NO332510B1

NO332510B1 - Francisturbin

Info

Publication number: NO332510B1
Application number: NO20042528A
Authority: NO
Inventors: Yasuyuki Enomoto; Toshiaki Suzuki; Sadao Kurosawa; Kaneo Sugishita; Takanori Nakamura
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2012-10-08
Also published as: DE102004029109A1; US20050042104A1; CN1573019A; NO20042528L; US7198470B2; BRPI0401970A; CN1329630C; BRPI0401970B1

Abstract

En francisturbin med en forbedret form av blader, som kan redusere kavitasjoner generert på overflaten av bladene eller redusere den sekundære strømningen rundt bladene, er fremskaffet. Francisturbinen omfatter en roterende aksel, en krone, et flertall av blader og et bånd. Kronen kan rotere med den roterende akselen. Bladene er arrangert rundt omkretsen av kronen, hver av dem inkluderer en indre ende som en bakkant. Båndet er koaksialt forbundet med kronen av bladene. Den roterende akselen, kronen, bladene og båndet roterer som en helhet i en turbinretning i løpet av turbinens drift. En projisert profil av bakkanten på et vinkelrett plan, som er vinkelrett på en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen, idet minste på kronesiden.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en Francis-turbin som anvendes som en hydraulisk turbin eller pumpe, og spesielt en Francis-turbin som har blader med en forbedret form på en bakkant.

En Francis-turbin anvendes i en hydraulisk maskin, inkludert en reversibel pumpeturbin, for kraftgenerering.

Et konvensjonelt Francis-turbinløpehjul er beskrevet i US patent nr. 4 479 757. Dette konvensjonelle Francis-turbinløpehjulet inkluderer blader hvis innløpsform (en innløpskant, eller forkant) er buet i en retning motsatt en rotasjonsretning av turbinen fra en båndside til en kroneside.

Et annet konvensjonelt Francis-turbinløpehjul er beskrevet i US patent nr.

6 135 716. Dette konvensjonelle Francis-turbinløpehjulet inkluderer blader hvis innløpsform (en innløpskant, eller forkant) er buet i en rotasjonsretning av en turbin, fra en båndside til en kroneside. Dette konvensjonelle Francis-turbinløpehjulet inkluderer også blader hvis utløpsform (en bakkant) er buet i en rotasjonsretning av en turbin, fra en kroneside til en båndside.

Det er også beskrevet en konvensjonell reversibel pumpeturbin i den japanske patentpublikasjonen (Kokai) nr. 8-312517. Et løpehjul i denne konvensjonelle reversible pumpeturbinen har blader hvis bakkant er buet i en retning motsatt turbinens rotasjonsretning fra et midtpunkt av bakkanten til en båndside.

En annen konvensjonell reversibel turbin er beskrevet i den japanske patentpublikasjonen (Kokai) nr. 2000-136766. Et løpehjul i denne konvensjonelle reversible pumpeturbinen har blader hvis bakkant er buet slik at bakkanten er formet til å være konveks i en rotasjonsretning av turbinen.

Disse formene av bladene av konvensjonelle Francis-turbiner er utviklet for å forbedre en hydraulisk virkningsgrad eller for å redusere kavitasjoner. Det er fremdeles rom til å utvikle formen av bladene som forbedrer virkningsgraden på bakgrunn av nylig utvikling av teknologi i et felt så som databasert fluiddynamikk.

Spesielt er det kjent at sekundærstrømning, som er en strømning som ikke er langs en strømningslinje, forvrenger trykkdistribusjonen på bladene og resulterer i tap av hydraulisk virkningsgrad.

I henhold til dette er en fordel av et trekk av foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en Francis-turbin med en forbedret form av blader som kan redusere kavitasjoner generert på overflaten av bladene eller redusere sekundærstrømning rundt bladene.

