SE1430063A1 - Formbar spiralrotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod att under drift reglera storleken hos en rötor till en turbin som utvinner energin ur hastigheten hos en strömmande fluid såsom vind, ånga, vattenströmmar och vattenvågor. Turbinens rotationslinje är i huvudsak vinkelrät orienterad den ifrågavarande fluidriktningen och av ett slag som innefattar en självbärande rotationssymmetrisk bladkropp integrerat uppbyggd av parvist och korsvist förbundna rotorblad förlagda i rymdspiraler mellan rotorns bägge ändar och upphängda i turbinen i åtminstone en av nämnda ändar. Metoden innebär att stångförband anordnade till att öka eller minska spiralvinkeln hos bladkroppen vrides samtidigt med att bärarmar anordnade till att öka eller minska diametern hos bladkroppen vrides, så att förhållandet mellan bladkroppens längd och diameter därmed automatiskt förändras.Uppfinningen hänför sig även till utförandet av metoden i ett markfast eller flytande kraftaggregat vilket omvandlar den utvunna energin till elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt, eller till en kombination av dessa effekter.(Fig 13)

Description

FORMBAR SPIRALROTOR TEKNISKT OMRADE Den foreliggande uppfinningen hanfor sig till en metod att reglera storleken hos en rotor till en turbin anordnad f6r utvinning av energi ur en strommande fluid genom rotation av rotorn kring en rotationslinje vid i huvudsak vinkelrat orientering av densamma mot ifragavarande fluidriktning, d.v.s. en tvarstalld turbin, varvid rotorn är forsedd med rotorblad forlagda i rymdspiraler mellan rotorns bagge andar och upphangda i turbinen i dtminstone en av namnda andar.

Uppfinningen hanfor sig amen till utforandet av regleringsmetoden i ett markfast eller flytande kraftaggregat vilket omvandlar den utvunna energin till elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt, eller till en kombination av tva eller tre av namnda effekter.

HH-12 2 UPPFINNINGENS BAKGRUND Turbiner som ar anordnade att utvinna energi ur en strommande fluid — sasom luftstrommar, angstrommar, vattenstrommar eller vattenvagor — ar vanligtvis konstruerade for att utvinna maximal energi ur stromningen vid en bestamd fluidhastighet, d.v.s. ha en konstruktionsdriftpunkt. Grundlaggande for turbinens effektiva funktion är existensen av en fluidhastighet som ger tillracklig lyftkraft pa rotorbladen for att overvinna det sammanlagda motstandet has rotorblad och turbin. Turbinaxeln fas darmed att rotera genom att lyftkraften, vilken uppkommer som resultat av tryckskillnader vid fluidens passage av rotorbladens vingprofil, uppvisar en kraftkomposant riktad i rotationsriktningen som — vid multiplicering med avstandet till rotationslinjen — ger upphov till ett kraftmoment som skapar namnda andamalsenliga rotation. Ovansta.ende galler for saval konventionella s.k. snabblopare (vindturbiner), angturbiner och vattenturbiner dar turbinaxeln är riktad vasentligen parallell med fluidriktningen; som for mer okonventionella tvarstallda turbiner dar turbinaxeln ar riktad vertikalt och vinkelrat mot fluidriktningen, t.ex. vindturbiner av typ s.k. H-rotorer (SE564997C2), eller dar turbinaxeln ar riktad vinkelrat men horisontellt mot den ifragavarande fluidriktningen, t.ex. US2011/110779A1.

Tvarstallda turbiner uppvisar som kant en rotationsaxel med en rotor som roterar kring namnda rotationsaxel, och fyra signifikanta passager av fluiden genom rotorn: uppstroms, medstrOms, nedstroms och motstroms; varvid erhalls en pulserande lyftkraft pa rotorbladen under rotationsvarvet som ar till beloppet cosinusfordelad och till storleken maximal uppstroms och nedstroms, och minimal medstroms och motstroms. Det ar kand teknik att rotorns rotation overfors till turbinen i ett eller flera forband som vardera uppvisar en upphangningspunkt till ett rotorblad. Saledes kan rotorn och rotorbladen vara forbundna till turbinen i ett flertal upphangningspunkter.

Upphangning i tva symmetriskt belagna punkter i eller omkring rotorns mittnormalplan, s.k. mittupphangd rotor, finns utford has bl.a. omnamnda H-rotorer. Upphangning i rotorbladens bagge andar ar utford has bl.a. Darrieus vindturbin (NL19181). Aven upphangning i rotorbladens ena ande, s.k. andupphangd rotor, ar kand och utford has en vindturbin med raka blad forenade i ett centralt turbinnav placerat i markhajd och spretande snett uppat. Det ar vidare kant att mittupphangda turbiner ar forsedda med ett barverk innefattande bararmar, turbinnav och turbinaxel som stor fluidens stromning genom bladkroppen, sâ att lyftkraften minskar pa rotorbladet vid framforallt HH-12 3 nedstromspassagen och turbinens verkningsgrad darmed sdnks. Denna nackdelen bl. a. medfor att tvarstdlIda turbiner uppvisar en lagre verkningsgrad an konventionella snabblopare vid samma soliditet, d.v.s. att kvoten mellan rotorbladens spetshastighet och den verkliga fluidhastigheten är lagre. Vid investeringar i vindkraftverk foredras darfor ofta snabblopare. Sasom kanske inses av det ovan anforda, finns det ett behov av att undvika en rotor som är mittupphdngd i syfte att uppnâ en hogre verkningsgrad hos turbinen.

TvarstdIlda turbiner uppvisar som kant foretrddesvis tre raka rotorblad, d.v.s. med nosen (framkanten) parallell med rotationslinjen, sasom exempelvis has H-rotorer. Det är vidare kant att en centrifugalkraft uppkommer till WO av turbinens rotation kring rotationslinjen och verkande pa turbinens massa, riktad vinkelrat och utat fran rotationslinjen. Centrifugalkraften adderas clamed vektoriellt till lyftkraften pa rotorbladen, sá att den resulterande kraften pa rotorbladet okar vid passagen medstroms, nedstroms och motstroms; medan den istallet minskar uppstroms. Den darav resulterande pulserande kraften pa rotorbladen har sa.ledes sitt maximum nedstroms och minimum uppstroms, en snedfordelning som ger risk for materialutmattning, oonskade vibrationer, egensvangningar och oljud hos turbinen. Rotorer forsedda med raka rotorblad uppvisar ovansta.ende utmaningar vid konstruktionen av rotorbladen och infastningar av desamma. Det är kdnd teknik att tvarstailda turbiner som uppvisar tre raka rotorblad ej sjalvstartar rotorn vid laga fluidhastigheter, utan turbinen maste motorstartas med generatorn; daremot, har spiralformade rotorblad egenskapen att lattare kunna starta rotorn. Spiralformade rotorblad är kand teknik frail bland annat CA 2674997 som beskriver en vindturbin anordnad med spiralformade vertikala rotorblad, vilka flerstddes är direkt och fast forbundna med turbinens nay pa turbinaxeln; och i W02120153813(A1) som beskriver en vattenturbin anordnad analogt med en flerbladig s.k. Darrieus vindturbin (NL19181); samt i W02120152869(A1) som beskriver en vattenturbin med hopfdllbara spiralformade blad. Sasom kanske inses av det ovan namnda, uppvisar en rotor med spiralformade blad fordelar vilka kan utvecklas och framhavas ytterligare.

Tvdrstallda turbiner uppvisar som kant foretradesvis rotorblad i vindutforandet forsedda vid vingprofil med konstant anfallsvinkel mot rotationsriktningen, vilka saknar egenskapen att kunna bromsa turbinen aerodynamiskt vid vindhastigheter overstigande konstruktionsdriftpunkten enligt ovan. Hos exempelvis snabblopare kan HH-12 4 turbinbladet vridas mekaniskt kring dess egen langdaxel i syfte att — vid tillrackligt hog vindhastighet — anpassa turbinbladens anfallsvinkel (a) och darmed erhalla ett konstant varvtal, sa att — om vindhastigheten overstiger ett visst varde — turbinbladen vrids helt ur vind och turbinen stalls ay. lngen effekt genereras dd., men ndr vinden avtar vrids bladen tillbaka och turbinen levererar aterigen effekt. Hos H-rotorer likasa, okar varvtalet med vindhastigheten upp till en viss ovre grans ddr turbinaxeln maste vara forsedd med en anordning eller metod for bromsning eller styrning av turbinens varvtal, annars havererar turbinen p.g.a. for stor belastning eller genom att generatorn blir overhettad. I avsaknad av, eller i kombination med, metoder for styrning av varvtalet — sasom en varvtalsvdxel — kan turbinen forses med tva generatorer avsedda for olika varvtalsintervall, vilka kraver ett storre styrsystem med alfoljande reglerutrustning. Istallet kan en enda generator anvandas — vilket forenklar elproduktionen — genom att turbinen bromsas elektriskt av en permanentmagnetiserad synkrongenerator, som beskrivs i W02010/039075 och uppges krdva en stark natanslutning med en natspanning overstigande 10 kV for att vara effektiv. For turbiner som ej är anslutna till ett starkt nal med en nalspanning overstigande 10 kV är emellertid ovan namnda losning ej mojlig att genomfora, istallet är en aerodynamisk bromsning att foredra for sadana autonoma friturbiner. Eftersom rotorbladen uppvisar en konstant anfallsvinkel (a) enligt ovan, kan de emellertid ej vridas ur vind sa att lyftkraften upphor och rotorn stannar, sasom är mojligt for rotorbladen hos snabblopare enligt ovan. Sasom kanske inses av det ovan anforda, finns det ett behov att aerodynamiskt kunna bromsa tvarstdIlda turbiner med konstant anfallsvinkel (a) mot rotationsriktningen i syfte att minska varvtalet vid vindstyrkor storre an den nominella markeffekten, istallet for att helt stoppa turbinen.

