SE539772C2 - Ändupphängd spiralrotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en turbin som utvinner energin ur hastigheten hos en strömmande fluid såsom vind, ånga, vattenströmmar och vattenvågor. Den uppfunna turbinen är anordnad med rotationsaxeln inrättad för i huvudsakvinkelrät orientering mot den ifrågavarande fluidriktningen och av ett slag sominnefattar en självbärande rotationssymmetrisk bladkropp integrerat uppbyggd avparvist och korsvist förbundna rotorblad, varvid fluiden passerar genom turbinen med mindre virvelturbulens än i andra typer av turbiner med självständiga rotorblad. Uppfinningen hänför sig till en metod att reglera turbinens varvtal enbart med hjälp avfluidhastigheten genom att automatiskt och samtidigt förändra bladkroppens längd och diameter. Uppfinningen hänför sig till användningen av turbinen för generering av elektrisk ellermekanisk eller visuell effekt i ett markfast eller flytande kraftaggregat, särskilt iturbinparker omfattande flera turbiner där maximal effekt efterfrågas på ett begränsat område. (Fig 1)

Description

Den föreliggande uppfinningen hänför sig till en turbin anordnad för utvinning av energiur en strömmande fluid genom rotation av en rotor kring en rotationslinje vid i huvudsakvinkelrät orientering av densamma mot ifrågavarande fluidriktning, d.v.s. en tvärställd turbin, varvid rotorn är försedd med spiralformade rotorblad förlagda mellan rotorns bägge ändar och upphängd i turbinen i åtminstone en av nämnda ändar.

UPPFINNINGENS BAKGRUND Turbiner som är anordnade att utvinna energi ur en strömmande fluid - såsomluftströmmar, ångströmmar, vattenströmmar eller vattenvågor - är vanligtviskonstruerade för att utvinna maximal energi ur strömningen vid en bestämdfluidhastighet, d.v.s. ha en konstruktionsdriftpunkt. Grundläggande för turbinenseffektiva funktion är existensen av en fluidhastighet som ger tillräcklig lyftkraft pårotorbladen för att övervinna det sammanlagda motståndet hos rotorblad och turbin.Turbinaxeln fås därmed att rotera genom att lyftkraften, vilken uppkommer som resultatav tryckskillnader vid fluidens passage av rotorbladens vingprofil, uppvisar enkraftkomposant riktad i rotationsriktningen som - vid multiplicering med avståndet tillrotationslinjen - ger upphov till ett kraftmoment som skapar nämnda ändamålsenligarotation. Ovanstående gäller för såväl konventionella s.k. snabblöpare (vindturbiner),ångturbiner och vattenturbiner där turbinaxeln är riktad väsentligen parallell medfluidriktningen; som för mer okonventionella tvärställda turbiner där turbinaxeln är riktadvertikalt och vinkelrät mot fluidriktningen, t.ex. vindturbiner av typ s.k. H-rotorer(SE564997C2), eller där turbinaxeln är riktad vinkelrät men horisontellt mot denifrågavarande fluidriktningen, t.ex. US2011/110779A1.

Tvärställda turbiner uppvisar som känt en rotationsaxel med en rotor som roterar kringnämnda rotationsaxel, och fyra signifikanta passager av fluiden genom rotorn:uppströms, medströms, nedströms och motströms; varvid erhålls en pulserandelyftkraft på rotorbladen under rotationsvarvet som är till beloppet cosinusfördelad ochtill storleken maximal uppströms och nedströms, och minimal medströms ochmotströms. Det är känd teknik att rotorns rotation överförs till turbinen i ett eller fleraförband som vardera uppvisar en upphängningspunkt till ett rotorblad. Således kanrotorn och rotorbladen vara förbundna till turbinen i ett flertal upphängningspunkter.Upphängning itvå symmetriskt belägna punkter i eller omkring rotorns mittnormalplan,s.k. mittupphängd rotor, finns utförd hos bl.a. omnämnda H-rotorer. Upphängning irotorbladens bägge ändar är utförd hos bl.a. Darrieus vindturbin (NL19181). Ävenupphängning i rotorbladens ena ände, s.k. ändupphängd rotor, är känd och utförd hosen vindturbin med raka blad förenade i ett centralt turbinnav placerat i markhöjd ochspretande snett uppåt. Det är vidare känt att mittupphängda turbiner är försedda medett bärverk innefattande bärarmar, turbinnav och turbinaxel som stör fluidens strömninggenom bladkroppen, så att lyftkraften minskar på rotorbladet vid framföralltnedströmspassagen och turbinens verkningsgrad därmed sänks. Denna nackdelen bl.a. medför att tvärställda turbiner uppvisar en lägre verkningsgrad än konventionellasnabblöpare vid samma soliditet, d.v.s. att kvoten mellan rotorbladens spetshastighetoch den verkliga fluidhastigheten är lägre. Vid investeringar i vindkraftverk föredrasdärför ofta snabblöpare. Såsom kanske inses av det ovan anförda, finns det ett behovav att undvika en rotor som är mittupphängd i syfte att uppnå en högre verkningsgrad hos turbinen.

Tvärställda turbiner uppvisar som känt företrädesvis tre raka rotorblad, d.v.s. mednosen (framkanten) parallell med rotationslinjen, såsom exempelvis hos H-rotorer. Detär vidare känt att en centrifugalkraft uppkommer till följd av turbinens rotation kringrotationslinjen och verkande på turbinens massa, riktad vinkelrät och utåt frånrotationslinjen. Centrifugalkraften adderas därmed vektoriellt till lyftkraften pårotorbladen, så att den resulterande kraften på rotorbladet ökar vid passagenmedströms, nedströms och motströms; medan den istället minskar uppströms. Dendärav resulterande pulserande kraften på rotorbladen har således sitt maximumnedströms och minimum uppströms, en snedfördelning som ger risk förmaterialutmattning, oönskade vibrationer, egensvängningar och oljud hos turbinen.Rotorer försedda med raka rotorblad uppvisar ovanstående utmaningar vid konstruktionen av rotorbladen och infästningar av desamma. Det är känd teknik atttvärställda turbiner som uppvisar tre raka rotorblad ej självstartar rotorn vid lågafluidhastigheter, utan turbinen måste motorstartas med generatorn; däremot, harspiralformade rotorblad egenskapen att lättare kunna starta rotorn. Spiralformaderotorblad är känd teknik från bland annat CA 2674997 som beskriver en vindturbinanordnad med spiralformade vertikala rotorblad, vilka flerstädes är direkt och fastförbundna med turbinens nav på turbinaxeln; och iWO2120153813(A1) som beskriveren vattenturbin anordnad analogt med en flerbladig s.k. Darrieus vindturbin (NL19181);samt i WO2120152869(A1) som beskriver en vattenturbin med hopfällbaraspiralformade blad. Såsom kanske inses av det ovan nämnda, uppvisar en rotor med spiralformade blad fördelar vilka kan utvecklas och framhävas ytterligare.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en turbin för utvinningav energi från strömmande fluider vid i huvudsak vinkelrät orientering av rotationslinjenmot ifrågavarande fluidriktning, varvid uppfinningen introducerar en ny rotortyp i syfteatt nå högre verkningsgrad hos turbinen ijämförelse med motsvarande tvärställdaturbiner med vertikalaxlade eller horisontalaxlade rotorer.

