NO331418B1

NO331418B1 - Rotor and turbine for use in fluid flow

Info

Publication number: NO331418B1
Application number: NO20101558A
Authority: NO
Inventors: Jarle Reitan
Original assignee: Quality Crossing Norway As
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-12-27
Also published as: NO20101558A1

Description

Foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt produksjon av energi fra strømmer i væske. Konkret vedrører oppfinnelsen en rotor (som også kan benevnes en skrue) med bladelementer i en skrueliknende form der bladelementene er anordnet med valgbar bladvinkel om sin egen lengdeakse. Oppfinnelsen vedrører videre en turbin omfattende nevnte rotor, der turbinen kan være anordnet med venturielementer. The present invention generally relates to the production of energy from currents in liquid. Specifically, the invention relates to a rotor (which can also be called a screw) with blade elements in a screw-like shape where the blade elements are arranged with a selectable blade angle about their own longitudinal axis. The invention further relates to a turbine comprising said rotor, where the turbine can be arranged with venturi elements.

Teknikkens område The area of technology

Det er velkjent at væskestrømmer som f eks vannstrømmer utgjør stort energi-potensial som i relativt liten grad er utnyttet. En spesielt aktuell form for væskestrøm er vannstrøm. Vannstrømmene kan eksempelvis forekomme i elver eller i havet der tidevannsstrømmer er av spesiell interesse. Av andre former for væskestrøm kan man for eksempel nevne kloakk eller olje. Væskestrømmene kan forekomme i ledende strukturer som f eks rør. It is well known that fluid flows, such as water flows, constitute a large energy potential that is relatively little utilised. A particularly relevant form of fluid flow is water flow. The water currents can, for example, occur in rivers or in the sea where tidal currents are of particular interest. Other forms of liquid flow include, for example, sewage or oil. The fluid flows can occur in conducting structures such as pipes.

Effektiv utvinning av energi fra denne typen strømmer har imidlertid vist seg å by på mange utfordringer. However, efficient extraction of energy from this type of current has proven to present many challenges.

Kjent teknikk på området omfatter blant annet såkalte havmøller en vindmølle-liknende konstruksjon er anbrakt på havbunnen slik det er presentert i patentet N0327873 som omtales nærmere nedenfor. Slike havmøllers vinger sveiper typisk over et relativt stort areal. Dette medfører betydelig krefter som må tas opp av en stor og tung tårnkonstruksjon. Slike store konstruksjoner egner seg ikke til å utplasseres i grunne farvann; noe som kan være aktuelt blant annet for å fange opp lokale strømmer. Enkelte slike tårnkonstruksjoner rager til og med opp over havflaten, noe som kan være skjemmende og til hinder for skipstrafikk. Known technology in the area includes so-called sea turbines, a windmill-like structure is placed on the seabed as presented in patent N0327873, which is discussed in more detail below. The wings of such sea mills typically sweep over a relatively large area. This entails significant forces that must be taken up by a large and heavy tower construction. Such large constructions are not suitable for deployment in shallow waters; which may be relevant, among other things, to capture local currents. Certain such tower structures even rise above the sea level, which can be unsightly and an obstacle to ship traffic.

Generering av elektromotorisk kraft fra bevegelse av vann eller vind baserer seg i følge kjent teknikk på blader som, når de ses langs rotasjonsaksen, representerer en liten del av det arealet de sveiper over, og derfor må være lange for å maksimere overflatearealet og derved effektiviteten til den elektromotoriske kraftgenereringen. Derved kreves det dypt vann der disse skal plasseres. The generation of electromotive force from the movement of water or wind is based, according to the prior art, on blades which, when viewed along the axis of rotation, represent a small part of the area they sweep over, and therefore must be long to maximize the surface area and thereby the efficiency of the electromotive power generation. This requires deep water where these are to be placed.

Installasjon og oppankring av slike systemer er komplisert og kostnadskrevende grunnet kravene til dybde. Videre kreves høye strukturer med store fundamenter. For å generere elektrisk kraft i elver, er dagens muligheter begrensede. Av tradisjonelle løsninger, er peltonhjul blant de mest brukte. Installation and anchoring of such systems is complicated and costly due to the requirements for depth. Furthermore, tall structures with large foundations are required. To generate electric power in rivers, the current possibilities are limited. Of traditional solutions, pelton wheels are among the most used.

Det norske patentet N0327873 gitt til FluCon AS presenterer en anordning med turbinmontasje for energiuttak fra strømmende vann hvor turbinmontasjen omfatter en rotorturbin med oppheng, oppdriftselement og bunnfeste. Videre omfatter turbinmontasjen nødvendige transmisjonselementer for overføring av energi til en kraftmaskin og minst to parallelle rotorturbiner som har motsatt stigning og som overlapper hverandre. The Norwegian patent N0327873 granted to FluCon AS presents a device with a turbine assembly for energy extraction from flowing water where the turbine assembly comprises a rotor turbine with suspension, buoyancy element and bottom attachment. Furthermore, the turbine assembly includes the necessary transmission elements for transferring energy to a power machine and at least two parallel rotor turbines that have opposite pitches and that overlap each other.

PCT-søknaden WO 2006/059094 A1 "Apparatus for the generation of power from a flowing fluid" inngitt av Malcolm Maclean Bowie, presenterer et apparat for generering av elektrisk eller mekanisk energi fra en flytende fluid. Nevnte apparat omfatter minst ett blad med i hovedsak helisk form der bladet består av et antall bladseksjoner. Fluidet får bladet til å rotere rundt sin akse, der denne rotasjons-bevegelsen brukes til å generere elektrisk eller mekanisk energi. Det presenteres også et helisk blad der pitchlengden og/eller radius varierer langs lengden av bladprofilen. PCT application WO 2006/059094 A1 "Apparatus for the generation of power from a flowing fluid" filed by Malcolm Maclean Bowie, presents an apparatus for the generation of electrical or mechanical energy from a flowing fluid. Said device comprises at least one blade with an essentially helical shape where the blade consists of a number of blade sections. The fluid causes the blade to rotate around its axis, where this rotational movement is used to generate electrical or mechanical energy. A helical blade is also presented where the pitch length and/or radius varies along the length of the blade profile.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Overordnede formål ved oppfinnelsen er å redusere forurensning og å beskytte miljøet. The overall objectives of the invention are to reduce pollution and to protect the environment.

Et annet vesentlig formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe miljøvennlig energi. Another important purpose of the invention is to provide environmentally friendly energy.

Nok et formål ved oppfinnelsen er å gjøre det mulig å nyttiggjøre væskestrømmer bedre til energiproduksjon. Et videre formål er å utnytte lokale vannstrømmer og endringer i disse bedre. I denne sammenheng er det viktig å tilby plasserings-vennlige løsninger som derfor bør være relativt små. Dertil er det et formål å unngå å samtidig fange opp strømmer med forskjellige retninger; noe som utgjør et problem ved store bladkonstruksjoner. Another purpose of the invention is to make it possible to utilize liquid flows better for energy production. A further purpose is to make better use of local water flows and changes in these. In this context, it is important to offer location-friendly solutions, which should therefore be relatively small. There is also a purpose to avoid simultaneously capturing currents with different directions; which poses a problem for large blade constructions.

Andre formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe løsninger som har lave kostnader både når det gjelder produksjon, utplassering og vedlikehold. Another purpose of the invention is to provide solutions that have low costs both in terms of production, deployment and maintenance.

Videre er det et formål ved oppfinnelsen å effektivisere turbinløsninger generelt og vannturbinløsninger spesielt, og å optimalisere effektproduksjon i forhold til størrelsen på turbinen. Furthermore, it is a purpose of the invention to make turbine solutions more efficient in general and water turbine solutions in particular, and to optimize power production in relation to the size of the turbine.