HH-12 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett forsta syfte med foreliggande uppfinning är att tillhandahalla en metod att reglera storleken hos en rotor till en turbin f6r utvinning av energi frail strommande fluider vid i huvudsak vinkelrat orientering av rotationslinjen mot ifragavarande fluidriktning, varvid uppfinningen introducerar en ny rotortyp i syfte att na hogre verkningsgrad has turbinen i jamforelse med motsvarande tvarstallda turbiner med vertikalaxlade eller horisontalaxlade rotorer.

Ett andra syfte med foreliggande uppfinning är att overvinna eller forbattra alminstone en av nackdelarna med tidigare kand teknik eller tillhandahalla ett anvandbart alternativ.

Atminstone ett av syftena ovan uppnas med en metod enligt patentkrav 1-3. Sasom anvands har, avser termen "axiell" ange riktning som är parallell med rotationslinjen och "radiell", vinkelrat mot rotationslinjen; -avser termen "tvarsnittssektion" den plana figur som uppkommer vid genomskarning av ett strukturelement i rat vinkel mot dess langdaxel; avser termen "centrumlinje" en normallinje till planet innehallande namnda tvarsnittssektion med fotpunkt belagen pa tvarsnittssektionens symmetrilinje eller skelettlinje eller i dess tyngdpunkt. Termen "centrumlinje" anvands aven am strukturelementets langdaxel ej ar rat, det vill saga att "centrumlinjen" har egenskapen att kunna vara krokt. Termen "skelettlinje" (Q) avser den linje som sammanbinder mittpunkterna has cirklarna vilka kan inskrivas i en vingprofil, det vill saga att skelettlinjen ligger mitt emellan den ovre och undre vingytan has en vingprofil; avser uttrycket vara "forbunden med", "i forband med" eller "omsluten av" en annan del, att delen kan antingen vara direkt forbunden till eller direkt omsluten av den andra delen eller kan mellanliggande delar ocksa vara narvarande. Daremot, nar en del är refererad till att vara "direkt fOrbunden" med eller "direkt omsluten" av en annan del, sa finns dar ingen mellanliggande del narvarande; HH-12 6 avser uttrycket "fast forband" eller "fast fOrbunden" att rotation och translation mellan ingaende delar i forbandet ej är mojlig, medan termen "lager" anger att rotation och translation mellan inga.ende delar bagge är mojlig; varvid "glidlager" anger att axiell translation men ej rotation är mojlig, och "rullager" att rotation men ej axiell translation är mojlig; avser beteckningen "forsta", "andra" och "tredje" mota behovet av att sarskilja singularitet hos en pluralitet av helt permutabla element, men ej att numrera fysiskt; det viii saga, vilket som heist av elementen kan darvidlag betecknas som det "fOrsta", "andra" eller "tredje".

Saledes avser den foreliggande uppfinningen en metod att med hjdlp av ett forskjutningsmedel reglera storleken hos en bladkropp till en turbin anordnad for produktion av anvandbar energi ur rorelsen has en strommande fluid vid i huvudsak vinkelrat orientering av turbinens rotationslinje mot den ifragavarande fluidriktningen (W), innefattande ett turbinrullager forsett med ett roterbart lagerhus och ett icke roterbart lagerhus, och uppvisande en centrumpunkt och en centrumlinje vilken passerar genom namnda centrumpunkt, och atminstone ett stodnav anordnat i fast forband med det roterbara lagerhuset och en stodstruktur anordnad i fast forband med det icke roterbara lagerhuset, och en bladkropp helt eller delvis beldgen i fluiden och anordnad i forband med det roterbara lagerhuset, varvid fluidens rorelse tillater rotation av bladkroppen kring rotationslinjen vilken sammanfaller med centrumlinjen i en punkt identisk med centrumpunkten, och innefattar ett flertal rotorblad vilka var och ett är kontinuerligt forlopande axiellt och radiellt i en rymdspiralkurva med spiralaxel i rotationslinjen och uppvisande en snoddriktning kring rotationslinjen och i normalplanet till rymdspiralkurvan forsett med en tvarsnittssektion forsedd med en centrumlinje och uppvisande en vingprofil med tva andpartier, varvid det forsta andpartiet uppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning (V) och det andra andpartiet uppvisar en spets (S) i den motsatta riktningen, varvid turbinen uppvisar en skarningspunkt (PN) mellan rotationslinjen och en normallinje till rotationslinjen, och ett flertal bladforband vilka var och ett uppvisar en skarningspunkt (PB1) mellan centrumlinjen i ett forsta rotorblad och namnda normallinje och en skarningspunkt (PB2) mellan centrumlinjen i ett andra rotorblad och namnda normallinje, varvid skarningspunkterna (PN, PB1, PB2) är forbundna av en gemensam normallinje (14) till rotationslinjen och (14) är forsedd med en andpunkt i (PN), varvid avstandet PN-PB1 är HH-12 7 ej lika med aystandet PN-PB2, varvid namnda forsta och andra rotorblad uppvisar olika snoddriktningar kring rotationslinjen och är forbundna med varandra i atminstone ett av namnda bladforband (13), och bladkroppen uppvisar en langd (L) och en diameter (D) och en spiralvinkel (y) mellan rotorbladets centrumlinje (11) och rotationslinjen vid projektion pa rotationslinjen, och en mittpunkt (PM) i skarningspunkten mellan rotationslinjen och mittnormalplanet (M).

Uppfinningen utmarks sarskilt av att bladforbanden är forbundna med varandra av mellanliggande delar bestaende av namnda rotorblad.

Sasom kanske inses av ovanstaende (se krav 1): —ãr det rorelsen hos en strommande fluid som ger upphov till bladkroppens rotation, d.v.s. att bladkroppen kan befinna sig antingen helt i den strommande fluiden eller delvis i ett parti av fluiden som ej är strommande. Saledes kan bladkroppen ej rotera am den helt befinner sig i det parti av fluiden som ej är strommande, d.v.s. dar fluiden är stillastaende; —kan fluiden i princip utgoras av vilken materia som heist i ett flytande eller gasformigt aggregationstillstand. Exempelvis kan fluiden besta av ett eller flera grundamnen i gasform, sasom luft; eller i flytande form, sasom vatten; eller en blandning av gas och flytande former, sasom forekommer i kondenserande anga. Saledes kan fluiden vara sammansatt av tva eller flera olika amnen, exempelvis luft och vatten, varvid stromningen hos dessa fluider kan ha olika styrka och riktning; betecknar uttrycket "snoddriktning" huruvida rymdspiralkurvan är hogervriden eller vanstervriden. Ett rotorblad kan saledes uppvisa en av tva snoddriktningar, d.v.s. hogervridet eller vanstervridet; varvid tvâ rotorblad kan uppvisa snoddriktningar som antingen är lika, d.v.s. bagge hogervridna eller vanstervridna; eller olika, d.v.s. ett hogervridet forsta rotorblad och ett vanstervridet andra rotorblad. Enligt den foreliggande uppfinningen skall satedes ett forsta hogervridet rotorblad forbindas med alla vanstervridna rotorblad, ett andra hogervridet rotorblad forbindas med alla vanstervridna rotorblad, o.s.v. till dess att samtliga hogervridna rotor blad är forbundna. Vid utovandet av den foreliggande uppfinningen kan det noteras att det ej ãr en nodvandig forutsattning att bladkroppen är rotationssymmetrisk, d.v.s. att rotorblad uppvisande olika HH-12 8 snoddriktningar är lika till antalet; eller att rotorblad uppvisande lika snoddriktningar ocksa uppvisar lika spiralvinkel eller är ekvidistanta, eller är separata och ej forbundna med varandra; finns ett bladforband i vane korsning mellan ett hogervridet och vanstervridet rotorblad, varvid bladforbandet forbinder de bagge korsande rotorbladen.