Ett andra syfte med föreliggande uppfinning är att övervinna eller förbättra åtminstone en av nackdelarna med tidigare känd teknik eller tillhandahålla ett användbart alternativ.Åtminstone ett av syftena ovan uppnås med en turbin enligt patentkrav -1-1-9. 1-13.Såsom används här, - avser termen ”axiell” ange riktning som är parallell med rotationslinjen och ”radiell”, vinkelrät mot rotationslinjen; - avser termen ”tvärsnittssektion” den plana figur som uppkommer vid genomskärning av ett strukturelement i rät vinkel mot dess längdaxel; - avser termen ”centrumlinje” en normallinje till planet innehållande nämndatvärsnittssektion med fotpunkt belägen på tvärsnittssektionens symmetrilinje ellerskelettlinje eller i dess tyngdpunkt. Termen ”centrumlinje” används även omstrukturelementets längdaxel ej är rät, det vill säga att ”centrumlinjen” haregenskapen att kunna vara krökt. Termen ”skelettlinje” (Q) avser den linje som sammanbinder mittpunkterna hos cirklarna vilka kan inskrivas i en vingprofil, det vill säga att skelettlinjen ligger mitt emellan den övre och undre vingytan hos envingprofil; - avser uttrycket vara ”förbunden med", "i förband med” eller ”omsluten av” enannan del, att delen kan antingen vara direkt förbunden till eller direkt omslutenav den andra delen eller kan mellanliggande delar också vara närvarande.Däremot, när en del är refererad till att vara ”direkt förbunden” med eller "direkt omsluten” av en annan del, så flnns där ingen mellanliggande del närvarande; - avser uttrycket "fast förband” eller ”fast förbunden” att rotation och translationmellan ingående delar i förbandet ej är möjlig, medan termen ”lager” anger attrotation och translation mellan ingående delar bägge är möjlig; varvid "glidlager”anger att axiell translation men ej rotation är möjlig, och ”rullager” att rotation men ej axiell translation är möjlig; - avser beteckningen ”första”, ”andra” och ”tredje” möta behovet av att särskiljasingularitet hos en pluralitet av helt permutabla element, men ej att numrerafysiskt; det vill säga, vilket som helst av elementen kan därvidlag betecknas somdet ”första”, ”andra” eller ”tredje” Således avser den föreliggande uppfinningen en turbin anordnad för produktion avanvändbar energi ur rörelsen hos en strömmande fluid vid i huvudsak vinkelrätorientering av turbinens rotationslinje mot den ifrågavarande fluidriktningen (VV),innefattande ett turbinrullager försett med ett roterbart lagerhus och ett icke roterbartlagerhus, och uppvisande en centrumpunkt och en centrumlinje vilken passerar genomnämnda centrumpunkt, och åtminstone ett stödnav anordnat i fast förband med detroterbara lagerhuset och en stödstruktur anordnad i fast förband med det icke roterbaralagerhuset, och en bladkropp helt eller delvis belägen i fluiden och anordnad i förbandmed stödnavet, varvid fluidens rörelse tillåter rotation avbladkroppen kring rotationslinjen vilken sammanfaller med centrumlinjen i en punktidentisk med centrumpunkten, innefattande - ett flertal rotorblad vilka var och ett är kontinuerligt förlöpande axiellt och radiellti en rymdspiralkurva med spiralaxel i rotationslinjen och uppvisande ensnoddriktning kring rotationslinjen och i normalplanet till rymdspiralkurvanförsett med en tvärsnittssektion försedd med en centrumlinje och uppvisandeen vingprofil med två ändpartier, varvid det första ändpartiet uppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning (V) och det andraändpartiet uppvisar en spets (S) i den motsatta riktningen, varvid turbinenuppvisar en skärningspunkt (PN) mellan rotationslinjen och en normallinje till rotationslinjen, - och ett flertal bladförband vilka var och ett uppvisar en skärningspunkt(PB1) mellan centrumlinjen i ett första rotorblad och nämnda normallinjeoch en skärningspunkt (PB2) mellan centrumlinjen i ett andra rotorbladoch nämnda normallinje, varvid skärningspunkterna (PN, PB1, PB2) ärförbundna av en gemensam normallinje till rotationslinjen och är förseddmed en ändpunkt i (PN), varvid avståndet PN-PB1 är ej lika med avståndetPN-PB2. varvid nämnda första och andra rotorblad uppvisar olikasnoddriktningar kring rotationslinjen och är förbundna med varandra iåtminstone ett av nämnda bladförband, och bladkroppen uppvisar endiameter (D) samt en mittpunkt (PM) i skärningspunkten mellan rotationslinjenoch mittnormalplanet (M).

Uppfinningen utmärks särskilt av att nämnda bladförband är förbundna med varandra av mellanliggande delar bestående av nämnda rotorblad.Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1): - är det rörelsen hos en strömmande fluid som ger upphov till bladkroppensrotation, d.v.s. att bladkroppen kan befinna sig antingen helt i den strömmandefluiden eller delvis i ett parti av fluiden som ej är strömmande. Således kanbladkroppen ej rotera om den helt befinner sig i det parti av fluiden som ej ärströmmande, d.v.s. där fluiden är stillastående; - kan fluiden i princip utgöras av vilken materia som helst i ett flytande ellergasformigt aggregationstillstånd. Exempelvis kan fluiden bestå av ett eller flera grundämnen i gasform, såsom luft; eller i flytande form, såsom vatten; eller en blandning av gas och flytande former, såsom förekommer i kondenserande ånga.