For å oppnå ovennevnte fordel, er det et trekk av foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en Francis-turbin som omfatter en roterende aksel, en krone som kan rotere med den roterende akselen, et flertall av blader som er arrangert rundt omkretsen av kronen, idet hvert av disse inkluderer en indre ende som en bakkant, og et bånd som er koaksialt koblet til kronen av bladene, idet den roterende akselen, kronen, bladene og båndet som en helhet er drevet av vannet og roterer mot en turbinretning i løpet av turbindrift, og en projisert profil av bakkantene på et vinkelrett plan, som er vinkelrett til en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen, i det minste på kronesiden, og den projiserte profilen av bakkanten på det vinkelrette planet er krummet mot turbinretningen i båndsiden.

Videre er et annet trekk av den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et Francis-turbinløpehjul som er roterbart om en rotasjonsakse, som omfatter en krone, som kan rotere om rotasjonsaksen, et flertall av blader som er arrangert rundt omkretsen av kronen, idet hver av disse inkluderer en indre ende som en bakkant, og et bånd koaksialt koblet med kronen av bladene, idet kronen, bladene og båndet som en helhet er drevet av vannet og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 kan bli introdusert på et vinkelrett plan, som er vinkelrett til rotasjonsaksen, slik at (a) et origo er satt ved rotasjonsaksen, (b) en positiv retning av 6 er satt i turbinretningen, idet en projisert profil av bakkanten på det vinkelrette planet er uttrykt i polarkoordinat-systemet

som or i det minste på kronesiden.

Videre egenskaper, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil gå frem av den detaljerte beskrivelsen av foretrukne utførelseseksempler som følger, når denne vurderes sammen med de vedlagte figurer. Fig. 1 er et planriss av et Francis-turbinløpehjul sett fra en løpehjulutløpsside, i henhold til et første utførelseseksempel av oppfinnelsen. Fig. 2 er et trykkdistribusjonsdiagram rundt en overflate av et blad, nær et senter av en strømningslinje i turbinen, i henhold til det første utførelseseksemplet av oppfinnelsen. Fig. 3 er et planriss av et Francis-turbinløpehjul sett fra løpehjulets utløpsside i henhold til utførelseseksemplet. Fig. 4 er et karakteristisk diagram som viser et forhold mellom minimumsverdien av trykket på bladoverflaten, og en Ø-verdi ved det lokale minimumspunkt på den projiserte profilen av bakkanten. Fig. 5 er et planriss av bladene sett fra en utløpsside av turbinen, med båndet fjernet fra løpehjulet. Fig. 6 er et skjematisk riss av det konvensjonelle bladet for Francis-turbinløpehjulet, og viser skjematisk et resultat av en simulering av en trykkdistribusjon på sugeoverflaten i løpet av turbindriften. Fig. 7 er et skjematisk riss av bladet for Francis-turbinløpehjulet i henhold til dette utførelseseksemplet, og viser skjematisk et resultat av en simulering av en trykkdistribusjon på sugeoverflaten i løpet av turbindriften. Fig. 8 er et planriss av bladene sett fra en utløpsside av turbinen hvor båndet er fjernet fra løpehjulet. Fig. 9 er et karakteristisk diagram som viser et forhold mellom Gd, 6c og hydraulisk tap.

Et første utførelseseksempel i henhold til foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet med referanse til fig. 1-4.

Fig. 1 er et planriss av et Francis-turbinløpehjul 5 sett fra en løpehjulutløpsside, i henhold til et første utførelseseksempel av oppfinnelsen. Med andre ord viser fig. 1 projiserte profiler av utløpet av Francis-turbinløpehjulet på et plan som er vinkelrett på en rotasjonsakse av Francis-turbinløpehjulet. Et flertall av løpehjulblader (løpehjulskovler) 6 er anordnet i en omkretsoppstilling på en krone 7. En hodeside av løpehjulbladet 6 er støttet av kronen 7 ved en kronekant 13 (også referert til som et kronekoblende punkt). En bunnside av løpehjulbladet 6 er støttet av et bånd 8 ved en båndkant 14 (også referert til som et båndkoblende punkt). Fig. 1 viser Francis-turbinløpehjulet 5 med åtte løpehjulblader anordnet i seg. Derved er bånd 8 koaksialt koblet til kronen 7 med bladene 6, og en rotasjonsaksel (ikke vist) er koblet ved senteret av kronen 7. Francis-turbinløpehjulet 5 drives og roterer om en rotasjonsakse som korresponderer til senteret av kronen 7 hvor rotasjonsakselen 28 er koblet, i en turbinretning i løpet av turbindriften. Heretter er rotasjonsretningen i løpet av en turbindrift referert til som turbinretningen.