Saledes är vane hogervridet rotorblad forbundet till samtliga vanstervridna rotorblad i ett eller flera bladforband, och likasa är vane vanstervridet rotorblad forbundet till samtliga hogervridna rotorblad i desamma bladforbanden. Antalet bladforband beror pa rotorbladens antal och spiralvinklar (y). Exempelvis krays 21 bladforband att forbinda en bladkropp bestaende av 3 hogervridna och 3 vanstervridna rotorblad som vrider sig 1 spiralvarv (d.v.s. har stigningen 1) pa bladkroppens langd (L), vilket betecknas (3+3)x1. Rotorbladets spiralvinkel (y) är vinkeln mellan rotorbladets centrumlinje och rotationslinjens projektion pa rotorbladet. -avser uttrycket "bladkropp" det rotationssymmetriska rymdomrade som begransas dels av de bagge dndnormalplanen (M1, M2), vilka utgor normalplan till rotationslinjen och var och ett innehaller atminstone en punkt som tangerar rotorbladen axiellt; och dels av den inre och yttre koncentriska rotationsyta vilka generas radiellt av enveloppen till rotorbladen da spiralrotorn roterar, varvid radien fran rotationslinjen till den inre rotationsytan är mindre an radien fran rotationslinjen till den yttre rotationsytan i vane normalplan beldget mellan de bagge namnda dndnormalplanen. Med bladkroppens mittnormalplan (M) avses symmetriplanet till de bagge dndnormalplanen (M1, M2) och med bladkroppens langd (L) avses avstandet mellan de bagge andnormalplanen (M1, M2); -är bladkroppen en del av turbinen men utgor ingen solid kropp utan ett inhomogent rum forsett med oppningar i bade dndnormalplan och rotationsytor. Bladkroppen stracker sig saledes kontinuerligt och runtomgaende rotationslinjen i ett integrerat rutnat av korsande rotorblad, ddr bladforbanden utgor knutarna och maskorna begransas av rotorbladen, varvid rotorbladen forbinds med varandra endast i bladforbanden. Eftersom vane bladforband forbinder tva blad med motsatt snoddriktning betyder det att varje hogervridet rotorblad dr forbundet med ett vanstervridet rotorblad. Det aterforande vridmomentet hos ett hogervridet respektive vanstervridet rotorblad dr motriktade och tar darned ut varandra i HH-12 9 bladforbandet om spiralvinklarna är lika stora, vilket i praktiken ger en vridmomentfri bladkropp i obelastat tillstand; d.v.s. utan namnvarda inbyggda egenspanningar som bl.a. kan resultera i nackdelen av oonskade deformationer; utgor bladkroppen en egenstyv och darmed sjalybarande struktur, eftersom rotorbladen stodjer varandra i bladforbanden; varvid IA- och vridstyvheten hos bladkroppen beror av bl.a. antalet rotorblad, antalet bladforband, langden och diametern hos bladkroppen. Bladkroppen kan sdledes bojas ut i den ifragavarande fluidriktningen p.g.a. belastningen frail fluiden pa bladkroppen, vilket har till foljd att rotationslinjen kan avvika markant frail bladkroppens centrumlinje. Bladkroppen kan clamed rotera kring en krokt rotationslinje sâ att vissa delar av bladkroppen under rotationen ej är vinkelrata mot fluidriktningen; kan rotorbladen konstrueras med kortare spannlangder och darmed mindre dimensioner an vad som är brukligt vid andra turbintyper med sjalystandiga rotorblad — sasom has snabblopare och H-rotorer — eftersom antalet upplagringspunkter okar da rotorbladen stodjer varandra. Dessutom kan rotorbladen konstrueras med en rundare tvarsnittssektion, d.v.s. med tjockare vingprofil an vad som annars är brukligt vid ovan namnda turbintyper med sjalystandiga rotorblad; och ddrigenom erhalla okat boj- och vridmotstand med atfoljande minskning av spanningarna i och mellan upplagringspunkterna, samt en styvare bladkropp. Saledes kanske inses att eftersom rotorbladen är spiralformade, blir vinkeln mellan rotorbladens centrumlinjer och rotationslinjen sammanfallande med spiralvinkeln (y); och eftersom den ifragavarande fluidriktningen är i huvudsak vinkelrat mot rotationslinjen, blir anstromningsvinkeln (13) mellan rotorbladets centrumlinje och en normal till rotationslinjens projektion pd rotorbladet clamed lika med 90 minus (y) grader.

Darav kanske ocksá inses att vingprofilens effektiva korda i fluidriktningen forldngs med en faktor lika med inversen av sinus for (y), jamfort med rotorbladets verkliga bredd; och eftersom vingprofilens forhallande mellan tjocklek och korda kan antas vara bestamt vid den givna turbinstorleken, maste rotorbladet darfor konstrueras med en verklig MO som är i motsvarande grad storre varigenom det erhaller en rundare tvarsnittssektion; kan rotorbladens namnda kortare spannlangder tilla.ta ett avsevart hogre sidoforhallande berdknat pd den fria baglangden mellan tvd bladforband an vad HH-12 som är brukligt vid andra turbintyper med sjalvstandiga rotorblad. Sidoforhallandet for rotorblad enligt den foreliggande uppfinningen är typiskt ett tal mellan 100 och 150, vilket ger upphov till ett lagt inducerat motstand som bl.a. Or den foreliggande uppfinningen till en lamplig kandidat for turbinparker pa ett begransat omrade. Det hoga sidoforhallandet gar amen att fluidstromningen kan upptrada helt eller delvis lamindrt over vingprofilen, d.v.s. uppvisa ett lagt Reynolds tal vid hoga fluidhastigheter vilket minskar rotorbladets motstand mot fluiden och darmed okar turbinens verkningsgrad; ager bladkroppens kontinuerliga spiralformade rotorblad den fordelaktiga egenskapen av att nagonstans pa rotationsvinkeln vara positionerade for en optimal anfallsvinkel mot fluidstromningen, sá att bladkroppen darmed kan vara istand att starta rotationen. Med bladkroppens rotationsvinkel (0) avses vinkeln i normalplanet till rotationslinjen med spets i rotationslinjen. Med rotorbladets anfallsvinkel (a) avses vinkeln mellan rotorbladets korda och den ifragavarande skenbara vindriktningen; dger bladkroppens kontinuerliga och integrerade spiralformade rotorblad den fordelaktiga egenskapen att ta upp och fordela fluidlasten jamnare an vad raka rotorblad kan Ora, genom att kraftmomentet av rotationen sprids over atminstone delar av rotationsvinkeln, varvid den omnamnda cosinusfordelade pulserande lasten fordelas jamnare over rotationsvarvet. Ddrigenom minskar risken for materialutmattning, oonskade vibrationer och egensvangningar hos bladkroppen; liksom att oljudet frail turbinen i vindutforande kan undvikas, jamfort med snabblopare med raka turbinblad som genererar ett pulserande och svischande oljud var gang de passerar vindkraftmasten.

Sasom kanske ocksa inses av ovanstaende medger den foreliggande uppfinningen att: tva rotorblad forbinds till varandra med olika radiella avstand till rotationslinjen, det vill saga att de ligger planskilda. Darmed minskar risken att fluidstromningen fran det framre rotorbladet stor det bakre under rotationen; olika tvarsnittssektioner kan utnyttjas for rotorblad med olika radiella avstand till rotationslinjen i syfte att bast tillvarata energin hos den hogre bladhastigheten pa det storre radiella avstandet, respektive den Idgre bladhastigheten pa det mindre radiella avstandet till rotationslinjen; HH-12 11 onodig forvridning och snedstallning av bladens tvarsnittssektion och darmed dtfoljande sekunddra vridmoment i bladoverfallet och effektforlust hos turbinen, kan undvikas genom att resultanten till lyftkraften pa vingprofilerna hos de bagge rotorbladen angriper i en gemensam normallinje till rotationslinjen; vilket kan tilla.tas, eftersom vingprofilernas aerodynamiska centrum i ett bladforband bagge kan antas uppvisa samma avstand till nosen (N) relativt langden av respektive korda; rotorbladens spiralkurvor kan genereras sâ att bladkroppens inre och yttre rotationsytor var for sig beskriver ett cylindriskt, rakt koniskt, dubbelkoniskt (timglaskoniskt) eller bikoniskt stympat rymdomrade; varvid bladkroppens volym begransas av rymdomradet mellan den yttre och inre rotationsytan, vilket gar att bladkroppen kan anta den mest andamalsenliga formen for den aktuella turbinen bland 16 (4x4) olika och majliga formationer.

I enlighet med den foreliggande uppfinningen, uppvisar ett forsta bladforband avstandet PN-PB1 som är storre an avstandet PN-PB2 och ett andra bladforband avstandet PN-PB1 som är mindre an avstandet PN-PB2, varvid inget bladforband är beldget mellan det forsta och andra bladforbandet.