Således kan fluiden vara sammansatt av två eller flera olika ämnen, exempelvisluft och vatten, varvid strömningen hos dessa fluider kan ha olika styrka och riktning; betecknar uttrycket ”snoddriktning” huruvida rymdspiralkurvan är högervrideneller vänstervriden. Ett rotorblad kan således uppvisa en av två snoddriktningar,d.v.s. högervridet eller vänstervridet; varvid två rotorblad kan uppvisasnoddriktningar som antingen är lika, d.v.s. bägge högervridna ellervänstervridna; eller olika, d.v.s. ett högervridet första rotorblad och ettvänstervridet andra rotorblad. Enligt den föreliggande uppfinningen skall såledesett första högervridet rotorblad förbindas med alla vänstervridna rotorblad, ettandra högervridet rotorblad förbindas med alla vänstervridna rotorblad, o.s.v. tilldess att samtliga högervridna rotorblad är förbundna. Vid utövandet av denföreliggande uppfinningen kan det noteras att det ej är en nödvändig förutsättningatt bladkroppen är rotationssymmetrisk, d.v.s. att rotorblad uppvisande olikasnoddriktningar är lika till antalet; eller att rotorblad uppvisande likasnoddriktningar också uppvisar lika spiralvinkel eller är ekvidistanta, eller ärseparata och ej förbundna med varandra; finns ett bladförband i varje korsning mellan ett högervridet och vänstervridetrotorblad, varvid bladförbandet förbinder de bägge korsande rotorbladen.Således är varje högervridet rotorblad förbundet till samtliga vänstervridnarotorblad i ett eller flera bladförband, och likaså är varje vänstervridet rotorbladförbundet till samtliga högervridna rotorblad i desamma bladförbanden. Antaletbladförband beror på rotorbladens antal och spiralvinklar (y). Exempelvis krävs21 bladförband att förbinda en bladkropp bestående av 3 högervridna och 3vänstervridna rotorblad som vrider sig 1 spiralvarv (d.v.s. har stigningen 1) påbladkroppens längd (L), vilket betecknas (3+3)x1. Rotorbladets spiralvinkel (y) ärvinkeln mellan rotorbladets centrumlinje och rotationslinjens projektion pårotorbladet. avser uttrycket ”bladkropp” det rotationssymmetriska rymdområde sombegränsas dels av de bägge ändnormalplanen (M1, M2), vilka utgör normalplantill rotationslinjen och var och ett innehåller åtminstone en punkt som tangerarrotorbladen axiellt; och dels av den inre och yttre koncentriska rotationsyta vilkageneras radiellt av enveloppen till rotorbladen då spiralrotorn roterar, varvidradien från rotationslinjen till den inre rotationsytan är mindre än radien frånrotationslinjen till den yttre rotationsytan i varje normalplan beläget mellan debägge nämnda ändnormalplanen. Med bladkroppens mittnormalplan (M) avses symmetriplanet till de bägge ändnormalplanen (M1, M2) och med bladkroppenslängd (L) avses avståndet mellan de bägge ändnormalplanen (M1, M2); är bladkroppen en del av turbinen men utgör ingen solid kropp utan ettinhomogent rum försett med öppningar i både ändnormalplan och rotationsytor.Bladkroppen sträcker sig således kontinuerligt och runtomgående rotationslinjen iett integrerat rutnät av korsande rotorblad, där bladförbanden utgör knutarna ochmaskorna begränsas av rotorbladen, varvid rotorbladen förbinds med varandraendast i bladförbanden. Eftersom varje bladförband förbinder två blad medmotsatt snoddriktning betyder det att varje högervridet rotorblad är förbundet medett vänstervridet rotorblad. Det återförande vridmomentet hos ett högervridetrespektive vänstervridet rotorblad är motriktade och tar därmed ut varandra ibladförbandet om spiralvinklarna är lika stora, vilket i praktiken ger envridmomentfri bladkropp i obelastat tillstånd; d.v.s. utan nämnvärda inbyggda egenspänningar som bl.a. kan resultera i nackdelen av oönskade deformationer; utgör bladkroppen en egenstyv och därmed självbärande struktur, eftersomrotorbladen stödjer varandra i bladförbanden; varvid böj- och vridstyvheten hosbladkroppen beror av bl.a. antalet rotorblad, antalet bladförband, längden ochdiametern hos bladkroppen. Bladkroppen kan således böjas ut i denifrågavarande fluidriktningen p.g.a. belastningen från fluiden på bladkroppen,vilket har till följd att rotationslinjen kan awika markant från bladkroppenscentrumlinje. Bladkroppen kan därmed rotera kring en krökt rotationslinje så attvissa delar av bladkroppen under rotationen ej är vinkelräta mot fluidriktningen; kan rotorbladen konstrueras med kortare spannlängder och därmed mindredimensioner än vad som är brukligt vid andra turbintyper med självständigarotorblad - såsom hos snabblöpare och H-rotorer - eftersom antaletupplagringspunkter ökar då rotorbladen stödjer varandra. Dessutom kanrotorbladen konstrueras med en rundare tvärsnittssektion, d.v.s. med tjockarevingprofil än vad som annars är brukligt vid ovan nämnda turbintyper medsjälvständiga rotorblad; och därigenom erhålla ökat böj- och vridmotstånd medåtföljande minskning av spänningarna i och mellan upplagringspunkterna, samten styvare bladkropp. Således kanske inses att eftersom rotorbladen ärspiralformade, blir vinkeln mellan rotorbladens centrumlinjer och rotationslinjensammanfallande med spiralvinkeln (y); och eftersom den ifrågavarande 11 fluidriktningen är i huvudsak vinkelrät mot rotationslinjen, bliranströmningsvinkeln (ß) mellan rotorbladets centrumlinje och en normal tillrotationslinjens projektion på rotorbladet därmed lika med 90 minus (v) grader.Därav kanske också inses att vingprofilens effektiva korda i fluidriktningenförlängs med en faktor lika med inversen av sinus för (v), jämfört medrotorbladets verkliga bredd; och eftersom vingprofilens förhållande mellantjocklek och korda kan antas vara bestämt vid den givna turbinstorleken, måsterotorbladet därför konstrueras med en verklig höjd som äri motsvarande grad större varigenom det erhåller en rundare tvärsnittssektion; kan rotorbladens nämnda kortare spannlängder tillåta ett avsevärt högresidoförhållande beräknat på den fria båglängden mellan två bladförband än vadsom är brukligt vid andra turbintyper med självständiga rotorblad.Sidoförhållandet för rotorblad enligt den föreliggande uppfinningen är typiskt etttal mellan 100 och 150, vilket ger upphov till ett lågt inducerat motstånd som bl.a.gör den föreliggande uppfinningen till en lämplig kandidat för turbinparker på ettbegränsat område (se krav 20). Det höga sidoförhållandet gör även attfluidströmningen kan uppträda helt eller delvis laminärt över vingprofilen, d.v.s.uppvisa ett lågt Reynolds tal vid höga fluidhastigheter vilket minskar rotorbladetsmotstånd mot fluiden och därmed ökar turbinens verkningsgrad; äger bladkroppens kontinuerliga spiralformade rotorblad den fördelaktigaegenskapen av att någonstans på rotationsvinkeln vara positionerade för enoptimal anfallsvinkel mot fluidströmningen, så att bladkroppen därmed kan varaistånd att starta rotationen. Med bladkroppens rotationsvinkel (6) avses vinkeln inormalplanet till rotationslinjen med spets i rotationslinjen. Med rotorbladetsanfallsvinkel (a) avses vinkeln mellan rotorbladets korda och den ifrågavarande skenbara vindriktningen; äger bladkroppens kontinuerliga och integrerade spiralformade rotorblad denfördelaktiga egenskapen att ta upp och fördela fluidlasten jämnare än vad rakarotorblad kan göra, genom att kraftmomentet av rotationen sprids överåtminstone delar av rotationsvinkeln, varvid den omnämnda cosinusfördeladepulserande lasten fördelas jämnare över rotationsvarvet. Därigenom minskarrisken för materialutmattning, oönskade vibrationer och egensvängningar hosbladkroppen; liksom att oljudet från turbinen i vindutförande kan undvikas, jämfört 12 med snabblöpare med raka turbinblad som genererar ett pulserande ochsvischande oljud var gång de passerar vindkraftmasten.

