NO329957B1

NO329957B1 - Kraftgenerator og turbinenhet

Info

Publication number: NO329957B1
Application number: NO20041465A
Authority: NO
Inventors: Hector Filippus Alexander Van Drentham Susman; Kenneth Roderick Stewart; Donald Stewart
Original assignee: Rotech Holdings Ltd
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2011-01-31
Also published as: GB2382627B; GB2416809A; CA2462847C; GB0123802D0; AU2002334099B2; WO2003029645A1; ATE449909T1; CN101666284A; EP1436504A1; EP2063103A3; DE60234528D1; EP1436504B1; AU2009202276B2; US20090179425A1; US7768145B2; EP2063103A2; NO20041465L; GB0520396D0; JP2005504227A; CN102052230A

Description

KRAFTGENERATOR OG TURBINENHET

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kraftgenerator og en turbinenhet. Den foreliggende oppfinnelse vedrører spesielt, men ikke utelukkende, en elektrisk kraftgenerator omfattende en undervannsturbinenhet, samt en undervannsturbinenhet. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft ved bruk av nevnte kraftgenerator.

Det er et allment ønske at man, for å tilfredsstille de økende energibehov, utvikler miljøvennlige måter for å generere elektrisk strøm. Ett område som er av interesse, gjelder produksjon av kraft ved bruk av tidevannsenergi. Dette kan oppnås ved bruk av undervannsturbiner.

Problemer forbundet med kjente undervannsturbiner, knytter seg blant annet til behovet for grundig tetting av generatorsammenstillingen som leveres som en del av turbinen, for å forhindre inntrengning av vann, samt vedlikeholdsproblemer. Dette på grunn av at hele turbinen må hentes opp for å gjøre det mulig å utføre vedlikehold på de ulike turbindeler. Det har også forekommet problemer med optimaliseringen av den elektriske strømproduksjon.

Det er blant formålene med én eller flere utførelser av minst ett aspekt av den foreliggende oppfinnelse å eliminere eller avhjelpe minst én av de foregående ulemper.

Det er videre et formål med én eller flere utførelser av den foreliggende oppfinnelse å anordne en undervannsturbinenhet som drives ved hjelp av tidevannet eller havstrømmer, og som kan virke både ved flo og fjære uten at det er behov for bevegelse eller dreiing i tidevannsretningen.

US 4.163.904 beskriver den mest nærliggende, kjente teknikk på området. Publikasjonen omhandler et undervannsturbinanlegg innrettet til å kunne senkes til bunnen av et strømmende medium, for eksempel en understrøm. Bunnen av anlegget er laget av betong for å fremskaffe tilstrekkelig vekt for å holde anlegget stående på bunnen under bruk. En åpning er anordnet i og gjennom sentrum av anlegget, og et løpehjul er anordnet midtveis i denne sentrale åpning. Løpehjulet er rotasjonsmessig forbundet med en elektrisk generator anordnet i et vanntett hus som omslutter den sentrale åpning og løpehjulet. Ved å la understrømninger strømme gjennom den sentrale åpning, drives løpehjulet og derved generatoren slik at elektrisk kraft produseres av generatoren.

Formålene oppnås ved trekk som angitt i følgende beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en undervannsturbinenhet omfattende et hus med en gjennomgående væskestrømningskanal og minst én turbinanordning som er anbrakt i strømningskanalen for å kunne rotere under påvirkning av en væskestrøm gjennom strømningskanalen. Det særegne ved undervannsturbinenheten er at den omfatter en turbinenhetsdel som er løsbart montert i turbinenheten, hvor turbinenhetsdelen omfatter én av følgende: (A) den minst ene turbinanordning;

(B) en pumpeanordning; og

(C) den minst ene turbinanordning og pumpeanordningen;

- hvor turbinenhetsdelen også omfatter et element som danner i det minste en del av

strømningskanalen.

Det fordelaktige med dette arrangement er at det blir mulig å løsne turbinenhetsdelen, som bærer turbinanordningen og/eller pumpen, fra undervannsturbinenheten og fjerne eller skifte ut denne, for eksempel for vedlikehold. Det kan spesielt være mulig å hente turbinenhetsdelen opp til overflaten ved å løsgjøre delen fra turbinenheten.

Turbinhuset kan innbefatte en åpning eller et hull som gir adgang til turbinenhetsdelen, hvor denne åpning kan lukkes valgfritt. Turbinhuset kan innbefatte en bevegelig klaff, dør, luke, vindu eller lignende som etter valg kan lukke åpningen som gir adgang til turbinenhetsdelen for fjerning av denne. Turbinenhetsdelen kan omfatte et ringelement som kan utgjøre en del av strømningskanalen, og som kan romme minst en del av den minst ene turbinanordning og/eller pumpeanordningen.