Sasom kanske inses av ovansta.ende (se krav 1), innebar detta att det rotorblad som uppvisar den minsta radien till rotationslinjen i ett bladforband kommer att uppvisa den storsta radien i ett narmast angransande bladforband. Detta ombyte av rotorbladets placering i tvd narstdende bladforband, medfor att rotorbladet omvaxlande Will& den yttre respektive inre rotationsytan i bladkroppen; vilket innebar att rotorbladets rymdspiralkurva har egenskapen att ondulera som en sinuskurva med storst amplitud i bladforbanden och noll amplitud mellan tva bladforband. Sinuskurvan for ett ondulerande rotorblad som uppvisar hogervriden snoddriktning är forskjuten med en faktor (u) relativt sinuskurvan for ett vanstervridet rotorblad, d.v.s. med 180 grader; men uppvisar samma amplitud, d.v.s. är motriktad. Bladkroppen ger clamed intrycket — for en betraktare — att samtliga rotorblad dr "fldtade" om varandra. Sdledes dr rotorbladets rymdspiralkurva runt rotationslinjen overlagrad i axiell och radiell riktning av en sinuskurva enligt ovan. Det bor noteras att definitionen av en (icke overlagrad) cylindriskt eller konisk rymdspiralkurva kraver att amplituden maste vara lika med noll for att rotorbladens tangentvinkel till rotationslinjen skall vara konstant, vilket sdledes inte uppfylls for namnda overlagrade rymdspiralkurva. En fordel med ovanstdende HH-12 12 ondulerade bladkropp är att risken minskar att rotorbladen stor varandra under rotationen, och att samtliga bladforband blir utsatta for tryckkrafter som strdvar att hdlla ihop vane enskilt bladforband.

I enlighet med den foreliggande uppfinningen, uppvisar ett forsta bladforband en forsta summa av namnda avstand PN-PB1 och PN-PB2, medan ett andra bladforband uppvisar en andra summa av namnda avstand PN-PB1 och PN-PB2, varvid den forsta summan är lika med den andra summan.

Sasom kanske inses av ovanstdende (se krav 1), innebar detta att bladkroppens diameter (D) definitionsmassigt satts lika med dess medeldiameter, det viii saga att (D) raknas mitt i "vaggtjockleken" och att bladkroppen darmed uppvisar en gemensam diameter (D) utefter hela dess langd (L). En vasentlig fordel av ovanstdende är att samtliga rotorblad uppvisar lika baglangd, sa att tva rotorblad darmed inbordes kan forvridas utan att behova forskjutas i bladforbandet, vilket är en forutsaltning for regleringsmetoden enligt krav 1.

I enlighet med den foreliggande uppfinningen, innefattar bladforbandet tva bladoverfall vilka var och ett är forsett med en tvarsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje, varvid tvarsnittssektionen helt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil.

Sasom kanske inses av ovanstdende (se krav 1) är fordelen av omslutande bladoverfall att rotorbladen forstarks pa utsidan dar tydrsnittets hogsta bojspanningar upptraber, och att de kan forlaggas kontinuerligt utan skarv i bladforbanden (utom vid icke-planskilda korsningar enligt ovan) och utan haltagning for bladoverfallen, vilket minskar risken for utmattning av rotorbladen. Vidare kan bladoverfallen med fordel forses med tvarsnittsektion vid vingprofil med en nos (N) i bladkroppens rotationsriktning (V) och innefatta en slits i vingprofilens bakkant (S), varvid bladoverfallens elastiska konstruktion tillater att rotorbladen fors in genom namnda oppning som darefter forsluts, exempelvis genom ett friktionsforband eller bultforband (ej visat). Denna anordning tilldter rotorbladen att fritt stalla in sig efter varandra och ddrigenom undviks onocliga egenspanningar i bladkroppen vid monteringen av bladkroppen.

I enlighet med foreliggande uppf inning, innefattar bladforbandet ett stangforband vilket forbinder de hid bladoverfallen med varandra och är forsett med en sta.ng med en HH-12 13 tvarsnittssektion med en centrumlinje, varvid centrumlinjen sammanfaller med den gemensamma normallinjen for bladforbandet.

Sasom kanske inses av ovansta.ende (se krav 1), tjanar stangforbandet det primara syftet att forbinda tva korsande rotorblad till varandra som ligger pa olika radier och är speciellt val agnat att ta upp tryckkrafter som upptrader i ondulerade bladkroppar.

I enlighet med foreliggande uppf inning, innefattar stangforbandet atminstone ett stangrullager forsett med en centrumlinje sammanfallande med centrumlinjen for staget, varvid rullagret tillater inbordes forvridning av rotorbladens centrumlinjer kring den gemensamma normallinjen till bladforbandet.

Sasom kanske inses av ovanstaende (se krav 1), tillater rullagret att spiralvinkeln (y) kan andras has rotorbladen i bladforbandet; och, eftersom bladkroppen är integrerad, blir andringen lika star has samtliga rotorblad i bladkroppen; d.v.s. att bladkroppens langd (L) och diameter (D) kan andras samtidigt. Exempelvis i fritidsbruk, kan spiralvinkeln minskas till nara nail eller okas till ndra 90 grader, och bladforbanden darmed transporteras plana med bladkroppen i hoprullat skick.

I enlighet med den foreliggande uppfinningen, innefattar bladkroppens forband till stodnavet atminstone en bararm vilken innefattar ett bladoverfall forbundet till bararmen och fast f6rbundet till ett andparti has namnda rotorblad, och är vridbar kring en rat centrumlinje passerande genom atminstone tva armrullager forsedda med vardera ett lagerhus fast forbundet till stodnavet, varvid centrumlinjen till armrullagren är parallell med centrumlinjen till turbinrullagret och vane bladoverfall är fast forbundet till ett andparti has ett rotorblad.

Sasom kanske inses av ovanstaende (se krav 1), beskrivs en spiralrotor upphangd i ett av bladkroppens tva andnormalplan (M1, M2), varvid en bararm kravs till infastning i ett bladoverfall av ett andparti has ett rotorblad. Det torde vara uppenbart for en fackman att en bladkropp enligt uppfinningen dven kan vara upphangd i bagge dndnormalplanen samtidigt och saledes utgOra en dubbelupphangd rotor, exempelvis flera vattenturbiner utforda med en gemensam horisontal rotationslinje forlagda i rad tvars en dIv. Vid utovandet av den foreliggande uppfinningen kan det noteras att det ej dr en nodvandig forutsdttning att turbinlagrets centrumlinje dr vertikal, utan den kan uppvisa en godtycklig vinkel i ett plan som ar vinkelrat mot den ifragavarande fluidriktningen; d.v.s. centrumlinjen kan amen vara horisontal eller snedstalld. En HH-12 14 vasentlig fordel av en andupphangd eller dubbelupphangd spiralrotor är att en central turbinaxel kan undvikas i fluiden sa att fluidstromningen genom turbinen ej stors, varvid flera fordelaktiga egenskaper darmed kan uppnas: turbinens verkningsgrad okar, som beskrivits i uppfinningens bakgrund, vilket gar att kostnaden per producerad effektenhet kan minskas; storande oljud kan undvikas eftersom det inte finns nagon icke-roterande kropp uppstroms som skapar en stationar tryckforandring nedstroms, exempelvis som hos snabblopare dar ett svischande oljud hors varje gang ett turbinblad passerar vindkraftsmasten. Denna fordel Or den uppfunna turbinen mojlig att placera i urban miljo.

Ur en andra aspekt av den foreliggande uppfinningen tillhandahalls en metod att reglera storleken hos en bladkropp till turbinen ovan med hjalp av ett forskjutningsmedel innefattande ett stangforband anordnat till vridning av rotorbladens centrumlinjer kring en gemensam normallinje till rotationslinjen och en bararm anordnad till vridning kring en centrumlinje passerande genom minst tvá armrullager forbundna till ett stodnav, varvid turbinen uppvisar en vinkelhastighet och namnda forskjutningsmedel är anordnat till samtidig okning av langden (L) och minskning av diametern (D) has bladkroppen, eller vice versa, varvid namnda metod innefattar stegen for att: —bringa namnda bararm att anordnas i en forsta position, varvid namnda forsta position motsvarar en forsta spiralvinkel (y1) hos bladkroppen; bringa namnda bararm att anordnas i en andra position, varvid namnda andra position motsvarar en andra spiralvinkel (y2) hos bladkroppen, varvid (y2) är ej lika med (y1).