En indre ende av bladet 6 er referert til som bakkanten 12, siden vann strømmer ut fra de indre endene av bladene 6 i løpet av turbindriften. Når bakkanten 12 av bladet 6 er projisert på et plan som er vinkelrett til rotasjonsaksen, er bakkanten 12 konkav på det projiserte planet i forhold til turbinretningen. I fig. 1 er turbinretningen vist som moturs, og bakkanten 12 av løperhjulbladet 6 er formet til å være konkav mot venstre. Med andre ord er en projisert profil av bakkanten 12 på planet buet mot en retning motsatt turbinretningen, og formet til å være konveks i forhold til retningen motsatt turbinretningen. Derfor, siden en bladlengde nær et radielt senter av bladet 6 er langstrakt sammenlignet med en konvensjonell en, blir en trykkforskjell generert på bladoverflaten pr. enhet lengde liten. Derved blir trykket på sugeoverflaten av bladet 6 relativt stort, og som en konsekvens av dette kan generering av kavitasjoner hemmes.

Fig. 2 er et trykkdistribusjonsdiagram rundt en overflate av løpehjulbladet 6 nær et senter av en strømningslinje i turbinen, i henhold til det første utførelseseksemplet av oppfinnelsen. En fast linje er en konvensjonell trykkdistribusjonskurve Sl; og en stiplet linje er en trykkdistribusjonskurve S2 i henhold til det første utførelseseksemplet av oppfinnelsen. Den horisontale aksen indikerer en posisjon langs bladet fra en forkant til en bakkant. Slik vist i fig. 2 er forskjellen på bladtrykket mellom en trykkoverflate og en sugeoverflate på bladet 6 redusert sammenlignet med den konvensjonelle trykkdistribusjonskurven Sl. Trykket på sugesideoverflaten av bladet er relativt høyt, og minimumsverdien av trykket på bladoverflaten er ikke mindre enn et metningsdamptrykk hvorved kavitasjon genereres. Dette viser at kavitasjon nesten ikke genereres i et Francis-turbinløpehjul 5 i henhold til utførelseseksemplet, selv ved et høystrømningstidspunkt hvor strømningshastigheten i Francis-turbinløpehjulet øker og trykket på løpehjulbladoverflatene er relativt redusert.

Slik beskrevet over, i henhold til det første utførelseseksemplet av oppfinnelsen; blir kavitasjon nesten ikke generert sammenlignet med den konvensjonelle bladoverflaten, selv i turbindrift med en større strømningsmengde. Derfor kan hydraulisk virkningsgrad bli forbedret. Eller den kan bli driftet i et bredt driftsrområde.

Den projiserte profilen av bakkanten 12, som er formet for å være konveks mot en retning motsatt til turbinretningen i utførelseseksemplet vist i fig. 1, vil bli videre beskrevet nedenfor. Fig. 3 er et planriss av Francis-turbinløpehjulet 5 sett fra løpehjulutløpssiden, i henhold til utførelseseksemplet. I fig. 3 er de samme symbolene anvendt for å indikere korresponderende trekk som i fig. 1. Detaljerte beskrivelser er utelatt for de samme komponentene som er referert til i fig. 1.

Siden fig. 3 viser projiserte profiler av utløpet av Francis-turbinløpehjulet 5 på planet som er vinkelrett til rotasjonsaksen av Francis-turbinløpehjulet 5, kan et polarkoordinat-system som anvender parameterne r og 6 bli introdusert slik at: (a) et origo er definert som senteraksen for den roterende akselen, som korresponderer med senteret av kronen 7, (b) en positiv retning av 6, som er en vinkel, er definert som turbinretningen.