Ifølge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en kraftgenerator som omfatter minst én undervannsturbinenhet ifølge det første aspekt av den foreliggende oppfinnelse,

Denne kraftgenerator omfatter fortrinnsvis en elektrisk strømgenerator.

Strømningskanalen avgrenser fortrinnsvis en strømningsrestriksjon.

En fordel med dette arrangement er at det øker væskestrømningshastigheten gjennom strømningskanalen i en innsnevret del av strømningskanalen; dette i forhold til en ikke-innsnevret del av strømningskanalen. Strømningsrestriksjonen omfatter fortrinnsvis et venturirør som kan utgjøre hele eller en del av strømningskanalen. Venturirøret kan spesielt omfatte et divergerende-konvergerende-divergerende venturirør som smalner av fra åpninger i begge ender av strømningskanalen og mot en indre del av strømningskanalen.

Fortrinnsvis er huset i det alt vesentlige symmetrisk om en plassering for den minst ene turbinanordning, for eksempel en midtpunktplassering.

Venturirøret kan omfatte minst ett første legeme formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, eventuelt som et sylindrisk legeme; og

- minst ett andre legeme formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt. I én utførelse er et mellomrom anordnet mellom en divergerende ende av ett første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, samt en tilstøtende konvergerende ende av ett ytterligere første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt; og - hvor den divergerende ende av det ene første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, har en mindre diameter enn den konvergerende ende av det ene ytterligere første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt.

Den divergerende ende av det ene første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, i sin lengderetning er fortrinnsvis i det alt vesentlige sammenfallende med den konvergerende ende av det ene ytterligere første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt.

Videre kan den minst ene turbinanordning være anordnet på det smaleste stedet i venturirøret.

Fortrinnsvis omfatter kraftgeneratoren også:

- nevnte pumpeanordning funksjonsmessig koplet til den minst ene turbinanordning; - en generatoranordning som drives av turbinanordningen, og som befinner seg atskilt fra den minst ene turbinenhet; og - en fluidtilførselsanordning som forbinder pumpeanordningen med generatoranordningen for å tilføre fluid fra pumpeanordningen til generatorsammenstillingen for å produsere kraft.

Den minst ene/hver undervannsturbinenhet er fortrinnsvis tilpasset for plassering i en vannmasse, f.eks. på bunnen av en sjø, et hav eller en elv. I tillegg er generatoranordningen fortrinnsvis tilpasset for plassering utenfor vannmassen.

Væsken leveres fortrinnsvis fra en vannmasse som turbinenheten er senket ned i, hvor væsken kan være sjøvann. Fluidet kan omfatte væsken.

Turbinhuset kan omfatte en ytre hylse og en indre hylse, hvor den indre hylse kan avgrense strømningskanalen. Dette er fordelaktig ved at det er mulig å strømlinje-forme den ytre hylse for å minske tidevannskreftenes innvirkning på turbinenheten som en helhet. Videre kan den ytre hylse fremskaffe en åpning som kan lukkes ved hjelp av en luke, hvor turbinenhetsdelen kan fjernes via åpningen for vedlikehold.

Som et alternativ, kan turbinhuset omfatte en enkelt hylse som kan avgrense strømningskanalen.

Turbinanordningen kan omfatte en ettrinns rotor- og statorkombinasjon, slik som den som er beskrevet i nærværende søkers meddelte britiske patent 2 302 348, hvis innhold herved innlemmes gjennom henvisning, eller turbinanordningen kan omfatte kun en rotor. Alternativt kan turbinanordningen omfatte en flertrinns rotor- og statorkombinasjon, eller en hvilken som helst annen hensiktsmessig turbinanordning. Som et ytterligere alternativ, kan turbinanordningen omfatte flere turbinlegemer som er koplet sammen, hvor hvert turbinlegeme innbefatter ettrinns eller flertrinns rotor-og statorkombinasjoner.

Pumpeanordningen kan være koplet til den minst ene turbinanordning, for eksempel ved hjelp av en drivaksel i den minst ene turbinanordning. Pumpeanordningen kan omfatte en pumpe som beskrevet i nærværende søkers samtidig verserende PCT-patentskrift nr. WO 02/36964, hvis innhold herved innlemmes gjennom henvisning. Pumpeanordningen kan være montert i huset, fortrinnsvis i strømningskanalen, og den kan være koplet direkte til turbinanordningen. Alternativt kan pumpeanordningen være plassert atskilt fra turbinhuset.