Et sentralt formål er å tilveiebringe en effektiv rotorbladløsning som optimalt kan utnytte den aktuelle strømmen. I denne sammenheng er det videre et formål at rotorbladet kan justeres avhengig nevnte strøm; der nevnte justering kan skje ved produksjon, installasjon og/eller operasjon. Et enda videre formål i denne sammenheng er å tilveiebringe muligheter for justering i sann tid som en funksjon av strømmen. A central purpose is to provide an efficient rotor blade solution that can optimally utilize the current in question. In this context, it is also a purpose that the rotor blade can be adjusted depending on said current; where said adjustment can take place during production, installation and/or operation. An even further purpose in this context is to provide opportunities for adjustment in real time as a function of the current.

I sammenheng med optimalisering av energiproduksjon, er det også et formål å tilveiebringe effektive løsninger ved bruk av venturielementer. In the context of optimizing energy production, it is also an aim to provide efficient solutions using venturi elements.

Et mer spesifikt formål ved oppfinnelsen er å øke det totale bladarealet til en turbin uten i samme grad å øke størrelsen av turbinen. A more specific purpose of the invention is to increase the total blade area of a turbine without increasing the size of the turbine to the same extent.

Et sentralt, spesifikt formål er å tilveiebringe en løsning som tillater justering av et rotorformet rotorblad ved vridning av rotorens bladelementer; der nevnte vridning kan skje ved produksjon, installasjon og/eller operasjon. A central, specific object is to provide a solution that allows adjustment of a rotor-shaped rotor blade by twisting the rotor's blade elements; where said twisting can occur during production, installation and/or operation.

Andre formål er å tilveiebringe løsninger som kan operere på grunne farvann fortrinnsvis uten å stikke over vannets overflate. Another purpose is to provide solutions that can operate in shallow waters, preferably without sticking above the water's surface.

Et aspekt ved oppfinnelsen er en rotor egnet til å rotere om sin lengdeakse drevet av en fluidstrøm. Rotoren har en i hovedsak helisk form, omfattende et antall bladelementer, en aksling (4) hvorpå bladelementene kan anordnes, hvert bladelement omfatter et blad (29) og et nav (34), der navet (34) er egnet til å monteres på nevnte aksling (4); og hvert blad (29) er anordnet med valgbar bladvinkel om sin egen lengdeakse i forhold til tilhørende nav (34), der nevnte valgbare bladvinkel tilveiebringer mulighet for å bidra til å bestemme rotorens (70) form. Bladene (29) kan typisk være anordnet med avstand når bladelementene er anordnet på akslingen (4) og der bladelementene er like. One aspect of the invention is a rotor suitable for rotating about its longitudinal axis driven by a fluid flow. The rotor has an essentially helical shape, comprising a number of blade elements, a shaft (4) on which the blade elements can be arranged, each blade element comprising a blade (29) and a hub (34), where the hub (34) is suitable for mounting on said axle (4); and each blade (29) is arranged with a selectable blade angle about its own longitudinal axis in relation to the associated hub (34), where said selectable blade angle provides the opportunity to help determine the shape of the rotor (70). The blades (29) can typically be arranged at a distance when the blade elements are arranged on the shaft (4) and where the blade elements are equal.

Et videre aspekt ved er at akslingen (4) ved sin ytre periferi og navet (34) ved periferi av et aksialt anordnet hull, er anordnet med samvirkende mekaniske elementer i form av splines for å bidra til å holde hvert bladelement i ønsket stilling som en del av rotoren (70), og der vinkelavstand mellom hver spline bestemmer vinkelen om akslingen (4) mellom nabobladelementer, som videre sammen med den aksiale lengden av navet (34), bestemmer rotorens (70) stigning. A further aspect of is that the shaft (4) at its outer periphery and the hub (34) at the periphery of an axially arranged hole are provided with cooperating mechanical elements in the form of splines to help keep each blade element in the desired position as a part of the rotor (70), and where the angular distance between each spline determines the angle about the shaft (4) between neighboring blade elements, which, together with the axial length of the hub (34), determines the pitch of the rotor (70).

Bladene (29) kan være anordnet med en fast bladvinkel, der nevnte bladvinkel er valgbar ved at den velges før produksjon, men er fast etter produksjon eller bladet (29) og navnet (34) til bladelementene kan omfatte samvirkende mekaniske elementer for å tilveiebringe dreining av bladet (29) om sin lengdeakse i forhold til navet (34), og at bladene (29) derved er dreibart anordnet slik at nevnte bladvinkel er valgbar. The blades (29) may be provided with a fixed blade angle, wherein said blade angle is selectable in that it is selected before production but is fixed after production or the blade (29) and the name (34) of the blade elements may comprise interacting mechanical elements to provide rotation of the blade (29) about its longitudinal axis in relation to the hub (34), and that the blades (29) are thereby rotatably arranged so that said blade angle is selectable.

De samvirkende mekaniske elementene kan omfatte en gjennomgående trekkstang (31) anordnet i et hull gjennom navet (34) parallelt med dets akse, og et snekkedrevliknende element anordnet i fast tilknytning til bladet (29), der trekkstangen (31) og snekkedrevet er anordnet slik at en langsgående bevegelse av trekkstangen (31) i hullet tilveiebringer en dreining av bladet (31) ved hjelp av snekkedrevet. Videre kan srekkstangen (31) og hullet i hvert bladelement være slik utformet at trekkstangen (31) kan entre hull i nabobladelementene når bladelementene er montert på akslingen (4), og slik at dette også tillates når nabobladelementene er anordnet med vinkel i forhold til hverandre gitt av nevnte splines; slik at en trekkstang (31) i et bladelement vil kunne samvirke med en trekkstang (31) i et nabobladelement for å tilveiebringe samordnet dreining av flere blader (29) ved et pådrag på én trekkstang (31). The interacting mechanical elements may comprise a continuous drawbar (31) arranged in a hole through the hub (34) parallel to its axis, and a worm drive-like element arranged in fixed connection to the blade (29), where the drawbar (31) and the worm drive are arranged as follows that a longitudinal movement of the drawbar (31) in the hole causes a turning of the blade (31) by means of the worm drive. Furthermore, the tie rod (31) and the hole in each blade element can be designed so that the tie rod (31) can enter holes in the neighboring blade elements when the blade elements are mounted on the shaft (4), and so that this is also permitted when the neighboring blade elements are arranged at an angle in relation to each other given by said splines; so that a pull rod (31) in a blade element will be able to cooperate with a pull rod (31) in a neighboring blade element to provide coordinated turning of several blades (29) by a pull on one pull rod (31).

Mekaniske elementer kan være anordnet for å kunne bevege trekkstangen (31) i minst ett bladelement ved en ende av rotoren (70). Disse kan omfatte en første justerskive (42) med et gjennomgående hull, der justerskiven (42) er festet til trekkstangen (31) til et bladelement anordnet ene ende av bladelementene, og anordnet med akslingen (4) løpende gjennom hullet; og en første justerstang (41) anordnet slik at den kan påvirke tilhørende justerskive (42) med en aksial kraft for å bevege trekkstangen (31) og derved dreie bladene (29). Mechanical elements can be arranged to be able to move the pull rod (31) in at least one blade element at one end of the rotor (70). These may comprise a first adjusting disc (42) with a through hole, where the adjusting disc (42) is attached to the pull rod (31) of a blade element arranged at one end of the blade elements, and arranged with the shaft (4) running through the hole; and a first adjusting rod (41) arranged so that it can influence the associated adjusting disc (42) with an axial force to move the drawbar (31) and thereby turn the blades (29).

Videre kan rotoren omfatte en andre justerskive (42) og en andre justerstang (41) ved motsatt ende i forhold til den første enden, av en del av rotoren (70) eller hele denne, anordnet på tilsvarende måte som første justerskive (42) og justerstangen (41), slik nevnte at andre justerskive (42) og justerstang (41) kan bidra til å dreie bladene (29) i motsatt retning av nevnte første justerskive (42) og justerstang (41). Anordninger for å bevirke operasjon av de nevnte mekaniske elementene slik at dreining av bladene iverksettes fra avstand også når rotoren (70) er i operasjon. Et sensorelement for måling av strømningshastighet i væsken kan være anordnet slik at dets målinger kan brukes til å styre nevnte anordninger for å bevirke operasjon for å bidra til dynamisk regulering av bladvinkel under operasjon av rotoren (70) som en funksjon av strømningsforhold. Furthermore, the rotor can comprise a second adjusting disc (42) and a second adjusting rod (41) at the opposite end in relation to the first end, of a part of the rotor (70) or all of it, arranged in a similar way to the first adjusting disc (42) and the adjusting rod (41), as mentioned that the second adjusting disc (42) and adjusting rod (41) can help to turn the blades (29) in the opposite direction to the aforementioned first adjusting disc (42) and adjusting rod (41). Devices for effecting operation of the aforementioned mechanical elements so that rotation of the blades is initiated from a distance also when the rotor (70) is in operation. A sensor element for measuring flow rate in the liquid may be arranged so that its measurements may be used to control said means to effect operation to assist in dynamic regulation of blade angle during operation of the rotor (70) as a function of flow conditions.