Såsom vidare kanske inses av ovanstående (se krav 3 1) medger den föreliggande uppfinningen att: - två rotorblad förbinds till varandra med olika radiella avstånd till rotationslinjen,det vill säga att de ligger planskilda. Därmed minskar risken att fluidströmningen från det främre rotorbladet stör det bakre under rotationen; 13 - olika tvärsnittssektioner kan utnyttjas för rotorblad med olika radiella avstånd tillrotationslinjen i syfte att bäst tillvarata energin hos den högre bladhastigheten pådet större radiella avståndet, respektive den lägre bladhastigheten på det mindreradiella avståndet till rotationslinjen; - onödig förvridning och snedställning av bladens tvärsnittssektion och därmedåtföljande sekundära vridmoment i bladöverfallet och effektförlust hos turbinen,kan undvikas genom att resultanten till lyftkraften på vingprofilerna hos de bäggerotorbladen angriper i en gemensam normallinje till rotationslinjen; vilket kantillåtas, eftersom vingprofilernas aerodynamiska centrum i ett bladförband bäggekan antas uppvisa samma avstånd till nosen (N) relativt längden av respektivekorda; - rotorbladens spiralkurvor kan genereras så att bladkroppens inre och yttrerotationsytor var för sig beskriver ett cylindriskt, rakt koniskt, dubbelkoniskt(timglaskoniskt) eller bikoniskt stympat rymdområde; varvid bladkroppens volymbegränsas av rymdområdet mellan den yttre och inre rotationsytan, vilket gör attbladkroppen kan anta den mest ändamålsenliga formen för den aktuella turbinen bland 16 (4x4) olika och möjliga formationer.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen,uppvisar ett första bladförband avståndet PN-PB1 som är större än avståndet PN-PB2och ett andra bladförband avståndet PN-PB1 som är mindre än avståndet PN-PB2, varvid inget bladförband är beläget mellan det första och andra bladförbandet.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 4~2), innebär denna utföringsform att detrotorblad som uppvisar den minsta radien till rotationslinjen i ett bladförband kommeratt uppvisa den största radien i ett närmast angränsande bladförband. Detta ombyte avrotorbladets placering i två närstående bladförband, medför att rotorbladet omväxlandetillhör den yttre respektive inre rotationsytan i bladkroppen; vilket innebär attrotorbladets rymdspiralkurva har egenskapen att ondulera som en sinuskurva medstörst amplitud i bladförbanden och noll amplitud mellan två bladförband. Sinuskurvanför ett ondulerande rotorblad som uppvisar högervriden snoddriktning är förskjuten meden faktor (Tr) relativt sinuskurvan för ett vänstervridet rotorblad, d.v.s. med 180 grader;men uppvisar samma amplitud, d.v.s. är motriktad. Bladkroppen ger därmed intrycket-för en betraktare - att samtliga rotorblad är "flätade" om varandra. Således är 14 rotorbladets rymdspiralkurva runt rotationslinjen överlagrad i axiell och radiell riktningav en sinuskurva enligt ovan. Det bör noteras att definitionen av en (icke överlagrad)cylindriskt eller konisk rymdspiralkurva kräver att amplituden måste vara lika med nollför att rotorbladens tangentvinkel till rotationslinjen skall vara konstant, vilket såledesinte uppfylls for nämnda överlagrade rymdspiralkurva. En fördel med ovanståendeondulerade bladkropp är att risken minskar att rotorbladen stör varandra underrotationen, och att samtliga bladförband blir utsatta för tryckkrafter som strävar att hållaihop varje enskilt bladförband.

I enlighet med ytterligare en föredragen utföringsform hos den föreliggandeuppfinningen, uppvisar ett första bladförband en första summa av nämnda avstånd PN-PB1 och PN-PB2, medan ett andra bladförband uppvisar en andra summa av nämnda avstånd PN-PB1 och PN-PB2, varvid den första summan är lika med den andra summan.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 5 3), innebär denna utföringsform attbladkroppens diameter (D) definitionsmässigt sätts lika med dess medeldiameter, detvill säga att (D) räknas mitt i ”väggtjockleken” och att bladkroppen därmed uppvisar engemensam diameter (D) utefter hela dess längd (L). En väsentlig fördel avovanstående är att samtliga rotorblad uppvisar lika båglängd, så att två rotorbladdärmed inbördes kan förvridas utan att behöva förskjutas i bladförbandetrvilket-är-en F.. V". F.. | . I I. I IE.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen,innefattar bladförbandet två bladöverfall vilka var och ett är försett med entvärsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje, varvidtvärsnittssektionenshelt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav êy) är fördelen av omslutandebladöverfall att rotorbladen förstärks på utsidan där tvärsnittets högsta böjspänningaruppträder, och att de kan förläggas kontinuerligt utan skarv i bladförbanden (utom-vid och utan håltagning för bladöverfallen, vilketminskar risken för utmattning av rotorbladen. Vidare kan bladöverfallen med fördelförses med tvärsnittsektion vid vingprofil med en nos (N) i bladkroppensrotationsriktning (V) och innefatta en slits i vingprofilens bakkant (S), varvidbladöverfallens elastiska konstruktion tillåter att rotorbladen förs in genom nämnda öppning som därefter försluts, exempelvis genom ett friktionsförband eller bultförband(ej visat). Denna anordning tillåter rotorbladen att fritt ställa in sig efter varandra ochdärigenom undviks onödiga egenspänningari bladkroppen vid monteringen avbladkroppen.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos föreliggande uppfinning, innefattarbladförbandet ett stångförband vilket förbinder de två bladöverfallen med varandra ochär försett med en stång med en tvärsnittssektion med en centrumlinje, varvidcentrumlinjen sammanfaller med den gemensamma normallinjen för bladförbandet.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav l 5), tjänar stångförbandet det primärasyftet att förbinda två korsande rotorblad till varandra som ligger på olika radier och ärspeciellt väl ägnat att ta upp tryckkrafter som uppträder i ondulerade bladkroppar.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos föreliggande uppfinning, innefattarstångförbandet åtminstone ett stångrullager försett med en centrumlinjesammanfallande med centrumlinjen för staget, varvid rullagret tillåter inbördesförvridning av rotorbladens centrumlinjer kring den gemensamma normallinjen tillbladförbandet.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 8 6), tillåter rullagret att spiralvinkeln (y)kan ändras hos rotorbladen i bladförbandet; och, eftersom bladkroppen är integrerad,blir ändringen lika stor hos samtliga rotorblad i bladkroppen; d.v.s. att bladkroppenslängd (L) och diameter (D) kan ändras samtidigt. Exempelvis i fritidsbruk, kanspiralvinkeln minskas till nära noll eller ökas till nära 90 grader, och bladförbandendärmed transporteras plana med bladkroppen i hoprullat skick.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen, ärrotorbladen tillverkade av polyolefinplast såsom polyeten och polypropen, eller avpolystyren eller av polyvinylklorid eller av metall såsom aluminium, eller i kombination av två eller flera av nämnda material.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 9 7), kan rotorbladen tillverkas itermoplastmaterial som möjliggör hög grad av anpassning av rotorbladens material tillden omgivande miljön (E) och av rotorbladens form till olika operationsförutsättningar.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen, ärrotorbladen framställda i en tillverkningsprocess vid extrudering eller samextrudering. 16 Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 49 8), kan rotorbladen massproducerasmaskinellt vid extrudering av ett plastmaterial, eller samextrudering av två eller fleraplastmaterial med olika materialegenskaper; d.v.s. pressas med högt tryck genom enpressmatris avsedd för rotorbladets vingprofil, vilken därmed erhåller önskad form ochrotorbladet erhåller önskad längd. Tillverkningsmetoderna vid extrudering och samextrudering ger - var för sig eller tillsammans - rotorblad som bl.a. är: - kontinuerliga, vilket gör dem producerbara i hela längder för turbinen, varvid sammanfogning av kortlängder genom svetsning kan undvikas; - släta, vilket gör dem lämpliga i vingprofiler konstruerade för hel eller partiell laminär strömning, varvid slipning av ytan kan undvikas; - skrovliga, vilket gör dem lämpliga i vingprofiler konstruerade för hel eller partiell turbulent strömning, varvid applicering av grov textur kan undvikas; - starka, med en draghållfasthet mellan cirka 20 - 50 MPa beroende på val avplastmaterial, varvid onödig vikt av rotorbladen kan undvikas; - svetsbara, vilket gör dem enkla att vid behov reparera och komplettera på plats, varvid demontering av rotorbladen kantundvikas; - flytande, genom att många plasters täthet understiger vattens, varvid flottning avrotorbladen är möjlig och transport av exempelvis en bogserbåt; - vädertåliga, genom att vid behov samextruderas med ett UV-resistant material,varvid olika materialegenskaper kan erhållas i olika delar av bladtvärsnittet; - hållbara, genom att välja materialegenskaper avpassade till temperatur ochbelastning, varvid rotorbladens krypdeformation hålls under kontroll under hela dess livslängd;Ovanstående gäller för såväl homogena som inhomogena tvärsnittssektioner. l enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen,begränsas rotorbladets vingprofil av en sluten konturkurva (KV) förlagd i normalplanettill rotorbladets centrumlinje och inneslutande en yta försedd med åtminstone tvåsektionshål vilka var och ett begränsas av en sluten hålrandkurva (KS), varvidhålrandkurvorna ej uppvisar en skärningspunkt med konturkurvan eller med varandra. 17 Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 44 9), uppvisar tvärsnittsektionenåtminstone två separata sektionshål åtskilda av en kontinuerlig och tät innervägg ochen kontinuerlig och tät yttervägg mot vingprofilens konturkurva. Således anges krav pågods men ej tjocklek hos vingprofilens innervägg och yttervägg. Tvärsnittssektionen blirdärmed inhomogen och vingprofilen har egenskapen att vara ihålig. Dessa sektionshålbildar därmed åtminstone två separata och från varandra åtskilda kanaler itvärsnittssektionen. En tät innervägg kan med fördel placeras vinkelrätt mot kordan påett avstånd motsvarande cirka 25 % av kordans längd från nosen, i syfte att minskarotationen av rotorbladets tvärsnittsektion som kan uppstå kring dess centrumlinje till följd av Iyftkrattens angreppspunkt i vingprofilens aerodynamiska centrum (se-krav-â).