Generatoranordningen er fortrinnsvis anbrakt ved overflaten, for eksempel på havoverflaten eller på land. Dette er spesielt fordelaktig, ettersom det gir enkel tilgang til, samt vedlikehold av, generatoranordningen. Alternativt kan generatoranordningen være anbrakt under vann.

Generatoranordningen omfatter fortrinnsvis også en enkelt generatorturbinanordning som mates fra turbinenheten/hver av turbinenhetene. Generatoranordningen kan omfatte en generatorturbinanordning og en generatorenhet. Generatorturbinanordningen kan drive en generatorenhet direkte eller via en tannhjulsutveksling, remdrift eller annet transmisjonssystem, for å øke generatorenhetens omdreinings-hastighet i forhold til generatorturbinanordningen. Generatorenheten kan produsere elektrisk kraft i form av vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC), og den kan styres elektronisk, hvilket kan gjøre det mulig å styre utgangseffektens karakteristiske egenskaper.

Generatorturbinanordningen kan omfatte et peltonhjul eller en annen hensiktsmessig turbinanordning som funksjonsmessig er koplet til generatoren. Generatorturbinanordningen drives fortrinnsvis ved hjelp av samme væske som turbinanordningen i undervannsturbinenheten. Tilveiebringelsen av pumpeanordningen for tilførsel av væske, spesielt vann som f.eks. sjøvann, til generatorsammenstillingen, medfører den fordel at det derved er mulig å bruke én væske både til å drive turbinanordningen i turbinenheten og generatorturbinanordningen. Dermed behøver kun generatorenheten i generatoranordningen å tettes mot generatorturbinenheten, og ikke mot det omgivende miljø.

Kraft som produseres av generatoren, kan lagres i eller atskilt fra generatoranordningen, for eksempel i ett eller flere batterier, eller kraften kan tilføres direkte i et kraftforsyningsnett, for eksempel i et lokalt kraftforsyningsnett. I sistnevnte tilfelle kan synkroniseringen, effektfaktoren og spenningen i kraften som produseres, reguleres elektronisk før kraften sendes til det lokale kraftforsyningsnett for nettfordeling, for eksempel et ledningsnett. Generatoranordningen kan for eksempel være forbundet med det lokale nettfordelingssystem via en kabel, for eksempel en sjøkabel.

Fluidtilførselsanordningen kan omfatte en ledning som løper mellom pumpeanordningen og generatoranordningen. Fluidtilførselsanordningen er fortrinnsvis løsbart koplet til i det minste pumpeanordningen og/eller turbinanordningen for å gjøre det mulig å atskille og fjerne én eller begge av pumpeanordningen og turbinanordningen for opphenting til overflaten.

Turbinhuset kan fortrinnsvis festes til en undervannsflate, for eksempel en bunn i en sjø, et hav eller en elv, ved hjelp av for eksempel en festekonstruksjon, hvor denne i det alt vesentlige kan være rettet inn etter retningen på tidevannsstrømmen. Alternativt kan turbinhuset være bevegelig festet til en undervannsflate for å gjøre det mulig for huset å vende seg mot retningen på hovedstrømmen eller tidevanns-strømmen. Turbinenheten kan omfatte en undervannsturbinenhet, men det vil forstås at turbinenheten kan brukes i et hvilket som helst undervannsmiljø hvor det forekommer en væskestrømning, for eksempel i en situasjon med tidevannsstrømning eller elvestrømning.

Ifølge en ytterligere utførelse av det andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse, kan kraftgeneratoren omfatte:

- en generatoranordning plassert atskilt fra turbinhuset; og

- en fluidtilførselsanordning som forbinder pumpeanordningen med generatoranordningen for å tilføre fluid fra pumpeanordningen til generatoranordningen for å produsere kraft.

Den minst ene/hver av undervannsturbinenheten(e) er fortrinnsvis tilpasset plassering i en vannmasse, f.eks. på bunnen av en sjø, et hav eller en elv. I tillegg er generatoranordningen fortrinnsvis tilpasset plassering utenfor vannmassen.

Kraftgeneratoren produserer fortrinnsvis elektrisk kraft.

Generatoranordningen kan være plassert atskilt fra turbinhuset.

Væsken leveres fortrinnsvis fra en vannmasse som turbinenheten er dykket ned i, og kan for eksempel være sjøvann. Fluidet kan omfatte væsken.

Kraftgeneratoren omfatter fortrinnsvis to eller flere undervannsturbinenheter som hver innbefatter en turbinanordning for å rotere under påvirkning av en fluidstrøm, samt en pumpeanordning som funksjonsmessig er koplet til den respektive turbinanordning;

- hvor generatoranordningen er plassert atskilt fra turbinenhetene; og

- hvor fluidtilførselsanordningen forbinder pumpeanordningen i hver turbinenhet med generatoranordningen for å tilføre fluid fra hver pumpeanordning til generatoranordningen for å produsere kraft.