Et videre viktig aspekt ved oppfinnelsen er en turbin egnet til drives av en væske-strøm, omfattende en rotor (70) som beskrevet ovenfor; og minst en generator (6) anordnet i mekanisk drivende forbindelse rotorens (70) aksling (4), slik at en rotasjon av rotoren (70) vil forårsake at generatoren (6) produserer elektrisk effekt. A further important aspect of the invention is a turbine suitable for being driven by a liquid flow, comprising a rotor (70) as described above; and at least one generator (6) arranged in mechanical driving connection with the shaft (4) of the rotor (70), so that a rotation of the rotor (70) will cause the generator (6) to produce electrical power.

Turbinen er typisk anordnet med en girboks (22) koplet mellom akslingen (4) og den minst ene generatoren (6), der girboksen (22) driver generatoren (6) med en høyere rotasjonshastighet enn akslingens (4) rotasjonshastighet. Videre kan akslingen, girboksen (22) og generatoren (6) med fordel være anordnet slik at generatoren (6) slik at dens langsgående senterlinje i hovedsak faller i forlengelse av aksen til rotorens aksling (4). The turbine is typically arranged with a gearbox (22) connected between the shaft (4) and the at least one generator (6), where the gearbox (22) drives the generator (6) at a higher rotational speed than the shaft (4)'s rotational speed. Furthermore, the shaft, the gearbox (22) and the generator (6) can advantageously be arranged so that the generator (6) so that its longitudinal center line essentially falls in extension of the axis of the rotor shaft (4).

Turbin kan videre omfatte ett eller flere kanaliserende elementer egnet til å lede deler av væskestrømmen, der de kanaliserende elementene innbefattet et sylindrisk rør (1) anordnet i hovedsak koaksialt med rotoren (70). De kanaliserende elementene kan videre omfatte et første traktliknende element (2) som er egnet til å forbindes mekanisk tettende ved en første ende av røret (1) for at det traktliknende elementet (2) skal bidra til å gi en venturieffekt slik at vannstrømmens hastighet gjennom røret (1) øker med tilhørende forbedring av turbinens effekt. Videre kan turbinen typisk omfatte et andre traktliknende element (2) som er egnet til å forbindes mekanisk tettende ved en andre ende av røret (1) slik at det andre traktliknende elementet også bidrar til å gi en venturieffekt. Generatoren (6) er typisk anordnet i et generatorhus (5), og generatorhuset (5) kan være anordnet innen volumet definert av ett av traktelementene (2), og der generatorhuset (5) er utformet for gi en venturieffekt i samvirke med tilhørende traktelement (2). Generatorhuset (5) kan med fordel være utformet i hovedsak sirkulærsymmetrisk om sin langsgående senterlinje, og der generatorhuset (5) er anordnet slik at dets langsgående senterlinje i hovedsak faller i forlengelse av aksen til rotorens (70) aksling (4). Eksempelvis kan generatorhuset (5) med sin tilhørende trakt (2) være utformet slik at tverrsnittsarealet mellom disse er tilnærmet konstant. The turbine may further comprise one or more channeling elements suitable for directing parts of the liquid flow, where the channeling elements included a cylindrical tube (1) arranged essentially coaxially with the rotor (70). The channeling elements can further comprise a first funnel-like element (2) which is suitable to be connected mechanically sealingly at a first end of the pipe (1) in order for the funnel-like element (2) to contribute to providing a venturi effect so that the speed of the water flow through the pipe (1) increases with a corresponding improvement in the turbine's power. Furthermore, the turbine can typically comprise a second funnel-like element (2) which is suitable to be connected mechanically sealingly at a second end of the pipe (1) so that the second funnel-like element also contributes to providing a venturi effect. The generator (6) is typically arranged in a generator housing (5), and the generator housing (5) can be arranged within the volume defined by one of the funnel elements (2), and where the generator housing (5) is designed to produce a venturi effect in cooperation with the associated funnel element (2). The generator housing (5) can advantageously be designed essentially circularly symmetrical about its longitudinal center line, and where the generator housing (5) is arranged so that its longitudinal center line essentially falls in extension of the axis of the rotor (70) shaft (4). For example, the generator housing (5) with its associated funnel (2) can be designed so that the cross-sectional area between them is approximately constant.

Nok et aspekt ved oppfinnelsen er et undervannsturbinsystem omfattende minst en turbin ifølge ett kravene 14 til 22 med et fundament omfattende mekaniske anordninger for å holde undervannsturbinen i en hensiktsmessig stilling og distribusjonssystem for elektrisk energi/effekt. Fundamentet kan være egnet til å anbringe tilhørende turbin nær bunnen, og der fundamentet kan bidra til å justere vinkelen til turbinens rør manuelt og/eller automatisk avhengig av de lokale strømningsforholdene. Undervannsturbinsystemet kan omfatte et antall turbiner plassert for optimalt å utnytte de lokale strømningsforholdene og der distribusjonssystemet for elektrisk effekt kopler undervannsturbinene sammen i parallell. Another aspect of the invention is an underwater turbine system comprising at least one turbine according to one of claims 14 to 22 with a foundation comprising mechanical devices to keep the underwater turbine in an appropriate position and distribution system for electrical energy/power. The foundation may be suitable for placing the associated turbine close to the bottom, and where the foundation may help to adjust the angle of the turbine's pipe manually and/or automatically depending on the local flow conditions. The underwater turbine system can comprise a number of turbines positioned to optimally utilize the local flow conditions and where the distribution system for electrical power connects the underwater turbines together in parallel.

Kortfattet beskrivelse av figurene Brief description of the figures

Figur 1a-d viser en utførelsesform av en undervannsturbin ifølge oppfinnelsen Figure 1a-d shows an embodiment of an underwater turbine according to the invention

Figur 2 viser et snitt gjennom en del av en turbin der et generatorhus med generator er anordnet i en trakt Figur 3 viser et snitt gjennom elementer for konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi Figur 4a-d viser tre ortogonale snitt og en perspektivskisse av en rotor ifølge oppfinnelsen, der rotoren er anordnet med venturielementer Figure 2 shows a section through part of a turbine where a generator housing with generator is arranged in a funnel Figure 3 shows a section through elements for converting mechanical energy into electrical energy Figure 4a-d shows three orthogonal sections and a perspective sketch of a rotor according to the invention, where the rotor is arranged with venturi elements

Figur 5 viser to ortogonale riss av en rotor med aksling Figure 5 shows two orthogonal views of a rotor with a shaft

Figur 6 illustrerer i detalj bladelementer med anordninger for å tilveiebringe dreibarhet av blad Figure 6 illustrates in detail blade elements with devices for providing blade rotatability

Figur 7 viser en rotor der bladene er anordnet med valgte faste vinkler Figure 7 shows a rotor where the blades are arranged with selected fixed angles

Figur 8 viser en utførelsesform av oppfinnelsen der rotoren er montert for å drives av en væskestrøm i et rørsystemet Figure 8 shows an embodiment of the invention where the rotor is mounted to be driven by a liquid flow in a pipe system

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

Oppfinnelsen vedrører primært en rotor med skrueliknende form slik det fremkommer av selvstendig krav 1, der rotoren i det videre benevnes en rotor. Nevnte rotor kan fordelaktig anvendes i en turbinløsning slik det fremkommer i vedheftede kravsett. I det videre presenteres først en fortrukket utførelsesform av oppfinnelsen i form av en turbin. Derved settes den omtalte rotoren inn i en sammenheng. Det understrekes imidlertid at denne utførelsesformen kun utgjør et eksempel på en løsning der rotoren anvendes i det rotoren også kan anvendes i f eks andre typer turbiner drevet av andre væsker enn vann som f eks kloakk. The invention primarily relates to a rotor with a screw-like shape as it emerges from independent claim 1, where the rotor is hereinafter referred to as a rotor. Said rotor can advantageously be used in a turbine solution as it appears in the attached set of requirements. In what follows, a preferred embodiment of the invention in the form of a turbine is first presented. Thereby, the mentioned rotor is put into context. It is emphasized, however, that this embodiment only constitutes an example of a solution where the rotor is used in that the rotor can also be used in, for example, other types of turbines driven by liquids other than water, such as sewage.