Tillverkningsmetoderna vid extrudering och samextrudering av vingprofiler med sektionshål ger - var för sig eller tillsammans - rotorblad som bl.a. är: vikteffektiva, d.v.s. uppvisar högsta möjliga böjstyvhet, vridstyvhet och skärarea i förhållande till massan, varvid all ineffektiv area i tvärsnittssektionen är borttagen; - ihåliga, vilket tillåter att omnämnda kanaler bl.a. kan utnyttjas till förläggning ochdragning av kablar och rör; exempelvis, i syfte att mäta fluidhastigheter ochsamla in miljödata; övervaka och styra turbinens funktion och prestanda; mätaspänning, tryck och temperatur i rotorbladen; kontrollera täthet ochmaterialbeständighet hos rotorbladen; reglera massflöde genom rotorbladen ochbelysning av turbinen; montera elektroniska system för identifikation ochpositionering; och tillhandahålla trafiksystem för kommunikation av data ochtelefoni. Kanalerna kan även förstärkas invändigt, exempelvis med förstärkningselement (-se-kFav-4-2-); - lätta, d.v.s. med liten massa hos rotorbladen; vilket gör turbinen enkel att starta,eftersom det krävs en mindre lyftkraft att starta och rotera en bladkropp medlägre massa än en större; ger lägre lagerkrafter, eftersom bladkroppen har lägremassa; och gör turbinen enklare att transportera, montera och reparera; - böjliga, vilket gör rotorbladen möjliga att sno till spiraler; exempelvis kan tvåkortare rotorblad understigande cirka 10 meters båglängd, med hantverksmässigenkelhet monteras ihop med motsatta snoddriktningar till ett bladförband i varjeända, så rotorbladen bildar nämnda rymdspiralkurvor. Böjligheten gör rotorbladen 18 lämpade att spola upp på trumma för transport till montageplatsen, eller förvarapå rulle för mindre turbiner; - enkla och snabba att tillverka, eftersom vingprofilen är en och samma utefter helarotorbladets längd, varvid ett skadat rotorblad vid behov kan nytillverkas i ensträngpressningsfabrik i närområdet; - billiga, tack vare massproduktionen, varvid kostnaden minskar per produceradkWh och turbinen blir attraktiv för investeringar.