Videre omfatter generatoranordningen fortrinnsvis en enkelt generatoranordning som mates av hver av de to eller flere turbinenhetspumpeanordninger. Dette vil med fordel gjøre det mulig å tilveiebringe en enkelt generatoranordning som er koplet til de to eller flere turbinenheter, slik at det fremskaffes en enkelt, felles generatoranordning, for eksempel for å redusere bygge- og vedlikeholdskostnadene.

Kraftgeneratoren kan omfatte flere, for eksempel tre eller flere, turbinenheter, hvor pumpeanordningen i hver turbinenhet er koplet til generatoranordningen. Hver turbinenhets pumpeanordning kan være koplet til generatoranordningen ved hjelp av respektive fluidtilførselsanordninger. På denne måten kan fluid leveres separat fra pumpeanordningen i hver av turbinenhetene til den fjerntliggende generatoranordning, hvor fluidet som leveres fra den enkelte pumpe kan kombineres til en enkeltstrøm for å drive for eksempel en generatorturbinanordning i generatoranordningen. Alternativt kan fluidtilførselsanordningen omfatte en anordning for å kombinere fluidet fra hver enkelt turbinenhets pumpeanordning atskilt fra eller utenfor generatoranordningen, for eksempel ved hjelp av en manifold som kan være en undervannsmanifold.

Ifølge et tredje aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en turbinenhetsdel for en kraftgenerator som angitt i det andre aspekt av foreliggende oppfinnelse, hvor turbinenhetsdelen er løsbart montert i en turbinenhet til kraftgeneratoren og omfatter én av følgende: (A) minst én turbinanordning;

(B) en pumpeanordning; og

(C) den minst ene turbinanordning og pumpeanordningen; og

strømningskanalen.

Ifølge et fjerde aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft ved bruk av kraftgeneratoren ifølge det andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, kun gjennom eksempel og under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 er en skjematisk perspektivtegning av en kraftgenerator i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er en forstørret tegning, delvis vist i snitt, av en undervannsturbinenhet som utgjør en del av kraftgeneratoren på figur 1; Figur 3 er en skjematisk perspektivtegning av en kraftgenerator under installasjon eller vedlikehold i henhold til en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 4 er et sidetverrsnitt av et hus for en turbinenhet som utgjør en del av en kraftgenerator i henhold til ytterligere en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 5 er en perspektivtegning av et hus for en turbinenhet som utgjør en del av en kraftgenerator i henhold til enda en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og

Figur 6 er et sidetverrsnitt av en turbinenhet inklusive huset på figur 5.

Idet det først henvises til figur 1, er det vist en kraftgenerator i henhold til en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse, hvor kraftgeneratoren generelt angis ved hjelp av henvisningstall 8. Kraftgeneratoren 8 omfatter i det store og hele en undervannsturbinenhet 10 som er vist i den forstørrede, delvis snittede tegning på figur 2. Turbinenheten 10 innbefatter et hus eller et deksel 12 med en gjennomgående fluidstrømningskanal 14, en turbinanordning 16 anbrakt i strømningskanalen 14 for å rotere under påvirkning av en væskestrøm gjennom fluidstrømningskanalen 14, og en pumpe 18 som funksjonsmessig er koplet til turbinanordningen 16. Kraftgeneratoren 8 innbefatter også en generatorsammenstilling 20 (figur 1) som er plassert atskilt fra turbinhuset 12, og en fluidtilførselsanordning 22 som forbinder pumpen 18 med generatorsammenstillingen 20 for å føre fluid fra pumpen 18 til generatorsammenstillingen 20 for å produsere kraft.

Figur 1 viser en utførelse av den foreliggende oppfinnelse som innbefatter to eller

flere, spesielt fire, turbinenheter 10, 10a, 10b og 10c. Hver av enhetene 10a-10c er lik enhet 10, og like komponenter deler samme henvisningstall. Fluidtilførselsanordningen 22 forbinder hver turbinenhets pumpe 18 med generatorsammenstillingen 20. Hver av turbinenhetene 10-lOc er installert på havbunnen 13 ved hjelp av respektive

festestativer 11, lia, 11b og lic og er rettet inn med tidevannsstrømmens hovedretning, angitt ved pil B-B'.