Figur 1 viser en utførelsesform av en undervannsturbin ifølge oppfinnelsen, der undervannsturbinen er anordnet på et fundament. Mer presist viser Figur 1a et sideriss av undervannsturbinen. Figur 1b viser et vertikalt lengdesnitt gjennom undervannsturbinen ved senter av dennes aksling, der nevnte rotor fremkommer med tilhørende generatorer anordnet ved endene av rotoren. Figur 1c viser et riss av løsningen sett inn mot denne langs aksen til rotorens aksling. Figur 1d viser en perspektivskisse av løsningen der fundamentet er sett delvis gjennom turbinen fra et punkt skrått over denne. Figure 1 shows an embodiment of an underwater turbine according to the invention, where the underwater turbine is arranged on a foundation. More precisely, Figure 1a shows a side view of the underwater turbine. Figure 1b shows a vertical longitudinal section through the underwater turbine at the center of its shaft, where said rotor appears with associated generators arranged at the ends of the rotor. Figure 1c shows an outline of the solution viewed against it along the axis of the rotor shaft. Figure 1d shows a perspective sketch of the solution where the foundation is seen partly through the turbine from a point obliquely above it.

Undervannsturbinen omfatter et kanalelement i form av et rør (1) som er egnet til å lede det strømmende vannet. I hver ende av røret (1) er det anordnet et traktformet element (2) som er egnet til å lede en vannstrøm inn i nevnte rør (1). Trakten (2) utgjør et ve ntu rie lem ent slik det er beskrevet nærmere nedenfor. The underwater turbine comprises a channel element in the form of a pipe (1) which is suitable for guiding the flowing water. At each end of the pipe (1) there is arranged a funnel-shaped element (2) which is suitable for directing a flow of water into said pipe (1). The funnel (2) constitutes a venturi lem ent as described in more detail below.

Undervannsturbinen er anordnet på et fundament som er tilpasset slik at det er egnet til å stå stabilt på bunnen der man ønsker å plassere undervannsturbinen. Fundamentet i figuren holder røret (1) i en fast posisjon, men fundamentet kan utføres slik at posisjonen og innretningen til røret (1) kan endres mens fundamentet fortsatt er forankret til bunnen. Slike justeringer av rørets posisjon kan være nyttige for å optimalisere effekten til undervannsturbinen som en funksjon av det lokale strømningsmønsteret og endringer av dette over tid. The underwater turbine is arranged on a foundation that is adapted so that it is suitable for standing stably on the bottom where you want to place the underwater turbine. The foundation in the figure holds the pipe (1) in a fixed position, but the foundation can be made so that the position and arrangement of the pipe (1) can be changed while the foundation is still anchored to the bottom. Such adjustments to the pipe's position can be useful to optimize the power of the underwater turbine as a function of the local flow pattern and changes thereof over time.

Undervannsturbinen omfatter videre nevnte rotor med en skrueliknende form, der rotoren benevnes en rotor. Rotoren (70) er anordnet i røret (1) og har typisk en aksial lengde tilsvarende rørets lengde og diameter som tilsvarer rørets (1) indre diameter. The underwater turbine further comprises said rotor with a screw-like shape, where the rotor is referred to as a rotor. The rotor (70) is arranged in the tube (1) and typically has an axial length corresponding to the length of the tube and a diameter corresponding to the inner diameter of the tube (1).

De to traktene (2) vil mest typisk være likeformede slik de er i denne figuren, men de kan også være ulike. Videre kan det være anordnet en trakt (2) kun den ene enden. Antall traktformede elementer (2) og utformingen av disse kan med fordel tilpasses det aktuelle strømningsmønsteret og hvordan dette endrer seg over tid. I en elv vil det typisk være en fremherskende strømningsretning som i liten grad endrer seg over tid. Ved anvendelse i en slik sammenheng kan det være fordelaktig med en løsning der det kun er anordnet en trakt ved den enden av røret som vender mot strømningsretningen. Dersom undervannsturbinen derimot er ment anvendt i en tidevannsstrøm, kan det med fordel være anordnet en trakt (2) i hver ende av røret slik at turbinen optimalt utnytter strømmen i begge retninger. Generelt vil det være slik at dersom det er anordnet en generator (6) ved en ende av turbinen, vil det også være anordnet en trakt (2) ved den samme ende, og dersom det ikke er noen generator (6), vil det heller ikke være noen trakt (2). The two funnels (2) will most typically be the same shape as they are in this figure, but they can also be different. Furthermore, a funnel (2) can be arranged at one end only. The number of funnel-shaped elements (2) and their design can be advantageously adapted to the current flow pattern and how this changes over time. In a river, there will typically be a predominant flow direction that changes little over time. When used in such a context, it may be advantageous to have a solution where only a funnel is arranged at the end of the pipe facing the direction of flow. If, on the other hand, the underwater turbine is intended to be used in a tidal current, a funnel (2) can advantageously be arranged at each end of the pipe so that the turbine optimally utilizes the current in both directions. In general, it will be the case that if a generator (6) is arranged at one end of the turbine, a funnel (2) will also be arranged at the same end, and if there is no generator (6), it will rather not be any funnel (2).

Undervannsturbinen omfatter videre minst en generator (6) anordnet i et generatorhus (5) der generatoren (6) er anordnet i forbindelse akslingen (4) til rotoren (70) slik den generatoren (6) kan drives av rotoren (70). Generatorhuset er typisk anordnet utenfor røret (1) innen volumet definert av den tilhørende trakten (2). Trakt (2) og tilhørende generatorhus (5) kan anvendes som venturielementer og er utformet og anordnet blant annet med tanke på å optimalisere en slik funksjon. Med tanke på å overføre effekt produsert av undervannsturbinen til tilkoplingspunkt, er hver generator (6) tilkoplet ved hjelp av en kabel. Generatorløsningen med henhørende aspekter er beskrevet i ytterligere detalj senere i foreliggende dokument The underwater turbine further comprises at least one generator (6) arranged in a generator housing (5) where the generator (6) is arranged in connection with the shaft (4) of the rotor (70) so that the generator (6) can be driven by the rotor (70). The generator housing is typically arranged outside the pipe (1) within the volume defined by the associated funnel (2). Funnel (2) and associated generator housing (5) can be used as venturi elements and are designed and arranged, among other things, with a view to optimizing such a function. With a view to transmitting power produced by the underwater turbine to the connection point, each generator (6) is connected by means of a cable. The generator solution with associated aspects is described in further detail later in this document

Som innledende beskrevet ovenfor, er trakten (2) utformet med tanke på utgjøre et effektivt venturielement ved å danne et større areal mot den aktuelle strømmen enn røret (1) danner alene. Fluidhastigheten gjennom rør (1) må derved øke for å tilfredsstille kontinuitetslikningen, mens trykket synker for å konservere energien. Dette vil si at økning i kinetisk energi balanseres av fall i trykk. Traktene (2) vil gi en dobbel effekt ved at det ved den ene enden av røret (1) vil dannes et økt trykk, mens det ved den andre enden vil oppstå en sugeeffekt. En trakt (2) med tilhørende generatorhus (5) anordnet i nevnte trakt (2) bidrar til å gi en økt venturieffekt. En hensiktsmessig utforming av disse elementene er at traktens (2) og generatorhusets (5) helningsvinkler er tilpasset til hverandre for å gi gunstige strømningsforhold i rommet mellom disse. Utformingen av nevnte elementer kan med fordel tilpasses til de lokale strømningsforholdene. As initially described above, the funnel (2) is designed with a view to forming an effective venturi element by forming a larger area against the flow in question than the pipe (1) forms alone. The fluid velocity through pipe (1) must thereby increase to satisfy the continuity equation, while the pressure decreases to conserve energy. This means that an increase in kinetic energy is balanced by a drop in pressure. The funnels (2) will produce a double effect in that an increased pressure will be created at one end of the pipe (1), while a suction effect will occur at the other end. A funnel (2) with associated generator housing (5) arranged in said funnel (2) contributes to an increased venturi effect. An appropriate design of these elements is that the angles of inclination of the funnel (2) and the generator housing (5) are adapted to each other to provide favorable flow conditions in the space between them. The design of the aforementioned elements can be advantageously adapted to the local flow conditions.