Ved å anvende dette polarkoordinat-systemet kan den projiserte profilen av bakkanten 12 på det vinkelrette planet uttrykkes som en funksjon av r og 6, hvor r betyr en avstand fra senteret av kronen 7. Siden den positive retningen 0 er satt til turbinretningen, tilfredsstille funksjonen:

Videre, når en referanse linje av vinkelen 6, som betyr et utgangspunkt for 6 (6 lik null), og er definert som en rett linje (radielt rett linje) som kobler fra senteret av kronen 7 til kronepunktet 13, tilfredsstiller den projiserte profilen av bakkanten 12:

på kronesiden 7.

I dette utførelseseksemplet har den projiserte profilen av bakkanten 12 av bladet 6 den samme vinkel 0, som er lik null, ved hver av en indre omkretskant (båndpunkt 14) og en ytre omkretskant (kronepunkt 13). Dette medfører at båndpunktet 14 ligger på den radielt rette linjen, som forbinder senteret av kronen 7 med kronepunktet 13.1 dette tilfellet tilfredsstiller den projiserte profilen av bakkanten 12:

fra kronepunktet 13 til båndpunktet 14.

Siden den projiserte profilen av bakkanten er formet til å være konveks i retningen motsatt turbinretningen, er et punkt, som har minimumsverdien av 0 på den projiserte profilen av bakkanten 12, et lokalt minimumspunkt, hvor verdien av 0 er lokalt minimalisert. Med andre ord tilfredsstiller funksjonen av den projiserte profilen:

ved det punktet hvor verdien av 0 er minst på den projiserte profilen.

Fig. 4 er et karakteristisk diagram som viser et forhold mellom minimumsverdien av trykket på bladoverflaten og en Ø-verdi (referert til som Ømin) ved det lokale minimumspunktet på den projiserte profilen av bakkanten 12.1 fig. 4 indikerer symbolet Zr antallet blader 6 vist i fig. 1 og 3.

Som vist i fig. 4, når Ømin øker i en negativ retning, vil minimumsverdien av trykket på bladoverflaten øke. Derfor er en minimumsverdi av 0 langs den projiserte profilen, som korresponderer til verdien av 0 ved det lokale minimumspunktet, fortrinnsvis i området:

I henhold til dette blir minimumsverdien av trykket på bladoverflaten stor, og derfor kan trykket ikke bli mindre enn metningsdamptrykket hvor kavitasjoner genereres. Med andre ord kan Francis-turbinen bli driftet i et område hvor kavitasjoner genereres på bladoverflaten av den konvensjonelle Francis-turbinen.

Et andre utførelseseksempel i henhold til oppfinnelsen vil bli beskrevet med referanse til fig. 5-9.

Fig. 5 er et planriss av bladene sett fra en utløpsside av turbinen (båndside) hvor båndet er fjernet fra løpehjulet. I fig. 5 indikerer et symbol 20 et Francis-turbinløpehjul. Et symbol 21 indikerer et blad, et symbol 22 indikerer en krone. Som i det første utførelseseksemplet inkluderer Francis-turbinløpehjulet 20 en krone

22, et flertall av blader 21 og et bånd (ikke vist). Et symbol 24 indikerer en forkant, som er en ytre ende av bladet 21, hvor vann kommer i løpet av turbindriften. Et symbol 31 indikerer en bakkant, som er en indre ende av bladet 21, hvor vann strømmer ut i løpet av turbindriften. Et symbol 28 indikerer en roterende aksel (spindel) koblet til kronen 22. Et rotasjons senter av den roterende akselen 28 er referert til som O (også referert til som CL), som korresponderer med en rotasjonsakse. På samme vis som i første utførelseseksempel viser fig. 5 projiserte profiler av bladene 21 av Francis-turbinløpehjulet 20 på et plan som er vinkelrett på rotasjonsaksen til Francis-turbinløpehjulet 20. Et symbol 25 indikerer et båndkoblende punkt, hvor båndet og bakkanten 31 er koblet sammen, mens et symbol 26 indikerer et kronekoblende punkt, hvor kronen 22 og bakkanten 31 er koblet sammen.