Mer detaljert innbefatter turbinenhetshuset 12 en ytre hylse 24 og en indre hylse 26 som avgrenser fluidstrømningskanalen 14. Den indre hylse 26 er utformet i form av et divergerende-konvergerende-divergerende venturirør som danner en strømnings-restriksjon (innsnevring) i fluidstrømningskanalen 14. Dette har den virkning at det øker fluidhastigheten gjennom strømningskanalen 14 i retning av pil A eller A'. Som kan sees på figurer 1 eller 2, er huset 12 i alt vesentlig symmetrisk i lengderetningen, slik at turbinenheten 10 kan virke i den ene eller den andre av to i alt vesentlig motsatte retninger.

Turbinanordningen 16 omfatter en ettrinns rotor- og statorkombinasjon 17, 19 tilsvarende den som er beskrevet i nærværende søkers meddelte britiske patent nr. 2 302 348. Rotoren 17 har et antall rotorblader 21 og statoren 19 et antall stator-blader 23. Statoren 19 er på figur 2 vist delvis gjennomskåret for illustrasjonsformål. Pumpen 18 omfatter en pumpe av den type som er beskrevet i nærværende søkers samtidig verserende PCT-patentskrift nr. WO 02/36964, og er koplet direkte til turbinanordningen 16 via en drivaksel 28 for å rotere med og ved hjelp av turbinanordningen 16.

Fluidtilførselsanordningen omfatter et fluidrør 30 som forbinder pumpen 18 med generatorsammenstillingen 20. På denne måten driver væske som strømmer gjennom vaeskestrømningskanalen 14, turbinanordningen for å rotere rotoren og dermed drivakselen 28, hvilket driver pumpen 18 til å pumpe fluid til generatorsammenstillingen 20. Det vil derfor bemerkes at drivvæsken, i dette tilfelle sjøvann, som driver turbinanordningen 16, også tilføres generatorsammenstillingen 20 fra pumpen 18.

Generatorsammenstillingen 20 er plassert på en plattform 32 som er festet til havbunnen 13, og omfatter i det store og hele en generatorturbinanordning (ikke vist) som for eksempel et peltonhjul, og en generatorenhet (ikke vist) koplet til peltonhjulet. Peltonhjulet drives således ved hjelp av fluid som leveres fra pumpen 18 for å rotere og drive generatorenheten, for å produsere elektrisk kraft.

I kraftgeneratoren 8 som vises på figur 1, er hver turbinenhet 10-lOc koplet til generatorsammenstillingen 20 via respektive fluidrør 30, slik at fluidet føres til en felles generator. Installasjon av generatorsammenstillingen 20 atskilt fra huset, spesielt på plattformen 32 på overflaten, er spesielt fordelaktig ved at dette bidrar både til å underlette vedlikehold av generatorenheten 20 og til å redusere bygge- og vedlikeholdskostnadene. Dette er delvis fordi generatorsammenstillingen er anordnet over havoverflaten og derfor ikke må tettes mot sjøvannsinntrengning.

Generatorsammenstillingen 20 er koplet via sjøkabel til et lokalt, landbasert, elektrisk strømnett for å føre veksel- eller likestrømmen som produseres, rett på det lokale nettet. Alternativt kan generatorsammenstillingen 20 innbefatte batterier (ikke vist) for lagring av den produserte, elektriske strøm.

Man har funnet at turbinenhetene 10, 10a, 10b og 10c typisk har en væskeinnløps-vinkel på ±25° i forhold til lengderetningen, og at det derfor ikke er nødvendig å rette disse inn med flo eller fjære.

Idet det nå henvises til figur 3, er det vist ytterligere et trekk ved kraftgeneratoren 8 på figur 1, i henhold til en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Hver turbinenhet 10-lOc innbefatter en husdel 34 som er løsbart festet i turbinhuset 12. Husdelen 34 bærer turbinanordningen 16 og pumpen 18 og kan tas ut for vedlikehold, som vist på figur 3. For å underlette denne operasjonen innbefatter den ytre husdel 24 av turbinhuset 12 en åpning 36 som strekker seg et stykke rundt den ytre hylse 24. En luke 38 (figur 3) åpnes for å gi tilgang til husdelen 34. I tillegg innbefatter røret 30 en kopling 31 som forbinder røret 30 med en rørdel 33 koplet til pumpen 18. På denne måten kan husdelen 34 tas ut for vedlikehold av turbinanordningen 16 og/eller pumpen 18 etter at luken 38 er åpnet og koplingen 31 er utløst. Figur 3 viser et fartøy 40 på feltet som ved hjelp av en kran 42 fjerner husdelen 34 for vedlikehold. Dette er spesielt fordelaktig, ettersom det gjør det mulig å utføre vedlikehold uten å måtte fjerne hele turbinenheten 10 fra havbunnen 13.