Når det gjelder røret (1) ifølge oppfinnelsen, bør dets dimensjoner generelt tilpasses de aktuelle, lokale strømningsforholdene. Dersom strømmen er jevn, vil det for eksempel være gunstig med et relativt stort rør. Tykkelsen av røret avhenger av de øvrige dimensjoner og av hvilket materiale røret (1) er laget. Røret (1) er typisk laget av stål blant på grunn av dette materialets korrosjonsegenskaper. Bladelementene vil typisk være laget av rustfritt stål. Dimensjoneringen av røret (1) og resten av vannturbinen er altså først og fremst styrt av strømningsbildet og omgivelsene der røret (1) skal anvendes. As regards the pipe (1) according to the invention, its dimensions should generally be adapted to the current, local flow conditions. If the flow is steady, for example, it will be beneficial to have a relatively large pipe. The thickness of the pipe depends on the other dimensions and what material the pipe (1) is made of. The pipe (1) is typically made of steel partly because of this material's corrosion properties. The blade elements will typically be made of stainless steel. The dimensioning of the pipe (1) and the rest of the water turbine is thus primarily controlled by the flow pattern and the environment where the pipe (1) is to be used.

Fundamentet for turbinen slik det er fremstilt i Figur 1, omfatter seks rørfester, tre fester for generatorhus, tre tetninger for aksling, fire kulelagre, et lagerhus, to selvopprettende kulelagre, en bærearm, seks rørfundamenter, to bunnkanaler 1, to bunnkanaler 2 og en skråkanal. Fundamentet kan være konstruert for å tilveiebringe orientering av turbinen, der slik orientering/dreining er aktuell for å oppnå optimale betingelser i forhold til aktuell lokal strøm. Slik orientering av turbinen kan skje ved produksjon, installasjon og/eller operasjon og eventuelt være styrt som en funksjon av strømningsforholdene gjerne i nær sann tid. Figur 2 viser et snitt gjennom en del av turbinen der et generatorhus (5) med generator (4) er anordnet i en trakt (2). Generatorhuset (5) er ikke bare konstruert for at generatoren (6) skal kunne anordnes inne i dette, men også for å utgjøre et venturielement på liknende måte som trakten (2). Generatorhusets (5) utforming er samordnet med traktens utforming med tanke på å oppnå en hensiktsmessig venturieffekt. Generatoren er opplagret på akslingen slik at generatorhuset står stille mens akslingen roterer. Figur 3 viser deler av løsningen for konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi. Vannturbinens aksling (4) drives av rotoren (70) som typisk roterer med et relativt lavt turtall. Akslingen (4) er derfor normalt tilkoplet et gir (22) som igjen driver en generatoraksling med et høyere turtall enn turtallet til akslingen (4). Nevnte gir (22) kan være av en standard type innen fagområdet, men anvendelse av gir (22) i foreliggende sammenheng, er nytt. Generatorakslingen driver en generator (6) som produserer en effekt som kan distribueres over et egnet strømnett. Generatoren (6) vil typisk være en asynkrongenerator. Spenningen på elektriske utgangen av en vannturbin kan typisk være over 10 kV. Et antall undervannsturbiner kan parallell-koples ved hjelp av hver sin transformator til et felles strømnett med et spennings-nivå på eksempelvis 22 kV. Den samlede genererte strømmen ledes typisk til et felles tilkoplingspunkt som kan befinne seg på land. The foundation for the turbine as shown in Figure 1 includes six pipe mounts, three mounts for the generator housing, three seals for the shaft, four ball bearings, a bearing housing, two self-aligning ball bearings, a support arm, six pipe foundations, two bottom channels 1, two bottom channels 2 and a inclined channel. The foundation can be designed to provide orientation for the turbine, where such orientation/rotation is relevant to achieve optimal conditions in relation to the current local current. Such orientation of the turbine can take place during production, installation and/or operation and possibly be controlled as a function of the flow conditions, preferably in near real time. Figure 2 shows a section through part of the turbine where a generator housing (5) with generator (4) is arranged in a funnel (2). The generator housing (5) is not only designed so that the generator (6) can be arranged inside it, but also to form a venturi element in a similar way to the funnel (2). The design of the generator housing (5) is coordinated with the design of the funnel with a view to achieving an appropriate venturi effect. The generator is supported on the shaft so that the generator housing is stationary while the shaft rotates. Figure 3 shows parts of the solution for converting mechanical energy into electrical energy. The water turbine's shaft (4) is driven by the rotor (70) which typically rotates at a relatively low speed. The shaft (4) is therefore normally connected to a gear (22) which in turn drives a generator shaft with a higher speed than the speed of the shaft (4). Said gear (22) may be of a standard type within the field, but the use of gear (22) in the present context is new. The generator shaft drives a generator (6) which produces an effect that can be distributed over a suitable power grid. The generator (6) will typically be an asynchronous generator. The voltage at the electrical output of a water turbine can typically be over 10 kV. A number of underwater turbines can be connected in parallel using a separate transformer to a common power grid with a voltage level of, for example, 22 kV. The total generated power is typically led to a common connection point which can be located on land.

Et antall vannturbiner ifølge oppfinnelsen kan utplasseres samordnet i et område. Vannturbinene kan plasseres i parallell, ved siden av hverandre (eller eventuelt over hverandre) eller i serie tilsvarende en lang turbin. Dette gir mulighet for å optimalisere utnyttelse av strømforholdene i et område. Videre muliggjør dette kosteffektive løsninger både når det gjelder utstyr, utplassering, drift og vedlikehold. A number of water turbines according to the invention can be deployed in a coordinated manner in an area. The water turbines can be placed in parallel, next to each other (or possibly above each other) or in series corresponding to a long turbine. This gives the opportunity to optimize utilization of the current conditions in an area. Furthermore, this enables cost-effective solutions both in terms of equipment, deployment, operation and maintenance.

Eksempler på plasseringer der foreliggende oppfinnelse spesielt oppviser fordelaktige trekk i forhold til teknikkens stand, er i elver, utnytte restvann fra vannkraftverk, på grunner og i trange sund der strømmen er sterk). Examples of locations where the present invention particularly exhibits advantageous features in relation to the state of the art are in rivers, using residual water from hydropower plants, on grounds and in narrow straits where the current is strong).