Sasom kanske inses av ovansta.ende (se krav 1), kan bladkroppens storlek forandras genom att rotorbladen finals vrida sig relativt varandra i bladforbanden sá att vinkeln mot rotationslinjen, det vill saga spiralvinkeln, andrar sig. Detta mdjliggors genom att samtliga bladoverfall vrider sig med samma vinkel runt sina respektive normallinjer till rotationslinjen i namnda stanglager. Enligt utforingsformen med ondulerade rotorblad och gemensam diameter (D) medfor en andrad spiralvinkel att rotorbladen enbart vrider sig mot varandra i bladforbanden, medan &riga utforingsformer medfor att de HH-12 bagge rotorbladen i ett bladforband amen erhaller olika inbordes forskjutning i rotationslinjens riktning (Z). Forandringen av bladkroppens storlek sker med hjdlp av forskjutningsmedlet som paverkar bladkroppen med en kraftresultant, vilken komposant angriper i bladoverfallets infastning till bararmen och är riktad i bladkroppens omkretsled. Storleken pa kraftresultanten bestams av jarnvikten mellan turbinen och det omgivande systemet, vilken jarnvikt intrader vid sa.vd1 stillastaende som roterande turbin.

Den dynamiska jarnvikten inkluderar inverkan av fluidens stromning pa turbinen, vilket framst resulterar i en lyftkraft och ett motsta.nd pa rotorbladen men amen ger upphov till en centrifugalkraft och ett rorelsernangdmoment hos turbinen. En okande centrifugalkraft stravar att forskjuta saval bladkroppens som bararmarnas massa vinkeIrdt utat fran rotationslinjen. Bladforbanden tillater, enligt ovan, att rotorbladen vrides och bladkroppens diameter okas, vilket mojliggors genom att bararmarna är upphangda i stodnavet for rotation utat fran rotationslinjen; darmed saras — i omkretsled — rotorbladens infastningspunkter till bladoverfallen; varvid spiralvinkeln okar och bladkroppens Idngd minskar. Darmed akar vingprofilens kordaldngd (se krav 1) och profilen riskerar att overstegras dithan att kvoten av lyftkraften dividerat med motstandet minskar. Vid en alit okande spiralvinkel overstigande 45 grader okar amen turbinens soliditet. Vid mycket hoga fluidhastigheter, i kombination med overstegringen ovan, innebdr detta att fluidmotstandet slutligen blir sá stort att turbinens vinkelhastighet minskar; for att i extremfallet ytterligare avta eftersom lyftkraften forsvinner nar diametern okar dithan att bladkroppen narmast framstar som ett hinder for fluiden att passera. En minskande centrifugalkraft har en motsatt effekt pa bladkroppen och bararmarna, sa att en "stangd" bladkropp med hog soliditet automatiskt "oppnar" sig da den hoga fluidhastigheten minskar; och darmed tillater turbinen att aterga till konstruktionsdriftpunkten. Sasom amen kanske inses, kraver dynamisk jarnvikt vid en accelererande eller retarderande fluidhastighet att turbinens rorelsemangdmoment konserveras, d.v.s. att produkten av turbinens rotationstroghetsmoment och vinkelhastighet momentant forblir oforandrad. I den foreliggande uppfinningen innebar detta att bladkroppens diameter och vinkelhastighet bagge kan forandras, samtidigt och momentant, innan ny jamvikt intruder vid den nya fluidhastigheten. Forst vid den nya jamvikten erhalls det nya rorelsernangdmomentet. Saledes medger forskjutningsmedlet att turbinens vinkelhastighet kan andras HH-12 16 automatiskt efter fluidhastigheten utan patvingad forskjutning, sa att bl.a. turbinens varvtal kan regleras och turbinen bromsas aerodynamiskt vid hoga fluidhastigheter.

I enlighet med en foredragen utforingsform has den foreliggande uppfinningen, uppvisar centrumlinjen (25) till armrullagren en skarningspunkt med centrumlinjen (6) till turbinlagret.

Sasom kanske inses av ovanstaende (se krav 2), innebar i det speciella fallet att centrumlinjen till turbinlagret ãr vertikal, att centrumlinjen till armrullagren bildar en vinkel mot vertikallinjen. I det fallet att skarningspunkten mellan centrumlinjerna är belagen vertikalt ovanfor centrumpunkten (6), blir namnda vinkel spetsig uppat vilket innebar att bladoverfallet forbindning till bararmen kommer att svanga uppal dá denna fors i radiell riktning ut fran rotationslinjen. Denna uppatriktade forskjutning av bararmen stravar att lyfta rotorbladens infastning till namnda bladoverfall och darmed oka lagesenergin has bladkroppen, d.v.s. forbruka energi frail en eventuellt forekommande centrifugalkraft och en alltid forekommande gravitationskraft pa turbinen. Dessa krafter stravar bagge att oka spiralvinkeln has rotorbladen med resultat att bladkroppen sjunker ihop i ett stabilt jamviktslage, d.v.s. langden (L) minskar och diametern (D) akar; som bladkroppen intar vid en minskande eller helt franvarande centrifugalkraft. En effekt av bararmens vertikala och horisontella forflyttning är att bladoverfallet maste forbindas i en svangpunkt till bararmen for att ackommodera spiralvinkelns andring med bladkroppens diameter.

Ur en tredje aspekt hanfor sig foreliggande uppf inning till anvandning av turbinen och utforande av regleringen i ett kraftaggregat anordnat i fast mark eller flytande i en vattenmassa f6r generering av elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt eller en kombination av tva eller flera av namnda effekter, varvid namnda stodstruktur är anordnad i fast forband till namnda fundament.

Sasom framgar av ovanstaende (se krav 3) anvands turbinen i ett kraftaggregat vilket omvandlar energin has turbinen till effekt. Med markfasta kraftverksaggregat avses aven bottenfasta dito placerade till sjoss. Vidare kanske inses att kraftaggregatet kan vara anordnat vertikalt, horisontellt eller lutande och pa olika avstand i forhallande till kraftaggregatets masscentrum. Saledes kan kraftaggregatets langd overstiga bladkroppens langd, exempelvis kan namnda kraftaggregat utgora en vindkraftmast till namnda turbin; HH-12 17 kraftaggregatet kan vara anordnat i olika medier — sasom luft eller vatten. Saledes kan den strommande fluiden innefatta vind i den ena delen och vattenstrommar eller vattenvagor, enskilt eller i kombination med varandra, i den andra delen; varvid fluidriktningen kan vara olikriktad i olika medier (se krav 1); den elektriska effekten kan transporteras i en kabel (K) frail namnda kraftaggregat till forbrukare i land och / eller till sjoss, vilket är [card teknik och ej narmare forklarat; den mekaniska effekten kan exempelvis utgoras av en turbinaxel for direkt mekanisk drift av en propeller eller pump, vilket helt eliminerar behovet av att generera elektrisk effekt till pumpens drift; den visuella effekten kan uppnas genom illumination av rotorbladen. Dessa kan exempelvis tillverkas i mjolkvit polyeten med hog tathet (HDPE) vilket bland annat Or dem genomsldppliga for ljus fran en ljuskalla placerad inuti rotorbladen, eller klar polymetylmetakrylat (PMMA) som gar dem helt eller delvis genomskinliga for ljuS aven fran en ljuskalla placerad utanfor rotorbladen. Transparenta rotorblad kan dven goras tata och fyllas med gas, exempelvis neongas, varvid rotorbladen kan erhalla ett fargat sken enligt [card teknik. Gasen kan antandas med hjalp av den elektriska strommen producerad av kraftaggregatet och distribuerad i stromkablarna forlagda i sektionshalen rotorbladen. Turbinen kan sa.ledes utgora en roterande illumination for anvandning som reklamplats, fyrplats, flytande sjornarke, bloss for nattfiske eller annan blickpunkt.

Sasom ocksa kanske inses (se krav 3), är uppfinningen anpassad till anvandning for mobilt fritidsbruk genom att rotorbladen med fordel kan medforas i hoprullat skick och bladforbanden och eventuella kraftaggregat kan forpackas i ett barbart paket. Montage av bladkroppen sker pa plats genom att rotorbladen trds in i bladforbanden, som vrids upp och knapps fast; varpa rotorbladen knapps i bladoverfallen pa stodnavet, varefter turbinaxeln lagras i kraftaggregatet som forslagsvis fasts med linor till mark eller flytaren. Turbinaxeln kan placeras i en portabel generator och kraftaggregatet sa.lunda generera elektrisk strom och lika enkelt demonteras efter bruk.

HH-12 18 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den foreliggande uppfinningen kommer att beskrivas nedan mer komplett med hanvisning till figurer av icke-begrdnsande exempel pa olika utforingsformer. Det ska emellertid inses att utforingsformerna har inforts for att forklara principerna has uppfinningen och inte for att begransa uppfinningens skyddsomfang, vilket bestams av de bifogade patentkraven. Det bor noteras att figurerna inte har upprdttats skalenligt och att dimensionerna av vissa kannetecknande drag har overdrivits for tydlighetens skull. Speciellt har bladkroppen en tredimensionell gestaltning som i verkligheten kan avvika fran de skissartade modellerna som presenteras enligt figurerna.

Figur 1.är en vy i perspektiv av rotorbladen i bladkroppen enligt den forsta aspekten av den foreliggande uppfinningen.

