L不平行于转轮R的旋转轴Z。例如，点C能够相对点A朝着后缘211偏移。

可替代地，前缘212的凹面形状由椭圆或者抛物线的一部分来限定，甚至由任意曲线来限定。

在另一选择中，朝着叶片21的外表面214、内表面214以及前缘212的外部弯曲的形状由椭圆或者抛物线的一部分来限定，甚至由任意曲线来限定。

可替代地，仅仅某些叶片21具有前缘凹面。

可替代地，点N并非恰好在点A与C之间的中间高度。中间点N在直线L上的正交投影则位于以下区域中：即所述区域沿着直线L从直线L的中点F延伸到中点F的任意一侧（并且所述区域以中点F为中心）。该区域的高度H2小于叶片的高度H的80%，优选地小于10%。

此外，以上描述的多种可选方案和实施例能够全部或者部分地结合在一起，以产生本发明的其它实施方式。

Claims (15)

1.一种用于水力机械（M）的混流式转轮（R），所述混流式转轮（R）用于被强制流动的水流（E）穿过，其特征在于，包括：

-轮（1），所述轮（1）关于所述转轮（R）的旋转轴（Z）旋转对称；

-上冠（12），所述上冠（12）关于所述旋转轴（Z）旋转对称并且正对所述轮（1）；

-多个向内弯曲的叶片（21），所述多个向内弯曲的叶片（21）与所述轮（1）以及所述上冠（12）成为一体，并且每个所述叶片（21）都具有在所述旋转轴（Z）附近的中心边缘（211）以及与所述中心边缘（211）相对的外围边缘（212），所述外围边缘（212）在所述轮（1）与所述上冠（12）之间延伸，并且当所述水力机械（M）工作在水轮机模式中时所述外围边缘（212）用于首先被水流（E）穿过，

至少一个叶片（21）的所述外围边缘（212）是弯曲的，并且凹面因此朝向所述转轮（R）的外侧，在所述外围边缘（212）上的任意点（P）与直线（L）之间测得的第一距离（d1）在所述外围边缘（212）上的中间点（N）上最大，所述直线（L）一方面穿过所述外围边缘（212）与所述轮（1）之间的第一连接点（A）并且另一方面穿过所述外围边缘（212）与所述上冠（12）之间的第二连接点（C），所述中间点（N）的半径（Rn）严格小于所述第一连接点（A）的半径（Ra），

所述转轮（R）的特征在于，所述中间点（N）的半径（Rn）严格小于所述第二连接点（C）的半径（Rc）。

2.根据权利要求1所述的转轮（200），其特征在于，所述中间点（N）为距离所述直线（L）最远的点。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的转轮（200），其特征在于，所述中间点（N）在所述直线（L）上的正交投影位于沿着所述直线（L）延伸并且以所述直线（L）的中点（F）为中心的区域中，由此，所述区域的高度（H2）小于每个叶片（21）的高度（H）的80%，更优地小于10%，所述叶片（21）的高度为在所述第一连接点（A）与所述第二连接点（C）之间测得的距离。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的转轮（R），其特征在于，所述叶片（21）的所述外围边缘（212）的形状为圆、椭圆、抛物线的一部分，甚至为任意曲线的一部分。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的转轮（R），其特征在于，第一比率具有：

-分母，所述分母为叶片（21）的高度（H），所述叶片（21）的高度为在所述第一连接点（A）与所述第二连接点（C）之间测得的距离；

-分子，所述分子为所述直线（L）与所述外围边缘（212）之间的最大距离（D21），

所述第一比率在0%到200%之间，更优地在30%到80%之间。

6.根据权利要求1-5中一项所述的转轮（R），其特征在于，所述外围边缘（212）的所述中间点（N）位于所述连接点（A、C）之间的中点位置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的转轮（R），其特征在于，在平行于所述旋转轴并且垂直于第二平面（Pa）的第一平面（Pb）中，所述外表面（213）是凸的并且所述内表面（214）是凹的，所述第二平面（Pa）穿过所述上冠（12）与所述叶片（21）的中间面（S）之间的相交部分并且延伸了所述中间面（S），所述中间面（S）位于所述叶片（21）的所述外表面（213）与所述内表面（214）之间。

8.根据权利要求7所述的转轮（R），其特征在于，在所述第一平面（Pb）中，所述外表面（213）和所述内表面（214）的形状由圆、椭圆、抛物线甚至任意曲线的一部分来限定。

9.根据权利要求7和8中任一项所述的转轮（R），其特征在于，第二比率具有：

-分母，所述分母为所述叶片（21）的高度（H），所述叶片（21）的高度为在所述第一连接点（A）与所述第二连接点（C）之间测得的距离；

-分子，所述分子为以平行于所述第一平面（Pb）的方式在所述直线（L）与所述外围边缘（212）之间测得的最大距离（D22），

所述第二比率在0%到200%之间，更优地在10%到40%之间。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的转轮（R），其特征在于，在所述第一平面（Pb）中，所述外围边缘（212）上的所述中间点（N）位于所述连接点（A、C）之间的中点位置。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的转轮（R），其特征在于，在所述第一平面（Pb）中，所述外围边缘（212）是弯曲的，并且凹面因此朝着与所述转轮（200）的水轮机模式中的旋转方向（R1）相同的方向。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的转轮（R），其特征在于，以平行于所述第一平面（Pb）的方式在所述外围边缘（212）上的任意点（P）与所述直线（L）之间测得的第二距离（d2），在所述中间点（N）处最大。

13.一种水力机械（M），其特征在于，所述水力机械（M）装备有根据上述权利要求中任一项所述的转轮（R）。

14.根据权利要求13所述的水力机械（M），所述水力机械（M）装备有根据权利要求7所述的转轮（R），其特征在于，所述水力机械（M）工作在水轮机模式中，所述水流（E）首先撞击到所述叶片（21）的外表面（213）上。

15.一种能量转换装置（I），其特征在于，所述能量转换装置（I）包含至少一个根据权利要求13和14中任一项所述的水力机械（M）。

Images