Extruderade ihåliga plastprofiler är känd teknik som b|.a. används för distansprofiler ielektriska sjökablar, liksom samextruderade plastprofiler, men ej för användning somrotorblad. Vidare är vingprofiler framställda i strängpressad aluminium känd teknik förraka rotorblad till H-rotorer, men ej för spiralformade rotorblad enligt uppfinningen.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos föreliggande uppfinningen, äråtminstone ett förstärkningselement förlagt i åtminstone ett av sektionshålen irotorbladets tvärsnittssektion, vilket förstärkningselement är försett med en tvärsnittssektion och en centrumlinje som är parallell med rotorbladets centrumlinje.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 42 10), avses förstärkningselement somkompletterande strukturelement till bladöverfall i syfte att jämnare fördela lasterna pårotorbladen vid anslutningen till bladöverfallen och därigenom minska spänningarnamed åtföljande reducerad risk för materialutmattning i dessa utsatta positioner.Förstärkningselementets tvärsnittssektion kan exempelvis uppvisa ett böjmotståndmellan 30 till 150 procentenheter, företrädesvis 100 procentenheter, av turbinbladetsböjmotstånd exklusive förstärkningselement. Tvärsnittsektionen kan exempelvisutformas som en l-balk, vilken tillåter fri passage genom öppningen i tvärsnittet mellanl-balken övre och nedre fläns. Förstärkningselementets utsträckning längs med rotorbladet behöver ej överensstämma med bladöverfallets. l enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen,uppvisar rotorbladen ett första parti försett med en första gavel och ett andra partiförsett med en andra gavel, varvid rotorbladet och de bägge gavlarna tillsammansbildar en kropp med en sluten bladyta vilken avgränsar kroppen mot den omgivande miljön (E). 19 Såsom kanske inses av ovanstående (se krav-13 11) bildar varje gavel ett i huvudsakvinkelrät normalplan mot rotorbladets centrumlinje. Nämnda gavel kan vara belägen itvå godtyckliga olika partier av rotorbladet, exempelvis i dess bägge ändar. Gavlarnakan således placeras var som helst på rotorbladets längd i syfte att uppdela rotorbladeti styckevis täta partitioner. Exempelvis kan två täta partitioner bildas genom att engavel svetsas fast i rotorbladets bägge ändar, rotorbladet kapas i mittnormalplanet (M)och en gavel svetsas på den första delen och rotorbladet återställs genom att denävenandra delen svetsas till gaveln. Således kan rotorbladet därmed ha egenskapen attpermanent kunna innesluta en massa - såsom en ädelgas (för vindkraftaggregat) ellerluft (för vattenkraftsggregat) i syfte att minimera massan av den inneslutna volymen inämnda kropp och därmed erhålla en ytterligare lättare bladkropp med därav följandelägre lagerkrafter. Det torde vara uppenbart för en fackman att den nämnda bladytankan förses med ett eller flera hål, vilka vardera kan förses med ett lock anordnat tillförslutning och öppning av bladytan mot den omgivande miljön (ej visat). Således kanrotorbladet därmed ha egenskapen att vid behov kunna tillföras massor via nämnda håloch /eller innesluta massor med hjälp av nämnda lock och I eller uttömma massorgenom nämnda hål, till exempel en gas eller vätska för täthets- eller tryckprovning avrotorbladen. Locken kan även innefatta en eller flera genomföringar försedda med tät förslutning.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen, äråtminstone ett bladöverfall eller förstärkningselement tillverkat av kompositmaterialinnehållande fibrer av glas, kol eller Kevlar inneslutna i syntetiskt polymermaterial.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 44-12), är förstärkningselement ochbladöverfall högt påkända strukturelement som med fördel kan formgjutas, exempelvis i en autoklav; varvid förtillverkning är möjlig och gjutning på plats kan undvikas. 21 I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen, innefattar turbinen en generator för omvandling av turbinens rörelseenergi till elektrisk energi, varvid det icke roterbara lagerhuset eller stödstrukturen utgör stator och det10 roterbara lagerhuset eller omnämnda stödnavet utgör rotor.

Såsom kanske inses av ovanstående (se bland andra krav 4-2 13), kan gesönskad diameter för att uppnå erforderlig hastighetsskillnad relativt statorn; vilket ärkänd teknik, men inte utförd i den föreliggande uppfinningen. 22 23 24 26 27 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den föreliggande uppfinningen kommer att beskrivas nedan mer komplett med hänvisning till figurer av icke-begränsande exempel på olika utföringsformer. Det ska emellertid inses att utföringsformerna har införts för att förklara principerna hos uppfinningen och inte för att begränsa uppfinningens skyddsomfång, vilket bestäms av de bifogade patentkraven. Det bör noteras att figurerna inte har upprättats skalenligt och att dimensionerna av vissa kännetecknande drag har överdrivits för tydlighetens skull. Speciellt har bladkroppen en tredimensionell gestaltning som i verkligheten kan avvika från de skissartade modellerna som presenteras enligt figurerna.

Figur 1.

Figur 2.

Figur 3.

Figur 4 Figur 5 Figur 6 Figur 7Figur 8Figur 9 Figur 10 Figur 11 är en vy i perspektiv av rotorbladen i bladkroppen enligt den förstaaspekten av den föreliggande uppfinningen. är en schematisk sidovy av turbinen monterad på havs- eller sjöbotten ienlighet med den tredje aspekten av den föreliggande uppfinningen. är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 3vänstervridna och 3 högervridna ondulerade rotorblad med stigningen 1varv per bladkroppens längd L. är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 4vänstervridna och 4 högervridna icke-ondulerade rotorblad medstigningen 0,5 varv per bladkroppens längd L. är en vy visande olika genomskärningar av bladkroppen i Fig. 3. är en vy i perspektiv av ett bladförband med en normallinje tillrotationslinjen. är en schematisk vy av bladkroppen med ondulerade rotorblad.är en schematisk vy av bladkroppen med icke-ondulerade rotorblad.är en vy visande två bladöverfall till bladförbandet i Fig. 6. är en vy visande bladförband i två genomskärningar av den ondulerade bladkroppen enligt Fig. 3. är en vy visande rotorbladets vingprofil vid olika spiralvinklar. 28 Figur 12 är en schematisk vy av rotorbladets tvärsnittssektion medförstärkningselement.Figur 13 är en vy i perspektiv av ett rotorblad försett med gavlar i ändarna.

Figur -1-614 är en schematisk vy av en placering av en generator i Fig 1.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER 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 enströmmande fluid (2) med hastighetsvektorn (VV) riktad vinkelrät mot rotationslinjen ochangriper bladkroppeni fluidögat vid rotationsvinkeln (6) lika med 0. Bladkroppensutsträckning i rotationslinjens riktning. d.v.s. i axiell led, begränsas av de tvåändnormalplanen (M1) och (M2) som är vinkelräta mot rotationslinjen; samt i radiell led,av den yttre och inre koncentriska mantelytan som generas av enveloppen till de yttrerespektive inre rotorbladen då bladkroppen roterar med radien (r). Bladkroppen enligtFig. 1 uppvisar således en dubbelkonisk (timgiaskonisk) inre och en cylindrisk yttremantelyta som bägge är stympade i ändnormalplanen, så att bladkroppens störstaavstånd mellan mantelytorna uppvisas i mittnormalplanet (M). Det bör noteras att Fig. 1är främst avsedd att åskådliggöra bladkroppens geometriska konstruktion av rotorbladoch ej hur dessa fästes till varandra eller till turbinen (1). Således indikerar Fig.1.endast ett bladförband (13) trots att den föreliggande uppfinningen karakteriseras av att varje par av korsande rotorblad förbinds av ett bladförband dem emellan. 29 Fig. 1 visar bladkroppen uppbyggd av 6 stycken rotorblad i rymdspiralkurva, varav trestycken är snodda med högervridning (10-H1, 10-H2, 10-H3) och tre stycken är snoddamed vänstervridning (10-V1, 10-V2, 10-V3). Rotorbladen är tillverkade av formsprutadeplastprofiler som gör dem möjliga att vrida till lämplig radie (r). I Fig. 1 visas rotorbladenvridna ett varv per bladkroppens längd, d.v.s. stigningen är lika med 1. Varjehögervridet rotorblad är därmed förbundet till ett vänstervridet dito i ändarna: således jär 10-H1 förbundet till 10-V1 i ett bladförband (13) i (M2) och ett bladförband (ej visat)i(M1), 10-H2 förbundet med 10-V2 i ett bladförband (ej visat) i både (M1) och (M2),och10-H3 förbundet till 10-V3 i ett bladförband (ej visat) i både (M1) och (M2); d.v.s. 6 t)bladförband. Dessutom är varje högervridet rotorblad förbundet i ett badförband (ejvisat) i (M), d.v.s. 3 bladförband. Emedan inget högervridet rotorblad korsar någotannat högervridet och inget vänstervridet korsar något annat vänstervridet rotorblad,korsar varje högervridet rotorblad i Fig. 1 övriga två vänstervridna blad i ett områdemellan (M1) och (M), d.v.s. 6 bladförband; och i ett område mellan (M2) och (M), d.v.s.ytterligare 6 bladförband. Detta ger totalt 21 bladförband för bladkroppen i Fig. 1.