Den projiserte profilen av bakkanten 31 av bladet 21 på planet vinkelrett på rotasjonsaksen CL av spindelen (rotasjonsakselen) 28, er formet for å være konkav i turbinretningen fra det kronekoblende punktet 26 (på indre omkretsside), og er formet i et sigmoid kurvemønster som er konvekst i turbinretningen mot det båndkoblende punktet 25 (ytre omkretsside). Med andre ord er en projisert profil av bakkanten 31 på planet buet i en retning motstående til turbinretningen, og formet til å være konveks i forhold til retningen motstående til turbinringen ved kronen 22 sin side (nær det kronkoblende punktet 26), Den projiserte profilen er dessuten buet mot turbinretningen og formet til å være konveks i forhold til turbinretningen ved båndsiden (nær det båndkoblende punktet 25). Det båndkoblende punktet 25 ligger på en radiell rett linje, som forbinder rotasjonsaksen CL og det kronekoblende punktet 26. Med andre ord er begge ender av den projiserte profilen av bakkanten 31 lokalisert på den radielle rette linje.

I dette utførelseseksemplet kan et polarkoordinat-system, som anvender parameterne r og 6, også bli introdusert slik at: (a) et origo er definert som senteraksen CL av den roterende akselen 28, som korresponderer med rotasjonssenteret O,

(b) en positiv retning av 6, en vinkel, er definert som turbinretningen.

Den projiserte profilen av bakkanten 31 av bladet 21 er konfigurert slik at den tilfredsstiller:

ved kronepunktet 26, og tilfredsstiller: ved båndpunktet 25. Den projiserte profilen kan fortrinnsvis være formet for å ha verdier 6 som tilfredsstiller: i hver av de delene som tilfredsstiller formel (1) eller (2). Punktene som tilfredsstiller formel (3) er et lokalt minimumspunkt Mi og et lokalt maksimumspunkt SM]vist i fig. 5. Med andre ord er det lokale minimumspunktet Mi det punktet på den projiserte profilen som tilfredsstiller: mens det lokale maksimumspunktet SM2er det punkt på den projiserte profilen som tilfredsstiller:

Derved er bakkanten 31 konfigurert i den sigmoide kurven SC som en helhet.

Fig. 6 er et skjematisk riss av det konvensjonelle bladet for Francis-turbinløpehjulet som skjematisk viser et resultat av en simulering av en trykkdistribusjon på sugeoverflaten i løpet av en turbindrift.

I fig. 6 er et symbol 7 et blad, et symbol 18 en bakkant, et symbol 14 er et bånd (båndsiderot), og et symbol 15 er en krone (kronesiderot). I fig. 6 indikerer et symbol SFL strømnings linje og et symbol EP indikerer en konstant trykklinje. I dette konvensjonelle bladet 7 er en projisert profil av bakkanten 18 på det planet som er vinkelrett til rotasjonsaksen dannet som en radiell rett linje fra kronen 15 til båndet 14.

I fig. 6 er trykkdistribusjonen forvrengt rundt i "X"-regionen, som medfører at en strømning mot båndsideroten genereres i "X"-regionen. Strømningen mot båndsideroten 14 rundt i "X"-regionen korresponderer til en sekundærstrømning. Bakgrunnen for trykkforvrengningen rundt i "X"-regionen kan være at en trykkforskjell mellom forkanten og bakkanten 18 langs strømningslinjen SFL ikke er konsistent mellom båndsiden 14 og kronesiden 15. Med andre ord er trykkforskjellen langs strømningslinjen SFL på kronesiden 15 større enn den på båndsiden 14.

Generelt kan trykkforskjellen mellom forkanten og bakkanten økes ved å korte ned på lengden av bladet. I utførelseseksemplet vist i fig. 5 er lengden av bladet 21 øket på kronesiden 22 og kortet inn på båndsiden 23 sammenlignet med den radielle rette linjen som forbinder rotasjonsaksen CL og det kronekoblende punktet 26. Dette kan gjøre at trykkforskjellen mellom forkanten og bakkanten blir konsistent mellom båndsiden 23 og kronesiden 22, og bidrar til å løse opp trykkforvrengningen som er vist i "X"-regionen i fig. 6.

Fig. 7 er et skjematisk riss av bladet for Francis-turbinløpehjulet i henhold til dette utførelseseksemplet, som skjematisk viser et resultat av en simulering av en trykkdistribusjon på sugeoverflaten i løpet av en turbindrift. I fig. 7 er de samme symbolene anvendt for å indikere korresponderende trekk som i fig. 5. Et symbol SFL indikerer en strømlinje og et symbol EP indikerer en konstant trykklinje. Bakkanten 31 av løpehjulbladet 21 er konfigurert i sin helhet i den sigmoide kurven

SC.