Figur 2.är en schematisk sidovy av turbinen monterad pa hays- eller sjobotten i enlighet med den tredje aspekten av den foreliggande uppfinningen.

Figur 3.är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 3 vanstervridna och 3 hogervridna ondulerade rotorblad med stigningen 1 vary per bladkroppens langd L.

Figur 4är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 4 vanstervridna och 4 hogervridna icke-ondulerade rotorblad med stigningen 0,5 vary per bladkroppens Idngd L.

Figur är en vy visande olika genomskdrningar av bladkroppen i Fig. 3.

Figur 6ãr en vy i perspektiv av ett bladforband med en normallinje till rotationslinjen.

Figur 7är en schematisk vy av bladkroppen med ondulerade rotorblad.

Figur 8är en schematisk vy av bladkroppen med icke-ondulerade rotorblad.

Figur 9är en vy visande tva bladoverfall till bladforbandet i Fig. 6.

Figur är en vy visande bladforband i tva genomskdrningar av den ondulerade bladkroppen enligt Fig. 3.

Figur 11är en vy visande rotorbladets vingprofil vid olika spiralvinklar.

HH-12 19 Figur 12är en vy av turbinen enligt den andra aspekten av uppfinningen vid ingen eller lag vinkelhastighet dar baramarna är positionerade i infallt lage.

Figur 13är en vy av turbinen i Fig. 4 fast vid en hogre vinkelhastighet dar bararmarna är positionerade i utfallt lage.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FOREDRAGNA UTFORINGSFORMER Fig. 1 visar ett perspektiv av en bladkropp (9) enligt uppfinningen och en rotationslinje (3) kring vilket bladkroppen är avsedd att rotera. Bladkroppen är placerad i en strommande fluid (2) med hastighetsvektorn (W) riktad vinkelrat mot rotationslinjen och angriper bladkroppen i fluidogat vid rotationsvinkeln (0) lika med 0. Bladkroppens utstrackning i rotationslinjens riktning. d.v.s. i axiell led, begransas av de tva andnormalplanen (M1) och (M2) som är vinkelrata mot rotationslinjen; samt i radiell led, av den yttre och inre koncentriska mantelytan som generas av enveloppen till de yttre respektive inre rotorbladen da bladkroppen roterar med radien (r). Bladkroppen enligt Fig. 1 uppvisar sa.ledes en dubbelkonisk (timglaskonisk) inre och en cylindrisk yttre mantelyta som bagge är stympade i andnormalplanen, sá att bladkroppens storsta avstand mellan mantelytorna uppvisas i mittnormalplanet (M). Det bor noteras att Fig. 1 är framst avsedd att aska.dliggiira bladkroppens geometriska konstruktion av rotorblad och ej hur dessa fastes till varandra eller till turbinen (1). Saledes indikerar Fig.1. endast ett bladforband (13) trots att den foreliggande uppfinningen karakteriseras av att vane par av korsande rotorblad forbinds av ett bladforband dem emellan.

Fig. 1 visar bladkroppen uppbyggd av 6 stycken rotorblad i rymdspiralkurva, varav tre stycken an snodda med hogervridning (10-H1, 10-H2, 10-H3) och tre stycken är snodda med vanstervridning (10-V1, 10-V2, 10-V3). Rotorbladen är tillverkade av formsprutade plastprofiler som gar dem mojliga att vrida till lamplig radie (r). I Fig. 1 visas rotorbladen vridna ett vary per bladkroppens langd, d.v.s. stigningen an lika med 1. Varje hogervridet rotorblad är darmed forbundet till ett vanstervridet dito i andarna: saledes är 10-H1 forbundet till 10-V1 i ett bladforband (13) i (M2) och ett bladforband (ej visat) i (M1), 10-H2 forbundet med 10-V2 i ett bladforband (ej visat) i bade (M1) och (M2), och 10-H3 forbundet till 10-V3 i ett bladforband (ej visat) i bade (M1) och (M2); d.v.s. 6 bladforband. Dessutom an vane hogervridet rotorblad forbundet i ett badforband (ej visat) i (M), d.v.s. 3 bladforband. Emedan inget hogervridet rotorblad korsar nagot annat hogervridet och inget vanstervridet korsar nagot annat vanstervridet rotorblad, HH-12 korsar vane hogervridet rotorblad i Fig. 1 ovriga tva vanstervridna blad i ett omrade mellan (M1) och (M), d.v.s. 6 bladforband; och i ett omrade mellan (M2) och (M), d.v.s. ytterligare 6 bladforband. Detta ger totalt 21 bladforband for bladkroppen i Fig. 1.

Fig.1. indikerar att samtliga rotorblad är forsedda med en vingprofil med rund nos i bladkroppens rotationsriktning (V) och en spetsig bakkant (S) i den motsatta riktningen.

Samtliga rotorblad uppvisar saledes en vingprofil mot rotationsriktningen som Or dem lampliga att generera den lyftkraft som kravs for att rotera turbinen.

Fran ovanstaende torde det sta klart for en fackman att Fig.1 visar enbart en av ett otal utforingsformer av den foreliggande uppfinningen. Sa.ledes kan stigningen, antalet, baglangden och onduleringen ("fldtningen") has rotorbladen varieras vid en och samma kombination av bladkroppens langd och diameter. Dessutom kan bladforbandens hojd varieras sá att bladkroppen kan anta en av 16 olika kombinationer av yttre och inre mantelytor: cylindrisk, konisk, dubbelkonisk (timglaskonisk) och bikonisk. Slutligen kan kombinationen av bladkroppens langd och diameter varieras enligt en utforingsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar en turbin (1) anordnad att utvinna energi ur en strommande fluid (2) has en vattenmassa (F2) med en havsbotten (F1). For enkelhets skull, anvands uttrycket "havsbotten" oavsett am vattenmassan är ett omrade i en ocean, ett hay, en sjo eller en flod. Turbinen (1) innefattar en bladkropp (9) forbunden till ett stodnav (7) fast forbundet till ett roterande lagerhus (4) i ett turbinrullager, varvid det ett icke-roterande lagerhuset (5) hos namnda turbinrullager är fast forbundet till en stodstruktur (8) fast forbundet till ett kraftaggregat (28). Fig. 2 visar turbinen helt nedsankt i vattenmassan, men alternativt kan turbinen vara delvis nedsankt sa'som exempelvis i grunda tidvattenutsatta vikar. Fig. 2 visar vidare kraftaggregatet forsett med en kraftkabel (K) forlagd pa havsbotten. For enkelhets skull, anvands uttrycket "kraftkabel" oavsett am det i kraftkabeln inneslutna mediet innefattar elektrisk strom, vatska, gas eller information och oavsett i vilken riktning mediet transporteras. Sasom kanske inses kan kraftkabeln anvandas for overforing av energi till farbrukare, exempelvis lokaliserade i land; men alternativt vara obefintlig nar all producerad energi av turbinen atgar till konsumtion for drift av i utrustning forlagd pa kraftaggregatet, exempelvis pumpar for cirkulation av syrerikt havsvatten. Forutom bladkroppen, kan ovanstaende betraktas som kand teknik.

HH-12 21 Turbinen (1) i Fig. 2 är orienterad med en vertikal centrumlinje (6) genom turbinrullagrets roterande lagerhus (4), varvid bladkroppens rotationslinje (3) sammanfaller med namnda centrumlinje i en centrumpunkt till turbinrullagret. Sasom visas i Fig. 2 bojer rotationslinjen ut strackan (Uh) i fluidhastighetens riktning (W), vilket innebdr att turbinen roterar kring en krokt rotationslinje. En ytterligare egenskap has den foreliggande uppfinningen är att rotationslinjen dven kommer att boja ut at sidan en stracka (ej visat), vdxelvis at Niger och at vanster och saledes beskrivande en pendlande rorelse vinkelrat mot (W). Det omnamnda turbinrullagret är avsett att ta upp bojmomentet motsvarande ovan namnda utbojningar has turbinen och samtidigt tillata turbinens andamalsenliga rotation.

Fig. 3 avser askadliggora en bladkropp (9) med Idngden L och diametern D som är uppskuren i langdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genom bladforbanden (13', 13", 13", 13") och betraktad i riktning mot rotationslinjen frail en plats utanfor bladkroppen. Fig. 3 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan, varvid bredden saledes är lika med H multiplicerat med D; uppvisande 21 bladforband (13) som forbinder 3 hogervridna (10-H1, 10-H2, 10-H3) och 3 vanstervrida (10-V1, V2, 10-V3) ondulerade rotorblad, vilka uppvisar stigningen 1 vary pa langden L och spiralvinkeln (y).