Foreløpige beregninger for kraftgeneratoren 8 er basert på følgende forutsetninger:

Kraft som skal produseres, P = 50 kW

Tidevannsstrømmens hastighet, Vi =3 knop = 1,54 m/s

Forhold innløp:hals i venturirør, Ai:A2=4:1

Sjøvannets tetthet, p = 1025 kg/m<3>

Hydraulisk virkningsgrad for propell/rotor i turbinanordning

= 75 %

Virkningsgrad pumpe = 90 %

Virkningsgrad turbinanordning = 85 %

Virkningsgrad generatorenhet = 90 %

Ut fra ovennevnte er systemets samlede virkningsgrad på 51,64 %, hvilket gir et kraftbehov ved propellene PP i turbinenhetene på

Ut fra kontinuitetsteorien vil hastigheten gjennom propellen ved innsnevringen/halsen i venturirøret, V2, ved et innløp:hals-forhold på 4:1 og en innløpshastighet på 1,54 m/s, være:

Kraftmengden P0som er tilgjengelig i en frittstrømmende fluidstrøm med tverrsnittsareal A, er lik dette areal multiplisert med fluidstrømmens hastighet og den kinetiske energi i et enhetsvolum av fluidstrømmen, og er angitt som: Dermed blir det nødvendige innløpsareal til venturirøret,

Og det nødvendige halsareal A2er 12,9 m<2>. Dette tilsvarer en innløpsdiameter på 8,09 m og en halsdiameter på 4,05 m for venturirøret.

Med disse parametere ville turbinanordningen 16 forventes å rotere ved ca. 60 omdreininger pr. minutt i en 3 knops strømning.

Ut fra ligningen for beregning av P0ovenfor er det tydelig at tidevannsstrømmens hastighet har en betydelig innvirkning på tilgjengelig ytelse.

Ved ovennevnte dimensjoner og forutsetninger blir den virkningen som små økninger i tidevannshastigheten vil ha på den kraft som kan trekkes ut, som følger:

(Innvirkning av tidevannshastighet på kraft som kan utvinnes av en 4 m propell med en husinnløpsdiameter på 8 m.)

Tilsvarende vil produksjon av 1 MW fra en strømning med en gjennomsnittshastighet på 5 knop kreve et turbinanordningsblad/rotor med en diameter på 8,5 m og et turbinhus 12 med en innløpsdiameter på 17 m.

Idet det nå henvises til figur 4, er det vist et hus 12 for en turbinenhet 10 som utgjør en del av en kraftgenerator 8 i henhold til ytterligere en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Man har funnet at dersom væskeinnløpsvinkelen B til turbinenheten 10 er for bratt, vil væskestrømmen skille seg ved grensesjikt D. For å stimulere grensesjiktet D og sikre en væskestrøm gjennom turbinenheten 10, er venturirøret tilpasset som beskrevet i det etterfølgende.

Som kan sees på figur 4, omfatter venturirøret minst ett legeme 100a, 100b, 100c med form av en avkortet kjegle, et sylindrisk legeme 102 og minst et andre legeme 104a, 104b, 104c med form av en avkortet kjegle.

I denne utførelse er det anordnet et mellomrom 106 mellom en divergerende ende 108 av ett første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle og en tilstøtende konvergerende ende 110 av ytterligere ett første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle, idet den divergerende ende 108 av det ene første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle har en mindre diameter enn den konvergerende ende 110 av det ene ytterligere første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle. Legemet med form av en avkortet kjegle kan ha rette kanter eller konkave kanter innover.

Som kan sees på figur 4, er den divergerende ende 108 av det ene første/andre legeme 100, 104 som er formet som en avkortet kjegle, i lengderetningen i alt vesentlig sammenfallende med den konvergerende ende 110 av det ene ytterligere første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle.

Huset 12 har typisk en totallengde på omkring 20 m, endene 112 av det symmetriske venturirør har en innvendig diameter på 15 til 20 m, typisk omkring 17,5 m, og det sylindriske legeme 102 har en lengde på 2 m og en innvendig diameter på 10 m. Mellomrommets 108 radialdimensjon er typisk 1 m, og det ytterligere første/andre legeme 100, 104 formet som en avkortet kjegle har en lengde på 2 m.

Idet det henvises til figurer 5 og 6, er det vist et hus 12 for en turbinenhet 10 som utgjør en del av en kraftgenerator 8 i henhold til enda en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. I denne utførelse omfatter venturirøret et par legemer 100b formet som en avkortet kjegle, og et par traktformede legemer 100a, idet det mellom hvert av legemene 100b med form av en avkortet kjegle og det tilstøtende traktformede legeme 100a er anordnet mellomrom 106.