I fig. 7 finner man ikke trykkforvrengningen nær forkanten 13 av båndsideroten 14 i fig. 6. Dette medfører at en strømning i en retning forskjellig fra strømningslinjen SFL nesten ikke genereres, hvilket resulterer i en reduksjon av sekundærstrømningen. Reduksjonen av sekundærstrømningen på sugesiden kan forbedre den hydrauliske virkningsgraden til Francis-turbinløpehjulet. Spesielt siden det ikke er noen trykkforvrengning ved sugesideoverflaten, kan turbinvirkningsgraden ved delvis belastningsdrift av Francis-turbinen bli forbedret.

Videre vil posisjonene av det lokale minimumspunktet Mi og det lokale maksimumspunktet SM]bli beskrevet ved hjelp av fig. 8. Fig. 8 er et planriss av løpehjulblader sett fra utsiden av turbinen (båndsiden) hvor båndet er fjernet på samme vis som i fig. 5. De samme komponentene som i fig. 5 er markert med de samme symbolene, og er derfor ikke beskrevet i detalj. Fig. 8 korresponderer til den projiserte illustrasjonen hvor bakkanten 31 av bladet 21 er projisert på planet som er vinkelrett på rotasjonssenteret CL til spindelen (rotasjonsaksen) 28. Polarkoordinat-systemet som anvender parameterne r og 6, kan også bli introdusert. Ved det tidspunktet der verdien av 6 ved det kronekoblede punktet 26 er definert som null, er henholdsvis verdien av 6 ved det lokale minimumspunket Mi og det lokale maksimumspunktet SM]definert som 6C og 6D. I den projiserte profilen av bakkanten 31 av bladet 21 er omkretsposisjonen av det kronekoblende punktet 26 lik til den til det båndkoblende punktet 25. Med andre ord er 6 for det båndkoblende punktet 25 og 6 for det kronekoblende punktet 26 like, det vil si lik 0 i dette tilfellet. 6b svarer til en vinkel mellom linjen HL og en linje R]L, som forbinder rotasjonssenteret CL og det lokale maksimumspunktet SM]. Øc korresponderer til en vinkel mellom linjen HL og en linje R2L, som kobler mellom rotasjonssenteret CL og et lokalt minimumspunkt M2. Fig. 9 er et karakteristisk diagram som viser et forhold mellom 6b, 6C og hydraulisk tap. Hydraulisk tap er illustrert som kurver som forbinder punkter med like tap i forhold til forskjellige verdier av 6C og 6b. Den vertikale aksen angår verdien av 6b, mens den horisontale aksen angår verdien av 6C. En positiv retning av 6 (6C og 6b) er turbinretningen. I fig. 9 er Zr antallet blader 21 i løpehjulet 20, og de stiplede linjene er konstante tapskurver, som viser at de hydrauliske tapene er mindre ved en mer indre side enn ved periferien. Slik vist i fig. 9 kan verdier av Øc og 6b fortrinnsvis være,

Med andre ord, siden det lokale minimumspunktet Mi og det lokale maksimumspunket SM]er punkter som tilfredsstiller formlene (1), (2) og ligningen (3) som er nevnt over, har den projiserte profilen av bakkanten 31 to punkter som fortrinnsvis tilfredsstiller:

Andre utførelseseksempler av foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for fagpersonen etter vurdering av spesifikasjonene og de utførelser av oppfinnelsen som er fremlagt her. I tillegg kan en profil av en forkant som er beskrevet i en søknad med tittelen "Francis turbine" og levert inn på samme dag som denne søknaden, bli anvendt sammen med ovennevnte utførelseseksempel for videre forbedring av ytelsen.