Den foreliggande uppfinningen varken begransar rotorbladens (10) bagldngd eller kraver bladforband (13) forlagda i andnormalplanen (M1, M2). Detta är visat i Fig. 1 som att bladkroppens langd (L) innefattar en dellangd (dL), varvid dellangden motsvarar ett avstand mellan ett av andnormalplanen (M1, M2) och ett bladforband (13); d.v.s. att rotorbladet är forsett med ett andparti som icke är upplagt i ett bladforband och armed kan erhalla en fri forskjutning . Sasom kanske inses, erbjuder ett sadant fritt andparti av ett rotorblad mojligheten att tillhandahalla en lyftkraft pa namnda fria dndparti som motverkar och delvis minskar bojmomentet i rotorbladet orsakat av lyftkraften pa rotorbladets icke-fria parti mellan tva bladforband.

Fig. 4 avser askadliggora en bladkropp (9) med langden L och diametern D som är uppskuren i langdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genom bladforbanden (13', 13", 13") och betraktad i riktning mot rotationslinjen tan en plats utanfor bladkroppen. Fig. 4 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan, varvid bredden sa.ledes är lika med H multiplicerat med D; uppvisande 20 bladforband (13) HH-12 22 som forbinder 4 hogervridna och 4 vanstervrida icke-ondulerade rotorblad (10), vilka uppvisar stigningen 0,5 vary pa langden L och spiralvinkeln (y).

Sasom namnts ovan, är utforingsformerna visade i Fig. 3 och 4 tvá exempel bland ett otal andra exempel pa en bladkropps mojliga konfiguration.

Fig. 5 visar genomskarningar av bladkroppen vid rotationsriktningen (V) enligt Fig. 3, d.v.s. at vanster for betraktaren. Vy a — a visar ett snitt i bladkroppens mittnormalplan (M), vilket är parallellt med (V); genom 3 bladforband (13) och 6 rotorblad (10), varvid nosen (N) hos vingprofilen till samtliga rotorblad är riktad i rotationsriktningen (V). Aystandet mellan rotorbladens centrumlinjer i mittnormalplanet (M) visas av strackan med langden (110). I snitt a — a uppvisar sa.ledes samtliga vanstervridna rotorblad (10- Vi, 10-V2, 10-V3) en gemensam radie (r) till rotationslinjen (3) som overstiger den gemensamma radien till samtliga hogervridna rotorblad (10-H1, 10-H2, 10-H3).

Sasom framgar av Fig. 3, visar vy b — b ett snitt i bladkroppens rotationsriktning (V) belaget mitt emellan tva. bladforband (13), dar samtliga rotorblad uppvisar en gemensam radie (r) till rotationslinjen p.g.a. onduleringen. Sasom kanske inses av Fig. , är detta en foljd av att avsta.nden är lika stora mellan rotorbladens centrumlinjer i mittnormalplanet (h0) och i bladforbandet narmast respektive andnormalplan (h1, h2). I ett annat exempel (ej visat) är vy b — b ej belaget mitt emellan tva bladforband, utan endast nagonstans mellan tva bladforband; varvid samtliga bladforband uppvisar en gemensam radie (r) till rotationslinjen, men olika avstand (h0) och (h1) och (h2).

Fig. 5 visar i vy c — c ett snitt i bladkroppens langd led genom 4 bladforband och 8 rotorblad, varvid nosen hos vingprofilen till ena halften av rotorbladen är riktade i rotationsriktningen (V) och till andra half ten är motriktade, vilket är en foljd av att snittet är taget vinkelrat mot rotationsriktningen (V). I snittet finns ej rotorblad forlagda i mittnormalplanet (M) och aystandet (h0) kan darmed ej specificeras. Aystanden (h1) och (h2) är lika stora i detta exempel, men kan vara olika i andra exempel som har beskrivits ovan.

Sasom framgar av Fig. 3, visar vy d — d ett snitt i ett rotorblad (10-V3), d.v.s. i rotorbladets anstromningsvinkel (13) mot den ifragavarande fluidriktningen (W).

Eftersom spiralvinkeln (y) visas vara cirka 45 grader i Fig. 3, blir centrumlinjerna till samtliga hogervridna rotorblad narmast vinkelrata mot centrumlinjen for rotorbladet HH-12 23 (10-V3) i snittet; d.v.s. tvarsnittsektionerna hos samtliga vingprofiler är narmast maximalt runda, vilket motsvarar bredden (x0) i Fig. 11.

Den visade onduleringen är avsedd aft askarlliggora en sinusform. Sasom framgar av Fig. 3, betecknar (13') och (13") olika bladfOrband; och (10i) och (10ii) olika dellangder hos rotorbladet (10-V3), vilka sa.ledes kan aga olika langd. Avstanden (h1) och (h2) är lika stora i detta exempel, men kan vara olika i andra exempel som har beskrivits ovan.

Fig. 6 visar en vy i perspektiv av ett bladforband (13) innefattande tva rotorblad (10) vardera forsedda med en centrumlinje (11) och vingprofil (12). En normallinje (14) till rotationslinjen (3) har en skarningspunkt (PN) med rotationslinjen, varvid namnda normallinje aven har en skarningspunkt (PB1) med centrumlinjen till det rotorbladet som uppvisar det mindre avstandet, d.v.s. radien, till (PN); och en skarningspunkt (PB2) med centrumlinjen som uppvisar det storre avstandet till (PN). Sasom visas av Fig. 5, forbinds PB1 och PB2 av en struktur som beskrivs vidare i Fig. 7.

Fig. 7 är avsedd aft lokalisera ett forsta (15) och andra bladforband (16) och visar en vy av en ondulerad bladkropp som betraktas i riktning mot rotationslinjen fran en plats utanfor bladkroppen. Sasom framgar av Fig.7, finns inget bladforband lokaliserat mellan namnda forsta (15) och andra bladforband (16); d.v.s. bladforbanden är narmaste grannar.

Fig. 8 har samma syfte som Fig. 7, fast for en icke-ondulerad bladkropp. Fig. 8 visar aft inget bladforband är lokaliserat mellan namnda forsta (15) och andra bladforband (16); d.v.s. bladforbanden är narmaste grannar.

Fig. 9 visar bladfOrbandet (13) och rotorbladen (10) i Fig.6 (prickad linje) innefattande tva bladoverfall (17, heldragen linje) vilka delvis omsluter respektive vingprofil (12) och lamnar en oppning i bakkanten. Vid montage av ett bladoverfall (17) med ett rotorblad (10) kan rotorbladet tilla.tas bli pressad in i bladoverfallet med nosen forst genom namnda oppning med hjalp av en palagd yttre kraft och utnyttjande av bladoverfallets flexibilitet i konstruktion och material. Sasom kanske inses av Fig. 9, ar bladoverfallet forbundet i kontakt med vingprofilen utom i namnda oppning; vilket är en fordel vid upptagningen och fordelningen av krafterna pa rotorbladen till bladforbandet.

I en annan utforingsform av ett bladoverfall (ej visad) innefattar bladoverfallet for ett rotorblad tva delar, exempelvis formade efter vingprofilens over- och undersida, vilka HH-12 24 forbinds med skruv-, bult- eller limforband. Bladoverfallen (17) forbinds av ett stangforband (18) som visas i Fig. 9, varvid centrumlinjen (19) till stangforbandet sammanfaller med normallinjen (14) till bladforbandet.

Fig. 10 visar en vy av ett bladforband (13) i snitt e — e enligt Fig.3 innefattande tva blacloverfall (17) forbundna av ett stangforband (18) forsett med att stangrullager (T).

Rotorbladen (10) kan tillatas vrida sig kring centrumlinjen (19) till stangforbandet sa att spiralvinkeln (y) andras. Fig. 10 visar rotorbladen med tvarsnittsektionen utritad i syfta att fortydliga vingprofilens utseende och orientering, d.v.s. att rotationsriktningen pekar vinkelrat ut mot betraktaren. Snitt f — f i Fig. 10 visar bladforbandet vid rotationsriktningen pekande at vanster.

Fig. 11 visar i snitt g — g en vy av ett rotorblad (1) sett vinkelrat mot planet innehallande vingprofilens korda, uppvisande spiralvinkeln (y1) och anstromningsvinkeln (131), varvid (Vi) plus (131) är lika med 90 grader; och kordalangden (x1) i anstromningsriktningen ([31). Efter en rotation av rotorbladet (1) kring centrumlinjen (19) for stangfarbandet (18), till en ny anstramningsvinkel (132) intrader, erhaller rotorbladet (2) en ny kordalangd (x2), varvid (132) är mindre an (131) och (x2) är storre an (xi). Rotorbladet fysiska kordalangd är lika med (x0), vilken är mindre an bade (xi) och (x2) som framgar av Fig.11. Dar visas aven att vingprofilens tjocklek (y) är oforandrad, och eftersom kordalangderna (xo, x1, x2) andras med spiralvinklarnay2) innebar detta att anfallsvinklarna (ai, c12) ocksa. andras. Saledes innebar en storre spiralvinkel (y2) ocksa en storre kordalangd (x2) och en mindre anfallsvinkel (a2), d.v.s. nar bladkroppen sjunker ihop p.g.a. en hogre rotationshastighet blir anfallsvinkeln mindre och risken minskar for overstegring av vingprofilen.