Det vil forstås at de foregående utførelser innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse kan gjøres til gjenstand for ulike modifikasjoner. For eksempel kan fluidtilførselsanordningen omfatte en anordning for å kombinere fluid fra hver av turbinenhetspumpene atskilt fra eller utenfor generatorsammenstillingen, for eksempel ved hjelp av en manifold som kan være en undervannsmanifold. Turbinhuset kan omfatte en enkelt hylse som kan avgrense strømningskanalen. Turbinanordningen kan omfatte en flertrinns rotor- og statorkombinasjon eller en hvilken som helst annen hensiktsmessig turbinanordning. Turbinanordningen kan omfatte flere turbinlegemer koplet sammen, hvor hvert av disse innbefatter stator- og rotorkombinasjoner med ett eller flere trinn. Pumpen kan være anbrakt atskilt fra turbinhuset. Turbinhuset kan være bevegelig festet til en undervannsflate for å gjøre det mulig for det å bevege seg slik at det kan vende seg i retning av hoved-strømningen eller tidevannsstrømmen. Turbinanordningen kan innbefatte kun en rotor uten en stator. Videre er det, selv om strømningskanalen i de beskrevne utførelser fortrinnsvis har et sirkelformet tverrsnitt, mulig å benytte andre tverrsnitt, f.eks. ovalt, elliptisk, kvadratisk eller rektangulært.

Claims

1. Undervannsturbinenhet (10; 10a; 10b; 10c) omfattende et hus (12) med en gjennomgående væskestrømningskanal og minst én turbinanordning (16) som er anbrakt i strømningskanalen for å kunne rotere under påvirkning av en væskestrøm gjennom strømningskanalen,karakterisert vedat undervannsturbinenheten (10; 10a; 10b; 10c) omfatter en turbinenhetsdel (34) som er løsbart montert i turbinenheten, hvor turbinenhetsdelen (34) omfatter én av følgende: (A) den minst ene turbinanordning (16); (B) en pumpeanordning (18); og (C) den minst ene turbinanordning (16) og pumpeanordningen (18); og - at turbinenhetsdelen (34) også omfatter et element som danner i det minste en del av strømningskanalen.

2. Kraftgenerator (8),karakterisert vedat kraftgeneratoren (8) omfatter minst én undervannsturbinenhet (10; 10a; 10b; 10c) ifølge krav 1.

3. Kraftgenerator som angitt i krav 2,karakterisert vedat kraftgeneratoren omfatter en elektrisk strømgenerator.

4. Kraftgenerator som angitt i krav 2 eller 3,karakterisert vedat strømningskanalen avgrenser en strømningsrestriksjon.

5. Kraftgenerator som angitt i krav 4,karakterisert vedat strømningsrestriksjonen omfatter et venturirør.

6. Kraftgenerator som angitt i krav 5,karakterisert vedat venturirøret omfatter et divergent-konvergent-divergent venturirør som smalner av fra åpninger i begge ender av strømningskanalen og mot en indre del av strømningskanalen.

7. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-6,karakterisert vedat huset i det alt vesentlige er symmetrisk om en midtpunktplassering for den minst ene turbinanordning.

8. Kraftgenerator som angitt krav 6 eller 7 når dette avhenger av krav 6,karakterisert vedat venturirøret omfatter minst ett første legeme (100a, 100b, 100c) formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, eventuelt som et sylindrisk legeme (102); og - minst ett andre legeme (104a, 104b, 104c) formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt.

9. Kraftgenerator som angitt i krav 8,karakterisert vedat et mellomrom (106) er anordnet mellom en divergerende ende av ett første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, samt en tilstøtende og konvergerende ende av ett ytterligere første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt; og - at den divergerende ende av det ene første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, har en mindre diameter enn den konvergerende ende av det ene ytterligere første/andre legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt.

10. Kraftgenerator som angitt i krav 9,karakterisert vedat den divergerende ende av det ene første legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt, i sin lengderetning er i det alt vesentlig sammenfallende med den konvergerende ende av det ene ytterligere legeme som er formet som en avkortet kjegle, som en avkortet pyramide eller som en trakt.

11. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-10,karakterisert vedat kraftgeneratoren også omfatter: - nevnte pumpeanordning funksjonsmessig koplet til den minst ene turbinanordning; - en generatoranordning (20) som drives av turbinanordningen, og som befinner seg atskilt fra den minst ene turbinenhet; og - en fluidtilførselsanordning som forbinder pumpeanordningen med generatoranordningen for å tilføre fluid fra pumpeanordningen til generatorsammenstillingen for å produsere kraft.