Fig.1. indikerar att samtliga rotorblad är försedda med en vingprofil med rund nos ibladkroppens rotationsriktning (V) och en spetsig bakkant (S) i den motsatta riktningen.Samtliga rotorblad uppvisar således en vingprofil mot rotationsriktningen som gör dem lämpliga att generera den lyftkraft som krävs för att rotera turbinen.

Från ovanstående torde det stå klart för en fackman att Fig.1 visar enbart en av ett otalutföringsformer av den föreliggande uppfinningen. Således kan stigningen, antalet,båglängden och onduleringen (”flätningen”) hos rotorbladen varieras vid en och sammakombination av bladkroppens längd och diameter. Dessutom kan bladförbandens höjdvarieras så att bladkroppen kan anta en av 16 olika kombinationer av yttre och inremantelytor: cylindrisk, konisk, dubbelkonisk (timglaskonisk) och bikonisk. Slutligen kankombinationen av bladkroppens längd och diameter varieras enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar en turbin (1) anordnad att utvinna energi ur en strömmande fluid (2) hos envattenmassa (F2) med en havsbotten (F 1). För enkelhets skull, används uttrycket”havsbotten” oavsett om vattenmassan är ett område i en ocean, ett hav, en sjö elleren flod. Turbinen (1) innefattar en bladkropp (9) förbunden till ett stödnav (7) fastförbundet till ett roterande lagerhus (4) i ett turbinrullager, varvid det ett icke-roterandelagerhuset (5) hos nämnda turbinrullager är fast förbundet till en stödstruktur (8) fast förbundet till ett kraftaggregat (28). Fig. 2 visar turbinen helt nedsänkt i vattenmassan,men altånativt kan turbinen vara delvis nedsänkt såsom exempelvis i grundatidvattenutsatta vikar. Fig. 2 visar vidare kraftaggregatet försett med en kraftkabel (K)förlagd på havsbotten. För enkelhets skull, används uttrycket ”kraftkabel” oavsett omdet i kraftkabeln inneslutna mediet innefattar elektrisk ström, vätska, gas ellerinformation och oavsett i vilken riktning mediet transporteras. Såsom kanske inses kankraftkabeln användas för överföring av energi till förbrukare, exempelvis lokaliserade iland; men alternativt vara obefintlig när all producerad energi av turbinen åtgår tillkonsumtion för drift av i utrustning förlagd på kraftaggregatet, exempelvis pumpar förcirkulation av syrerikt havsvatten. Förutom bladkroppen, kan ovanstående betraktassom känd teknik.

Turbinen (1) i Fig. 2 är orienterad med en vertikal centrumlinje (6) genomturbinrullagrets roterande lagerhus (4), varvid bladkroppens rotationslinje (3)sammanfaller med nämnda centrumlinje i en centrumpunkt till turbinrullagret. Såsomvisas i Fig. 2 böjer rotationslinjen ut sträckan (Uh) i fluidhastighetens riktning (VV), vilketinnebär att turbinen roterar kring en krökt rotationslinje. En ytterligare egenskap hosden föreliggande uppfinningen är att rotationslinjen även kommer att böja ut åt sidan ensträcka (ej visat), växelvis åt höger och åt vänster och således beskrivande enpendlande rörelse vinkelrät mot (W). Det omnämnda turbinrullagret är avsett att ta uppböjmomentet motsvarande ovan nämnda utböjningar hos turbinen och samtidigt tillåta turbinens ändamålsenliga rotation.

Fig. 3 avser åskådliggöra en bladkropp (9) med längden L och diametern D som äruppskuren i längdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genombladförbanden (13', 13", 13”', 13”") och betraktad i riktning mot rotationslinjen från enplats utanför bladkroppen. Fig. 3 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan,varvid bredden således är lika med H multiplicerat med D; uppvisande 21 bladförband(13) som förbinder 3 högervridna (10-H1, 10-H2, 10-H3) och 3 vänstervrida (10-V1, 10-V2, 10-V3) ondulerade rotorblad, vilka uppvisar stigningen 1 varv på längden L ochspiralvinkeln (y).

Den föreliggande uppfinningen varken begränsar rotorbladens (10) båglängd ellerkräver bladförband (13) förlagda i ändnormalplanen (M1, M2). Detta är visat i Fig. 1som att bladkroppens längd (L) innefattar en dellängd (dL), varvid dellängdenmotsvarar ett avstånd mellan ett av ändnormalplanen (M1, M2) och ett bladförband 31 (13); d.v.s. att rotorbladet är försett med ett ändparti som icke är upplagt i ettbladförband och därmed kan erhålla en fri förskjutning. Såsom kanske inses, erbjuderett sådant fritt ändparti av ett rotorblad möjligheten att tillhandahålla en lyftkraft pånämnda fria ändparti som motverkar och delvis minskar böjmomentet i rotorbladetorsakat av lyftkraften på rotorbladets icke-fria parti mellan två bladförband.

Fig. 4 avser åskådliggöra en bladkropp (9) med längden L och diametern D som äruppskuren i längdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genombladförbanden (13', 13", 13"') och betraktad i riktning mot rotationslinjen från en platsutanför bladkroppen. Fig. 4 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan, varvidbredden således är lika med H multiplicerat med D; uppvisande 20 bladförband (13)som förbinder 4 högervridna och 4 vänstervrida icke-ondulerade rotorblad (10), vilkauppvisar stigningen 0,5 varv på längden L och spiralvinkeln (y).

Såsom nämnts ovan, är utföringsformerna visade i Fig. 3 och 4 två exempel bland ett otal andra exempel på en bladkropps möjliga konfiguration.

Fig. 5 visar genomskärningar av bladkroppen vid rotationsriktningen (V) enligt Fig. 3,d.v.s. åt vänster för betraktaren. Vy a - a visar ett snitt i bladkroppens mittnormalplan(M), vilket är parallellt med (V); genom 3 bladförband (13) och 6 rotorblad (10), varvidnosen (N) hos vingprofilen till samtliga rotorblad är riktad i rotationsriktningen (V).Avståndet mellan rotorbladens centrumlinjer i mittnormalplanet (M) visas av sträckanmed längden (hO). I snitt a - a uppvisar således samtliga vänstervridna rotorblad (10-V1, 10-V2, 10-V3) en gemensam radie (r) till rotationslinjen (3) som överstiger dengemensamma radien till samtliga högervridna rotorblad (10-H1, 10-H2, 10-H3).