Figur 4 og Figur 5 detaljerer en rotor (70) ifølge oppfinnelsen. I Figur 4 er rotoren (70) anordnet som en del av en turbin ifølge oppfinnelsen. Figur 4a, 4b og 4c viser tre ortogonale snitt av turbinen. Mer presist viser Figur 4a et riss av løsningen sett inn mot denne langs aksen til rotorens aksling (4). Figur 4b viser et horisontalt snitt (forutsatt at turbinen er anordnet på et horisontalt underlag) gjennom midten av røret (1) og derved gjennom midten av traktene (2), akslingen (4), rotoren (70) og generatoren (6) med generatorhuset (5), sidene disse elementene er anordnet i hovedsak aksialsymmetrisk om rørets (1) langsgående senterlinje. Figur 4c viser et vertikalt lengdesnitt gjennom undervannsturbinen ved senter av dennes aksling, der nevnte rotor fremkommer med tilhørende generatorer anordnet ved endene av rotoren. Figur 4d viser en perspektivskisse av løsningen der rotoren (70) og generatorene (6) med generatorhus (5) er sett delvis gjennom turbinen fra et punkt skrått over denne. Figure 4 and Figure 5 detail a rotor (70) according to the invention. In Figure 4, the rotor (70) is arranged as part of a turbine according to the invention. Figures 4a, 4b and 4c show three orthogonal sections of the turbine. More precisely, Figure 4a shows an outline of the solution viewed against it along the axis of the rotor shaft (4). Figure 4b shows a horizontal section (provided that the turbine is arranged on a horizontal surface) through the center of the pipe (1) and thereby through the center of the funnels (2), the shaft (4), the rotor (70) and the generator (6) with the generator housing (5), the sides of these elements are arranged essentially axially symmetrically about the longitudinal center line of the tube (1). Figure 4c shows a vertical longitudinal section through the underwater turbine at the center of its shaft, where said rotor appears with associated generators arranged at the ends of the rotor. Figure 4d shows a perspective sketch of the solution where the rotor (70) and generators (6) with generator housing (5) are seen partly through the turbine from a point obliquely above it.

En turbin ifølge oppfinnelsen omfatter kort oppsummert kanaliserende elementer, generator (6) med gir (22), og rotor (70). De kanaliserende elementene omfatter videre et rør (1), to trakter (2) og to generatorhus (5) anordnet i hver sin trakt (2). Rotoren (70) omfatter en aksling (4) og på denne akslingen (4) er det anordnet et antall bladelementer omfattende et nav (34) og et blad (29). Rotoren (70) bringes til å rotere ved hjelp av en væskestrøm. Rotorens (70) bladelementer er anordnet på akslingen (4). Bladelementene kan utformes og anordnes for å optimalisere turbinens effekt som en funksjon av strømforholdene. Bladene (29) kan ha ulike former uten at dette er detaljert i foreliggende dokument. Rotorens (70) form bestemmes i hovedsak av bladelementenes form og hvordan nevnte bladelementer er anordnet på akslingen (4). Hvert bladelement er typisk anordnet slik at tilhørende blads lengdeakse står i hovedsak ortogonalt på akslingens (4) lengdeakse. Hvert blad er videre anordnet med typisk en justerbar dreiningsvinkel om sin egen lengdeakse, der dreiningsvinkelen typisk er i hovedsak den samme for alle bladelementene. I enkelte utførelsesformer av oppfinnelsen kan bladelementene vris (dreies om sin lengdeakse) som en funksjon av vannstrømmens hastighet. Vannstrømmens hastighet måles typisk ved hjelp av en dedikert føler og bladene dreies som en funksjon av denne målingen. Videre bestemmes rotorens form av avstanden langs akslingens lengderetning mellom festepunktet for ett bladelement og det neste, samt vinkelendring for nevnte festepunkter om nevnte akslings (4) lengderetning slik det er detaljert nedenfor. A turbine according to the invention briefly comprises channeling elements, generator (6) with gear (22), and rotor (70). The channeling elements further comprise a pipe (1), two funnels (2) and two generator housings (5) each arranged in a separate funnel (2). The rotor (70) comprises a shaft (4) and on this shaft (4) a number of blade elements comprising a hub (34) and a blade (29) are arranged. The rotor (70) is caused to rotate by means of a liquid flow. The blade elements of the rotor (70) are arranged on the shaft (4). The blade elements can be designed and arranged to optimize the turbine's output as a function of the flow conditions. The blades (29) can have different shapes without this being detailed in the present document. The shape of the rotor (70) is mainly determined by the shape of the blade elements and how said blade elements are arranged on the shaft (4). Each blade element is typically arranged so that the longitudinal axis of the corresponding blade is essentially orthogonal to the longitudinal axis of the shaft (4). Each blade is further arranged with typically an adjustable angle of rotation about its own longitudinal axis, where the angle of rotation is typically essentially the same for all blade elements. In some embodiments of the invention, the blade elements can be twisted (rotated about their longitudinal axis) as a function of the speed of the water flow. The velocity of the water flow is typically measured using a dedicated sensor and the blades are rotated as a function of this measurement. Furthermore, the shape of the rotor is determined by the distance along the longitudinal direction of the shaft between the attachment point for one blade element and the next, as well as the angle change for said attachment points about the longitudinal direction of said shaft (4) as detailed below.

En turbin omfattende eksempelvis et rør (1) med diameter på 1 meter og en lengde på 6 meter, vil kunne omfatte 90 blader; noe som kan gi rotoren (70) en total, effektiv overflate på ca 7 kvadratmeter avhenging av bladelementenes utforming. En slik rotor med slike dimensjoner kan typisk ha en "stigning" på ca 2 meter. Nevnte stigning kan med fordel tilpasses strømforholdene; noe som også gjelder bladene (29) utforming, størrelse og vinkling. Dette bidrar til at man kan optimalisere rotorens effektivitet som en funksjon av strømningsforholdene. A turbine comprising, for example, a pipe (1) with a diameter of 1 meter and a length of 6 metres, could include 90 blades; which can give the rotor (70) a total, effective surface of about 7 square metres, depending on the design of the blade elements. Such a rotor with such dimensions can typically have a "pitch" of about 2 metres. Said rise can be advantageously adapted to current conditions; which also applies to the blades (29) design, size and angle. This helps to optimize the efficiency of the rotor as a function of the flow conditions.

Figur 6 presenterer bladelementer med sine komponenter anordnet på en aksling (4), der hvert enkelt bladelement omfatter et blad (29) og et nav (34). Selve bladet (29) kan ha ulike former. I foreliggende utførelse blir selve bladet i hovedsak bredere med større avstand fra den delen som festes i navet (34). Vinkelen som bladets bredde tiltar med, kan stå i samsvar med rotorens (70) dreining fra ett bladelement til neste. Derved dekker bladene rotorens tverrareal i omtrent samme grad uavhengig av avstand til rotasjonssenter. Bladelementet er ved den enden som vender mot navet (34), anordnet med en tannhjulsaktig, snekkedrevlignende anordning som er egnet til å samvirke med en trekkstang som omtales nedenfor. Navet (34) er i hovedsak sylinderformet med en gjennomgående åpning symmetrisk om navets lengdeakse, der nevnte åpning gjør navet (34) egnet til å monteres på en tilhørende aksling (4). Åpningen ved sin periferi er anordnet med langsgående riller eller såkalte splines som samsvarer med tilsvarende mekaniske elementer eller splines på akslingen (4). Navet (34) er viderekarakterisert vedsin diameter, sin lengde og vinkelavstanden mellom hver spline. Lengden til navet (34) og spline-avstanden i vinkel vil når de er montert på tilhørende aksling (4), sammen bestemme rotorens stigning. Figure 6 presents blade elements with their components arranged on a shaft (4), where each individual blade element comprises a blade (29) and a hub (34). The blade (29) itself can have different shapes. In the present embodiment, the blade itself essentially becomes wider with a greater distance from the part that is attached to the hub (34). The angle at which the width of the blade increases can correspond to the rotation of the rotor (70) from one blade element to the next. Thereby, the blades cover the rotor's cross-sectional area to approximately the same extent, regardless of the distance to the center of rotation. The blade element is, at the end facing the hub (34), provided with a gear-like, worm gear-like device which is suitable for cooperating with a pull rod which is discussed below. The hub (34) is essentially cylindrical with a continuous opening symmetrical about the longitudinal axis of the hub, where said opening makes the hub (34) suitable for mounting on an associated shaft (4). The opening at its periphery is arranged with longitudinal grooves or so-called splines which correspond to corresponding mechanical elements or splines on the shaft (4). The hub (34) is further characterized by its diameter, its length and the angular distance between each spline. The length of the hub (34) and the spline distance at an angle will, when mounted on the associated shaft (4), together determine the pitch of the rotor.