Claims

1. Francis-turbin som omfatter: en roterende aksel; en krone (7) som kan rotere med den roterende akselen; et flertall av blader (6) som er arrangert på omkretsen av kronen (7), hvor hvert blad inkluderer en indre ende som en bakkant (12); og et bånd (8) koaksialt forbundet med kronen (7) av bladene (6); hvor den roterende akselen, kronen (7), bladene (6) og båndet (8) som en helhet er drevet av vann, og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet en projisert profil av bakkanten (12) på et vinkelrett plan, som er vinkelrett på en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen i det minste på kronesiden, og idet den projiserte profilen av bakkanten (12) på det vinkelrette planet er krummet mot turbinretningen i båndsiden.

2. Francis-turbin som omfatter: en roterende aksel; en krone (7) som kan rotere med den roterende akselen; et flertall av blader (6) som er arrangert på omkretsen av kronen (7), hvor hvert blad inkluderer en indre ende som en bakkant (12); og et bånd (8) koaksialt forbundet med kronen (7) av bladene (6); hvor den roterende akselen, kronen (7), bladene (6) og båndet (8) som en helhet er drevet av vann, og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet en projisert profil av bakkanten (12) på et vinkelrett plan, som er vinkelrett på en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen i det minste på kronesiden, og idet begge ender (13, 14) av den projiserte profilen av bakkanten (12) og en kant på senteraksen av den roterende akselen på det vinkelrette planet er arrangert på en rett linje.

3. Francis-turbin i henhold til krav 2, hvor den projiserte profilen av bakkanten (12) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen til den roterende akselen, (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt i turbinretningen, idet et antall av bladene (6) er Zr, og en minimumsverdi av 6 langs den projiserte profilen er i området

4. Francis-turbin som omfatter: en roterende aksel; en krone (7) som kan rotere med den roterende akselen; et flertall av blader (6) som er arrangert på omkretsen av kronen (7), hvor hvert blad inkluderer en indre ende som en bakkant (12); og et bånd (8) koaksialt forbundet med kronen (7) av bladene (6); hvor den roterende akselen, kronen (7), bladene (6) og båndet (8) som en helhet er drevet av vann, og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet en projisert profil av bakkanten (12) på et vinkelrett plan, som er vinkelrett på en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen i det minste på kronesiden, og idet den projiserte profilen av bakkanten (12) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 0 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen til den roterende akselen, (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt i turbinretningen, idet et antall av bladene (6) er Zr, og en minimumsverdi av 6 langs den projiserte profilen er i området

5. Francis-turbin i henhold til krav 4, hvor den projiserte profilen av bakkanten (31) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen (CL) til den roterende akselen (28), (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (26), hvor bakkanten (31) og kronen (22) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt til turbinretningen, idet den projiserte profilen av bakkanten (31) på det vinklerette planet har et lokalt minimumspunkt (Mi) og et lokalt maksimumspunkt (SMi) for 6 med hensyn på r, idet et antall av bladene (21) er Zr, idet en verdi av 0 ved det lokale minimumspunkt (Mi) er satt til å være og en verdi av 6 ved det lokale maksimumspunkt (SMi) er satt til

6. Francis-turbinløpehjul (5) som er roterbart om en rotasjonsakse og som omfatter: en krone (7), som kan rotere om rotasjonsaksen; et flertall av blader (6) som er arrangert i omkretsen rundt kronen (7), og som hvert inkluderer en indre ende som en bakkant (12); og et bånd (8) som er koaksialt forbundet med kronen (7) av bladene (6); hvor kronen (7), bladene (6), og båndet (8) som en helhet er drevet av vann og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 0 kan bli introdusert på et vinkelrett plan, som er vinkelrett til rotasjonsaksen, slik at, (a) et origo er satt ved rotasjonsaksen, (b) en positiv retning av 6 er satt til turbinretningen, og en projisert profil av bakkanten (12) på det vinkelrette planet er uttrykt i polarkoordinat-systemet som idet en verdi av 0 tilfredsstiller (d) 0 < 0 i det minste på kronesiden når et origo for 0 er satt til et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet.

7. Francis-turbinløpehjul (5) i henhold til krav 6, hvor verdier av 0 ved begge ender (13, 14) av den projiserte profilen av bakkanten (12) er i hovedsak de samme.