12. Kraftgenerator som angitt i krav 11,karakterisert vedat den minst ene/hver undervannsturbinenhet er tilpasset for plassering i en vannmasse, og at generatoranordningen er tilpasset for plassering utenfor vannmassen.

13. Kraftgenerator som angitt i krav 11 eller 12,karakterisertv e d at væsken ved bruk leveres fra en vannmasse som turbinenheten er senket ned i, og at fluidet omfatter væsken.

14. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-13,karakterisert vedat huset omfatter en ytre hylse (24) og en indre hylse (26), hvor den indre hylse avgrenser strømningskanalen.

15. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-14,karakterisert vedat turbinanordningen er valgt fra: - en ettrinns rotor- og statorkombinasjon (17, 19); - kun en rotor; -en flertrinns rotor- og statorkombinasjon; og - flere turbinlegemer som er koplet sammen, hvor hvert turbinlegeme innbefatter ettrinns eller flertrinns rotor- og statorkombinasjoner.

16. Kraftgenerator som angitt i krav 11,karakterisert vedat pumpeanordningen er koplet til den minst ene turbinanordning ved hjelp av en drivaksel (20) i den minst ene turbinanordning.

17. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-16,karakterisert vedat pumpeanordningen er montert i strømningskanalen og er koplet direkte til turbinanordningen.

18. Kraftgenerator som angitt i krav 11 eller 16, eller i krav 17 når dette avhenger av et hvilket som helst av kravene 11-16,karakterisert vedat generatoranordningen er anbrakt ved overflaten.

19. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 11-16 eller krav 18,karakterisert vedat generatoranordningen omfatter en enkelt generatorturbinanordning som mates fra turbinenheten/hver av turbinenhetene, hvor generatoranordningen omfatter generatorturbinanordningen og en generatorenhet, og hvor generatorturbinanordningen driver generatorenheten.

20. Kraftgenerator som angitt i krav 19,karakterisert vedat generatorenheten produserer elektrisk kraft i form av vekselstrøm eller likestrøm.

21. Kraftgenerator som angitt i krav 19 eller 20,karakterisertv e d at generatorturbinanordningen omfatter et peltonhjul som funksjonsmessig er koplet til generatoren, hvor generatorturbinanordningen drives ved hjelp av samme væske som turbinanordningen i undervannsturbinenheten.

22. Kraftgenerator som angitt i krav 19, 20 eller 21,karakterisertv e d at kraft som produseres av generatoranordningen, lagres i eller atskilt fra generatoranordningen eller tilføres direkte i et kraftforsyningsnett.

23. Kraftgenerator som angitt i krav 11 eller et hvilket som helst av kravene 12-22 når dette avhenger av krav 11,karakterisert vedat fluidtilførselsanordningen omfatter en ledning (30) som løper mellom pumpeanordningen og generatoranordningen, hvor fluidtilførselsanordningen er løsbart koplet til i det minste pumpeanordningen og/eller turbinanordningen for å gjøre det mulig å atskille og fjerne én eller begge av pumpeanordningen og turbinanordningen for opphenting til overflaten.

24. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-23,karakterisert vedat turbinhuset kan festes til en undervannsflate ved hjelp av en festekonstruksjon, slik at den ved bruk i det alt vesentlige er rettet inn etter retningen på tidevannsstrømmen.

25. Kraftgenerator som angitt i krav 14,karakterisert vedat den ytre hylse fremskaffer en åpning (36) som kan lukkes ved hjelp av en luke (38), og at turbinenhetsdelen kan fjernes via åpningen for vedlikehold.

26. Kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 6, 8, 9 eller 10,karakterisert vedat den minst ene turbinanordning er anordnet på det smaleste stedet i venturirøret.

27. Kraftgenerator som angitt i krav 2,karakterisert vedat kraftgeneratoren omfatter: - en generatoranordning plassert atskilt fra turbinhuset; og - en fluidtilførselsanordning som forbinder pumpeanordningen med generatoranordningen for å tilføre fluid fra pumpeanordningen til generatoranordningen for å produsere kraft.

28. Turbinenhetsdel for en kraftgenerator som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-26,karakterisert vedat turbinenhetsdelen er løsbart montert i en turbinenhet til kraftgeneratoren og omfatter én av følgende: (A) minst én turbinanordning; (B) en pumpeanordning; og (C) den minst ene turbinanordning og pumpeanordningen; og - at turbinenhetsdelen også omfatter et element som danner i det minste en del av strømningskanalen.

29. Fremgangsmåte for produksjon av elektrisk kraft ved bruk av kraftgeneratoren ifølge et hvilket som helst av kravene 2-27.