Bladet (29) kan være anordnet på navet (34) i en fast vinkel om sin egen lengdeakse eller så kan bladet (3a) være vridbart anordnet om nevnte akse. Et vridbart blad kan enten være vridbart inntil det låses i en fast vinkel f eks før utplassering av vannturbinen, eller det kan være vridbart også når rotoren (70) roterer. The blade (29) can be arranged on the hub (34) at a fixed angle about its own longitudinal axis or the blade (3a) can be rotatably arranged about said axis. A rotatable blade can either be rotatable until it is locked at a fixed angle, e.g. before deployment of the water turbine, or it can also be rotatable when the rotor (70) rotates.

Realisering av vridbare blader (29) anordnet i en rotorkonfigurasjon utgjør en relativt kompleks mekanisk problemstilling. Foreliggende oppfinnelse løser problemet ved å anordne en gjennomgående trekkstang (31) gjennom hvert nav (34), der trekkstangen (31) samvirker med tannhjulet i samme bladelement slik at en forskyvning av trekkstangen (31) langs dennes lengdeakse vil medføre en vridning av bladet (29). Realization of rotatable blades (29) arranged in a rotor configuration constitutes a relatively complex mechanical problem. The present invention solves the problem by arranging a continuous tie rod (31) through each hub (34), where the tie rod (31) cooperates with the gear in the same blade element so that a displacement of the tie rod (31) along its longitudinal axis will cause a twisting of the blade ( 29).

Videre realiseres samordnet vridning av alle bladene (29) i en rotor (70) ved at trekkstangen (31) i et bladelement samvirker med trekkstangen (31) i det neste ved at nabotrekkstenger (31) er anordnet for å kunne skyve på hverandre i lengde-retningen. Hullet gjennom navet (34) for hver trekkstang løper imidlertid parallelt med navets (34) akse; noe som medfører at hullene til to nabobladelementer ikke faller sammen da naboelementene er dreid i forhold til hverandre slik det er beskrevet ovenfor, for å realisere rotorens (70) stigning. For å tillate ønsket dreining av bladet (29), må trekkstangen (31) til et bladelement tillates å bevege seg inn i hullet til trekkstangen (31) i naboelementet. Dette er realisert ved at nevnte hulls diameterer større i et område ved hver ende av navet (34). Økningen i diameter er bestemt av dreining om lengdeaksen fra et bladelement til det neste; noe som igjen bestemmes av utformingen av splines og lengde på navet (34). Dybden for den delen av hullet som har en økt diameter, bestemmes av ønsket dreiningsvinkel for hvert blad (29) sett i sammenheng med dimensjoneringen av trekkstangen (31) og tilhørende tannhjul (29). Furthermore, coordinated twisting of all the blades (29) in a rotor (70) is realized by the drawbar (31) in one blade element cooperating with the drawbar (31) in the next by neighboring drawbars (31) being arranged to be able to push on each other in length - the direction. However, the hole through the hub (34) for each drawbar runs parallel to the axis of the hub (34); which means that the holes of two neighboring blade elements do not coincide as the neighboring elements are rotated in relation to each other as described above, in order to realize the rise of the rotor (70). To allow the desired rotation of the blade (29), the tie rod (31) of one blade member must be allowed to move into the hole of the tie rod (31) in the neighboring member. This is realized by said hole diameters being larger in an area at each end of the hub (34). The increase in diameter is determined by rotation about the longitudinal axis from one blade element to the next; which in turn is determined by the design of the splines and length of the hub (34). The depth of the part of the hole that has an increased diameter is determined by the desired angle of rotation for each blade (29) seen in conjunction with the dimensioning of the tie rod (31) and associated gear (29).

Figur 4 sett i sammenheng med Figur 2 viser løsningen ved overgangen mellom rotoren (70) og generatoren (6), der disse er montert på samme aksling (4). Figuren illustrerer anordninger for å justere vinkelen på de dreibare/vribare bladene (29). En trekkstang (31) er anordnet i forbindelse med et justerbart blad (29) for å dreie dette slik det er beskrevet ovenfor. Til enden av trekkstangen (31) er det festet en justerskive (42), der nevnte skive (42) har et en sirkulær åpning i midten, og er anordnet konsentrisk med akslingen (4) uten å være i direkte kontakt med denne. Videre er det anordnet en justeraksel (41) slik at den kan påvirke nevnte justerskive (42). Nevnte justeraksel (41) omfatter en dreibar stang med en utstikkende del/arm ved enden, der nevnte arm bringes i glidende kontakt med justerskiven (42) når stangen til justerakselen (41) dreies. Justerakselen (42) kan derved påvirke justerskiven (41) med en aksial kraft som overføres til trekkstangen (31) og derved bevirker at bladene (29) dreies. Aktuell bevegelse av justerakselen (42) kan igjen tilveiebringes av en stempelanordning (43) i Figur 2. Figure 4 seen in connection with Figure 2 shows the solution at the transition between the rotor (70) and the generator (6), where these are mounted on the same shaft (4). The figure illustrates devices for adjusting the angle of the rotatable/twistable blades (29). A pull rod (31) is arranged in connection with an adjustable blade (29) to rotate this as described above. An adjusting disc (42) is attached to the end of the tie rod (31), where said disc (42) has a circular opening in the middle, and is arranged concentrically with the shaft (4) without being in direct contact with it. Furthermore, an adjusting shaft (41) is arranged so that it can influence said adjusting disc (42). Said adjusting shaft (41) comprises a rotatable rod with a protruding part/arm at the end, where said arm is brought into sliding contact with the adjusting disc (42) when the rod of the adjusting shaft (41) is turned. The adjusting shaft (42) can thereby influence the adjusting disc (41) with an axial force which is transferred to the drawbar (31) and thereby causes the blades (29) to rotate. Current movement of the adjusting shaft (42) can again be provided by a piston device (43) in Figure 2.

Løsningen for å dreie bladene (29) slik den er beskrevet ovenfor, kan kun bevirke dreining i en retning. For å bevirke dreining i motsatt retning, kan en tilsvarende løsning som den som nettopp er beskrevet, anordnes ved et annet sted på akslingen. Løsningen vil derved tilveiebringe dreining av bladene (29) i begge retninger. The solution for rotating the blades (29) as described above can only effect rotation in one direction. In order to cause rotation in the opposite direction, a similar solution to the one just described can be arranged at another place on the axle. The solution will thereby provide rotation of the blades (29) in both directions.

Figur 7 viser en annen utførelsesform av rotoren (70) der bladene (29) er anordnet med en fast dreiningsvinkel. Denne faste dreiningsvinkelen anordnes ved produksjon av bladelementene. Når man skal konstruere en rotoren (70), vil man kunne velge dreiningsvinkel avhengig av rotorens (70) anvendelse. Dette valget kan tenkes gjort enten før selve produksjonen skjer, eller ved å velge bladelementer med den ønskede karakteristikken blant et utvalg av ferdigproduserte bladelementer. Figure 7 shows another embodiment of the rotor (70) where the blades (29) are arranged with a fixed angle of rotation. This fixed angle of rotation is arranged during the production of the blade elements. When constructing a rotor (70), it will be possible to choose the angle of rotation depending on the application of the rotor (70). This choice can conceivably be made either before the actual production takes place, or by choosing leaf elements with the desired characteristic from a selection of ready-made leaf elements.

I en annen utførelsesform av rotoren kan bladvinklene justeres semi-dynamisk i den forstand at bladene dreies til den ønskede stilling og fikseres i denne for eksempel før rotoren settes i operasjon. Ved behov vil bladvinklene kunne omjusteres ved at rotoren tas ut av eventuell operasjon, bladene (29) frigjøres fra sin fikserte posisjon, bladvinklene endres og fikseres slik at rotoren får en ny karakteristikk. Deretter kan rotoren (70) igjen settes i operasjon. Denne semi-dynamiske utførelsesformen vil kunne tilveiebringes ved hjelp av i hovedsak de samme elementene som er beskrevet ovenfor. In another embodiment of the rotor, the blade angles can be adjusted semi-dynamically in the sense that the blades are turned to the desired position and fixed in this, for example, before the rotor is put into operation. If necessary, the blade angles can be readjusted by taking the rotor out of any operation, the blades (29) are released from their fixed position, the blade angles are changed and fixed so that the rotor gets a new characteristic. The rotor (70) can then be put back into operation. This semi-dynamic embodiment can be provided using essentially the same elements as described above.