8. Francis-turbinløpehjul (5) i henhold til krav 7, hvor et antall av blader (6) er Zr, hvor den projiserte profilen av bakkanten (12) har et lokalt minimumspunkt som tilfredsstiller

hvor en verdi 0 ved det lokale minimumspunktet er i området når et origo av 6 er satt til et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet.

9. Francis-turbinløpehjul (5) i henhold til krav 6, hvor et antall av bladene (6) er Zr, hvor den projiserte profilen av bakkanten (12) har et lokalt minimumspunkt som tilfredsstiller

hvor en verdi av 6 ved det lokale minimumspunktet er i området

når et origo av 6 er satt til et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet.

10. Francis-turbinløpehjul (20) i henhold til krav 6, hvor den projiserte profilen av bakkanten (31) er uttrykt i polarkoordinat-systemet som

11. Francis-turbinløpehjul (20) i henhold til krav 10, hvor et antall av bladene (21) er Zr, hvor den projiserte profilen av bakkanten (31) har et første og et andre punkt (Mi, SM]) som tilfredsstiller

hvor det første punktet (Mi) tilfredsstiller,

når et origo av 6 er satt til et kronepunkt (26), hvor bakkanten (31) og kronen (22) er forbundet, og hvor det andre punktet (SMi) tilfredsstiller

når et origo av 6 er satt til det nevnte kronepunkt (26).

12. Francis-turbin som omfatter: en roterende aksel; en krone (7) som kan rotere med den roterende akselen; et flertall av blader (6) som er arrangert på omkretsen av kronen (7), hvor hvert blad inkluderer en indre ende som en bakkant (12); og et bånd (8) koaksialt forbundet med kronen (7) av bladene (6); hvor den roterende akselen, kronen (7), bladene (6) og båndet (8) som en helhet er drevet av vann, og roterer i en turbinretning i løpet av en turbindrift, idet en projisert profil av bakkanten (12) på et vinkelrett plan, som er vinkelrett på en senterakse av den roterende akselen, er buet i en retning motsatt turbinretningen i det minste på kronesiden, og idet den projiserte profilen av bakkanten (12) på det vinkelrette planet, i det minste på kronesiden, befinner seg i et område som er motsatt turbinretningen mot en rett linje som forbinder et senter for den roterende akselen og et kronepunkt (13) der bakkanten (12) og kronen (7) er sammenkoplet.

13. Francis-turbin i henhold til krav 12, der begge endene (13, 14) av den projiserte profilen av bakkanten (12) og et punkt på senteraksen av den roterende akselen på det vinkelrette planet er innrettet på en rett linje.

14. Francis-turbin i henhold til krav 13, hvor den projiserte profilen av bakkanten (12) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen til den roterende akselen, (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt til turbinretningen, idet et antall av bladene (6) er Zr, idet en minimumsverdi av 6 langs den projiserte profilen er i området

15. Francis-turbin i henhold til krav 12, hvor den projiserte profilen av bakkanten (12) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen til den roterende akselen, (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (13), hvor bakkanten (12) og kronen (7) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt til turbinretningen, idet et antall av bladene (6) er Zr, idet en minimumsverdi av 6 langs den projiserte profilen er i området

16. Francis-turbin i henhold til krav 12, der den projiserte profilen av bakkanten (31) på det vinkelrette planet er krummet mot turbinretningen i båndsiden.

17. Francis-turbin i henhold til krav 16, hvor den projiserte profilen av bakkanten (31) kan uttrykkes i et polarkoordinat-system definert av parameterne r og 6 introdusert i det vinkelrette planet slik at, (a) et origo er satt ved senteraksen (CL) til den roterende akselen (28), (b) et origo for 6 er satt ved et kronepunkt (26), hvor bakkanten (31) og kronen (22) er forbundet, (c) en positiv retning av 6 er satt til turbinretningen, idet den projiserte profilen av bakkanten (31) på det vinklerette planet har et lokalt minimumspunkt (Mi) og et lokalt maksimumspunkt (SMi) for 6 med hensyn på r, idet et antall av bladene (21) er Zr, idet en verdi av 0 ved det lokale minimumspunkt (Mi) er satt til å være og en verdi av 6 ved det lokale maksimumspunkt (SMi) er satt til