Fig. 12 visar i snitt h — h en turbin med (3 + 3) rotorblad betraktad i rotationslinjens (3) riktning (Z) och rotationsriktning at hoger med bladkroppen (9) i infallt lage (01). Fig. 12 visar bladkroppen (9) med en vertikal centrumlinje (6) och rotorblad (10) forbundna till blacloverfallen (17) i en svangpunkt (m), varvid blacloverfallen är ledbart forbundna till bararmarna (24) i en centrumlinje (25) genom tva armrullager (26) pa stodnavet (7). Bladkroppen uppvisar spiralvinkeln (y1) och bladforbanden (13), varvid en fylld cirkel anger att bladforbandet är placerat framfor rotationslinjen (3) och en ofylld cirkel anger placering bakom (3). I figuren anges med vinkeln (c) lutningen has upphangningens centrumlinje (25) mot turbinens centrumlinje (6), varvid (6) är ett varde mellan 1 — 15 grader, typiskt 5 grader eller tillrackligt start far att automatiskt hoja bladkroppen dá HH-12 fluidhastigheten avtar. Fig. 12 visar i snitt h — h stodnavet (7) utformat som ett cirkulart centralnav med stjarnformade stodarmar, vilka utgor en IA- och vridstyv stodjande konstruktion for bararmarna med litet fluidmotstand vid rotationen. Stodarmarna kan med fordel utformas med en vingprofilerad tvarsnittsektion (ej visat).

Fig. 13 visar turbinen enligt Fig. 12 i utfallt lage (02). Vy k — k visar positionen av bladoverfallet (n) och beskriver dess bana fran det infdlIda Idget visat i vy h — h. Saledes vrides bararmarna (24) i centrumlinjerna (25) i armrullagren (26) till dess att de nar maximalt avstand frail rotationslinjen, vilket är begransat av bdrarmarnas (24) langd i utsvdngt lage. P.g.a. den integrerade bladkroppens egenstyvhet, se krav 1, är bdrarmarna forhindrade att forskjuta sig inbordes utan att bladkroppens spiralvinkel ocksa andras. Av Fig. 12 framgar att bladoverfallens svangpunkt (m) har forskjutits utat vid dndrad rotationsvinkel 60 grader, varvid bladkroppens nedersta dndnormalplan har forskjutits uppat medan det oversta andnormalplanet har forskjutits nedat (ej visat) sâ att bladkroppens langd har minskat och diameter okat vilket framgar av att spiralvinkeln (y2) Overstiger (Vi).

Claims (3)

HH-12 1 KRAV

1. En metod att med hjalp av ett forskjutningsmedel reglera storleken hos en bladkropp (9) till en turbin (1) anordnad for produktion av anvandbar energi ur rorelsen has en strommande fluid (2) vid i huvudsak vinkelrat orientering av turbinens rotationslinje (3) mot den ifragavarande fluidriktningen (W), varvid turbinen innefattar: ett turbinrullager innefattande ett roterbart lagerhus (4) och ett icke roterbart lagerhus (5), och uppvisande en centrumpunkt och en centrumlinje vilken (6) passerar genom namnda centrumpunkt, och atminstone ett stodnav (7) anordnat i fast forband med det roterbara lagerhuset, och en stodstruktur (8) anordnad i fast forband med det icke roterbara lagerhuset, och en bladkropp (9) helt eller delvis belagen i fluiden och anordnad i forband med stodnavet, varvid fluidens rorelse tilla.ter rotation av bladkroppen kring rotationslinjen vilken (3) sammanfaller med centrumlinjen (6) i en punkt identisk med namnda centrumpunkten, innefattande ett flertal rotorblad vilka (10) var och ett är kontinuerligt forlopande axiellt och radiellt i en rymdspiralkurva med spiralaxel i rotationslinjen och uppvisande en snoddriktning kring rotationslinjen och i normalplanet till rymdspiralkurvan forsett med en tvarsnittssektion forsedd med en centrumlinje (11) och uppvisande en vingprofil (12) med tva andpartier, varvid det forsta andpartiet uppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning (V) och det andra andpartiet uppvisar en spets (S) i den motsatta riktningen, varvid turbinen (1) uppvisar en skarningspunkt (PN) mellan rotationslinjen (3) och en normallinje till rotationslinjen, och ett flertal bladforband vilka (13) var och ett uppvisar en skarningspunkt (PB1) mellan centrumlinjen (11) i ett forsta rotorblad (10) och namnda normallinje och en skarningspunkt (PB2) mellan centrumlinjen (11) i ett andra rotorblad (10) och namnda normallinje, varvid skarningspunkterna (PN, PB1, PB2) är forbundna av en HH-12 2 gemensam normallinje (14) till rotationslinjen och (14) dr forsedd med en andpunkt i (PN), varvid aystandet PN-PB1 är ej lika med avstandet PN-PB2, varvid namnda forsta och andra rotorblad (10) uppvisar olika snoddriktningar kring rotationslinjen (3) och är forbundna med varandra i atminstone ett av namnda bladforband (13), och bladkroppen uppvisar en langd (L) och en diameter (D) och en spiralvinkel (y) mellan rotorbladets centrumlinje (11) och rotationslinjen vid projektion pa rotationslinjen, och en mittpunkt (PM) i skarningspunkten mellan rotationslinjen och mittnormalplanet (M), varvid namnda bladforband (13) är forbundna med varandra av mellanliggande delar bestaende av namnda rotorblad (10), varvid ett forsta bladforband (15) uppvisar aystandet PN-PB1 som är storre an aystandet PN-PB2 och att ett andra bladforband (16) uppvisar aystandet PN-PB1 som är mindre an aystandet PN-PB2, varvid inget bladforband (13) är beldget mellan det namnda forsta och andra bladforbandet, varvid det namnda forsta bladforbandet (15) uppvisar en forsta summa av aystandet PN-PB1 och PN-PB2, och att det namnda andra bladforbandet (16) uppvisar en andra summa av aystandet PN-PB1 och PN-PB2, varvid den forsta summan är lika med den andra summan, varvid bladforbandet (13) innefattar tva bladoverfall vilka (17) var och ett är forsett med en tvarsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje (11), varvid tvarsnittssektionen helt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil (12), varvid bladforbandet innefattar ett stangforband vilket (18) forbinder tva bladoverfall (17) i ett bladforband (13) med varandra och är forsett med en stang med en tvarsnittssektion med en centrumlinje (19), varvid centrumlinjen (19) sammanfaller med den gemensamma normallinjen (14) till bladforbandet (13), varvid stangforbandet (18) innefattar alminstone ett stangrullager (T) forsett med en centrumlinje sammanfallande med centrumlinjen (19) for stangen, varvid HH-12 3 stangrullagret dialer inbordes forvridning av rotorbladens centrumlinjer (11) kring den gemensamma normallinjen (14) till bladforbandet (13); varvid bladkroppens forband till stodnavet (7) innefattar Atminstone en bararm vilken (24) innefattar ett bladoverfall (17) forbundet till bararmen och fast forbundet till ett andparti hos namnda rotorblad (10), och är vridbar kring en rat centrumlinje (25) passerande genom atminstone tva armrullager (26) forsedda med vardera ett lagerhus fast forbundet till stodnavet (7), varvid centrumlinjen (25) är parallell till centrumlinjen (6) till turbinrullagret, varvid namnda forskjutningsmedel innefattar ett namnda stangforband (18) anordnat till forvridning av rotorbladens centrumlinjer (11) kring en gemensam normallinje (14) till rotationslinjen (3) och en namnda bararm (24) anordnad till vridning kring en centrumlinje (25) genom minst tva namnda armrullager (26) forbundna till namnda stodnav (7), varvid namnda turbin (1) uppvisar en vinkelhastighet och namnda forskjutningsmedel är anordnat till samtidig okning av langden (L) och minskning av diametern (D) hos bladkroppen (9), eller vice versa, varvid namnda metod innefattar stegen for att: bringa namnda bararm (24) att anordnas i en forsta position (01), varvid namnda forsta position motsvarar en forsta spiralvinkel (y1) hos bladkroppen (9); bringa namnda bararm (24) att anordnas i en andra position (02), varvid namnda andra position motsvarar en andra spiralvinkel (y2) hos bladkroppen (9), varvid (y2) ej är lika med (y1).

2. Metoden enligt patentkrav 1, kannetecknat darav, att centrumlinjen (25) till armrullagren uppvisar en skarningspunkt med centrumlinjen (6) till turbinlagret.

3. Utforandet av metoden enligt nagot av forega.ende patentkrav i ett kraftaggregat vilket är anordnat fast i mark eller flytande i en vattenmassa for generering av elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt eller en kombination av tva eller flera av namnda effekter, varvid namnda stodstruktur (8) är anordnad i fast forband till namnda kraftaggregat. HH-121 / V 3