Med dynamisk justering av bladvinkel menes det at bladvinklene kan justeres under operasjon av rotoren (70). Styring av slik dynamisk justering kan eksempelvis gjøres ved at det sendes kontrollsignaler til stempelet (43). Slike kontrollsignaler kan enten bestemmes av en operatør eller ved hjelp av et reguleringssystem som kan omfatte sensorer som føler på den aktuelle væskestrømmen. Dynamic blade angle adjustment means that the blade angles can be adjusted during operation of the rotor (70). Control of such dynamic adjustment can be done, for example, by sending control signals to the piston (43). Such control signals can either be determined by an operator or with the help of a regulation system which can include sensors that sense the fluid flow in question.

Rotoren (70) ifølge oppfinnelsen kan anvendes i mange ulike sammenhenger. En vannturbin for bruk i en vannmasse som f eks havet er en spesielt aktuell utførelses-form. Figur 8 viser en annen anvendelse der rotoren er montert for å drives av en væskestrøm i et rørsystemet. Rørsystemet kan være anordnet for å lede andre væsker enn vann; som f eks kloakk. The rotor (70) according to the invention can be used in many different contexts. A water turbine for use in a body of water such as the sea is a particularly relevant embodiment. Figure 8 shows another application where the rotor is mounted to be driven by a liquid flow in a pipe system. The piping system may be arranged to conduct liquids other than water; such as sewage.

Claims

1. Rotor suitable for rotating driven by a fluid flow, where the rotor has an essentially helical shape, and where the rotor comprises: characterized in that - a number of blade elements, - a shaft (4) on which the blade elements can be arranged, - each blade element comprises a blade (29) and a hub (34), where the hub (34) is suitable for mounting on said shaft (4); - each blade (29) is arranged with a selectable blade angle about its own longitudinal axis in relation to the associated hub (34), where said selectable blade angle provides the opportunity to help determine the shape of the rotor (70); - where the blade (29) and the name (34) of the blade elements comprise cooperating mechanical elements to provide rotation of the blade (29) about its longitudinal axis in relation to the hub (34), and that the blades (29) are thereby rotatably arranged so that said blade angle is selectable; and - where the cooperating mechanical elements comprise a continuous drawbar (31) arranged in a hole through the hub (34) parallel to its axis, and a worm drive-like element arranged in fixed connection to the blade (29), where the drawbar (31) and the worm drive are arranged so that a longitudinal movement of the drawbar (31) in the hole causes a turning of the blade (29) by means of the worm drive.

2. Rotor according to claim 1, where the blades (29) are arranged at a distance when the blade elements are arranged on the shaft (4) and where the blade elements are equal.

3. Rotor according to one of the above claims, where the shaft (4) at its outer periphery and the hub (34) at the periphery of an axially arranged hole are arranged with cooperating mechanical elements in the form of splines to help keep each blade element in desired position as part of the rotor (70), and where the angular distance between each spline determines the angle about the shaft (4) between neighboring blade elements, which, together with the axial length of the hub (34), determines the pitch of the rotor (70).

4. Rotor according to one of the above claims, where the blades (29) are arranged with a fixed blade angle, where said blade angle is selectable in that it is selected before production, but is fixed after production.

5. Rotor according to claim 3, where the tie rod (31) and the hole in each blade element are designed so that the tie rod (31) can enter holes in the neighboring blade elements when the blade elements are mounted on the shaft (4), and so that this is also permitted when the neighboring blade elements are arranged at an angle relative to each other given by said splines; so that a pull rod (31) in a blade element will be able to cooperate with a pull rod (31) in a neighboring blade element to provide coordinated turning of several blades (29) by a pull on one pull rod (31).

6. Rotor according to claim 5, further comprising mechanical elements which are arranged to be able to move the pull rod (31) in at least one blade element at one end of the rotor (70), where the mechanical elements comprise: - a first adjusting disc (42) with a continuous hole, where the adjusting disc (42) is attached to the pull rod (31) of a blade element arranged at one end of the blade elements, and arranged with the shaft (4) running through the hole; and - a first adjusting rod (41) arranged so that it can influence the associated adjusting disc (42) with an axial force to move the drawbar (31) and thereby turn the blades (29).

7. Rotor according to claim 6, further comprising a second adjusting disc (42) and a second adjusting rod (41) at the opposite end in relation to the first end, of a part of the rotor (70) or all of it, arranged in a similar way to the first adjusting disc (42) and adjusting rod (41), as mentioned that second adjusting disc (42) and adjusting rod (41) can help to turn the blades (29) in the opposite direction to said first adjusting disc (42) and adjusting rod (41).

8. Rotor according to claim 6 or 7, further comprising devices for effecting operation of the aforementioned mechanical elements so that rotation of the blades is initiated from a distance also when the rotor (70) is in operation.

9. Rotor according to claim 8, further comprising at least one sensor element for measuring flow rate in the liquid, where the sensor element is arranged so that its measurements can be used to control said devices to effect operation to contribute to dynamic regulation of blade angle during operation of the rotor (70) as a function of flow conditions.

10. Turbine suitable for being driven by a fluid flow, where the turbine comprises - a rotor (70) according to one of the above claims; - at least one generator (6) arranged in mechanical driving connection with the shaft (4) of the rotor (70), so that a rotation of the rotor (70) will cause the generator (6) to produce electrical power.

11. Turbine according to claim 10, where a gearbox (22) is arranged connected between the shaft (4) and the at least one generator (6), where the gearbox (22) drives the generator (6) with a higher rotation speed than the shaft (4) rotation speed.

12. Turbine according to claim 11, where the shaft, the gearbox (22) and the generator (6) are suitable for providing an arrangement of the generator (6) so that its longitudinal center line essentially falls in extension of the axis of the rotor shaft (4).

13. Turbine according to one of claims 10 to 12, further comprising one or more channeling elements suitable for directing parts of the liquid flow, where the channeling elements included a cylindrical tube (1) arranged essentially coaxially with the rotor (70).

14. Turbine according to claim 13, where the channeling elements further comprise a first funnel-like element (2) which is suitable to be connected mechanically sealingly at a first end of the pipe (1) in order for the funnel-like element (2) to contribute to provide a venturi effect so that the speed of the water flow through the pipe (1) increases with a corresponding improvement in the turbine's effect.

15. Turbine according to claim 14, where the channeling elements further comprise a second funnel-like element (2) which is suitable to be connected mechanically sealingly at a second end of the pipe (1) so that the second funnel-like element also helps to provide a venturi effect .

16. Turbine according to claim 14 or 15, where the at least one generator (6) is arranged in a generator housing (5), and where the generator housing (5) is arranged within the volume defined by one of the funnel elements (2), and where the generator housing (5 ) is designed to provide a venturi effect in cooperation with the associated funnel element (2).

17. Turbine according to claim 16, where the generator housing (5) is designed essentially circularly symmetrical about its longitudinal center line, and where the generator housing (5) is arranged so that its longitudinal center line essentially falls in extension of the axis of the rotor's (70) shaft (4) ).

18. Turbine according to one of claims 16 or 17, where the generator housing (5) with its associated funnel (2) is designed so that the cross-sectional area between them is approximately constant.

19. Underwater turbine system comprising at least one turbine according to one of claims 10 to 18, where the underwater turbine system further comprises: - a foundation comprising mechanical devices to hold the underwater turbine in an appropriate position, and - distribution system for electrical energy/power.

20. Underwater system according to claim 19, where the foundation is suitable for placing the associated turbine near the bottom, and where the foundation can help to adjust the angle of the turbine's pipe manually and/or automatically depending on the local flow conditions.

21. Underwater turbine system according to claim 20, where the underwater turbine system comprises a number of turbines, where said turbines are positioned to optimally utilize the local flow conditions and where the distribution system for electrical power connects the underwater turbines together in parallel.