Såsom framgår av Fig. 3, visar vy b - b ett snitt i bladkroppens rotationsriktning (V)beläget mitt emellan två bladförband (13), där samtliga rotorblad uppvisar engemensam radie (r) till rotationslinjen p.g.a. onduleringen. Såsom kanske inses av Fig.5, är detta en följd av att avstånden är lika stora mellan rotorbladens centrumlinjer imittnormalplanet (h0) och i bladförbandet närmast respektive ändnormalplan (h1, h2). Iett annat exempel (ej visat) är vy b - b ej beläget mitt emellan två bladförband, utanendast någonstans mellan två bladförband; varvid samtliga bladförband uppvisar engemensam radie (r) till rotationslinjen, men olika avstånd (h0) och (h1) och (h2).

Fig. 5 visar i vy c - c ett snitt i bladkroppens längdled genom 4 bladförband och 8 rotorblad, varvid nosen hos vingprofilen till ena hälften av rotorbladen är riktade i 32 rotationsriktningen (V) och till andra hälften är motriktade, vilket är en följd av att snittetär taget vinkelrät mot rotationsriktningen (V). I snittet finns ej rotorblad förlagda imittnormalplanet (M) och avståndet (h0) kan därmed ej specificeras. Avstånden (h1)och (h2) är lika stora i detta exempel, men kan vara olika i andra exempel som harbeskrivits ovan.

Såsom framgår av Fig. 3, visar vy d - d ett snitt i ett rotorblad (10-V3), d.v.s. irotorbladets anströmningsvinkel (ß) mot den ifrågavarande fluidriktningen (VV).Eftersom spiralvinkeln (y) visas vara cirka 45 grader i Fig. 3, blir centrumlinjerna tillsamtliga högervridna rotorblad närmast vinkelräta mot centrumlinjen för rotorbladet(10-V3) i snittet; d.v.s. tvärsnittsektionerna hos samtliga vingprofiler är närmastmaximalt runda, vilket motsvarar bredden (x0) i Fig. 11.

Den visade onduleringen är avsedd att åskådliggöra en sinusform. Såsom framgår avFig. 3, betecknar (13') och (13'"') olika bladförband; och (1 Oi) och (1 Oii) olika dellängderhos rotorbladet (10-V3), vilka således kan äga olika längd. Avstånden (h1) och (h2) ärlika stora i detta exempel, men kan vara olika i andra exempel som har beskrivits ovan.

F ig. 6 visar en vy i perspektiv av ett bladförband (13) innefattande två rotorblad (10)vardera försedda med en centrumlinje (11) och vingprofil (12). En normallinje (14) tillrotationslinjen (3) har en skärningspunkt (PN) med rotationslinjen, varvid nämndanormallinje även har en skärningspunkt (PB1) med centrumlinjen till det rotorbladetsom uppvisar det mindre avståndet, d.v.s. radien, till (PN); och en skärningspunkt(PB2) med centrumlinjen som uppvisar det större avståndet till (PN). Såsom visas avFig. 5, förbinds PB1 och PB2 av en struktur som beskrivs vidare i Fig. 7. Avståndet Fig. 7 är avsedd att lokalisera ett första (15) och andra bladförband (16) och visar en vyav en ondulerad bladkropp som betraktas i riktning mot rotationslinjen från en platsutanför bladkroppen. Såsom framgår av Fig.7, finns inget bladförband lokaliseratmellan nämnda första (15) och andra bladförband (16); d.v.s. bladförbanden är närmaste grannar.

Fig. 8 har samma syfte som Fig. 7, fast för en icke-ondulerad bladkropp. Fig. 8 visar attinget bladförband är lokaliserat mellan nämnda första (15) och andra bladförband (16); d.v.s. bladförbanden är närmaste grannar. 33 Fig. 9 visar bladförbandet (13) och rotorbladen (10) i Fig.6 (prickad linje) innefattandetvå bladöverfall (17, heldragen linje) vilka delvis omsluter respektive vingprofil (12) ochlämnar en öppning i bakkanten. Vid montage av ett bladöverfall (17) med ett rotorblad(10) kan rotorbladet tillåtas bli pressad in i bladöverfallet med nosen först genomnämnda öppning med hjälp av en pålagd yttre kraft och utnyttjande av bladöverfalletsflexibilitet i konstruktion och material. Såsom kanske inses av Fig. 9, är bladöverfalletförbundet i kontakt med vingprofilen utom i nämnda öppning; vilket är en fördel vidupptagningen och fördelningen av krafterna på rotorbladen till bladförbandet.

I en annan utföringsform av ett bladöverfall (ej visad) innefattar bladöverfallet för ettrotorblad två delar, exempelvis formade efter vingprofilens över- och undersida, vilkaförbinds med skruv-, bult- eller limförband. Bladöverfallen (17) förbinds av ettstångförband (18) som visas i Fig. 9, varvid centrumlinjen (19) till stångförbandetsammanfaller med normallinjen (14) till bladförbandet.

Fig. 10 visar en vy av ett bladförband (13) i snitt e - e enligt Fig.3 innefattande tvåbladöverfall (17) förbundna av ett stångförband (18) försett med att stångrullager (T).Rotorbladen (10) kan tillåtas vrida sig kring centrumlinjen (19) till stångförbandet så attspiralvinkeln (V) ändras. Fig. 10 visar rotorbladen med tvärsnittsektionen utritad i syftaatt förtydliga vingprofilens utseende och orientering, d.v.s. att rotationsriktningen pekarvinkelrät ut mot betraktaren. Snitt f -f iF ig. 10 visar bladförbandet vidrotationsriktningen pekande åt vänster.

Fig. 11 visar i snitt g - g en vy av ett rotorblad (101) sett vinkelrät mot planetinnehållande vingprofilens korda, uppvisande spiralvinkeln (V1) ochanströmningsvinkeln (ß1), varvid (V1) plus ([31) är lika med 90 grader; och kordalängden(x1) i anströmningsriktningen ([51). Efter en rotation av rotorbladet (101) kringcentrumlinjen (19) för stångförbandet (18), till en ny anströmningsvinkel (ß2) inträder,erhåller rotorbladet (102) en ny kordalängd (x2), varvid (ß2) är mindre än (ß1) och (x2) ärstörre än (x1). Rotorbladet fysiska kordalängd är lika med (xo), vilken är mindre än både(X1) och (x2) som framgår av Fig.11. Där visas även att vingprofilens tjocklek (y) äroförändrad, och eftersom kordalängderna (X0, x1, x2) ändras med spiralvinklarna (V1, V2)innebär detta att anfallsvinklarna (G1. G2) också ändras. Således innebär en störrespiralvinkel (V2) också en större kordalängd (x2) och en mindre anfallsvinkel (012), d.v.s.när bladkroppen sjunker ihop p.g.a. en högre rotationshastighet blir anfallsvinkeln mindre och risken minskar för överstegring av vingprofilen. 34 Fig. 12 visar en vy av en tvärsnittssektion av ett rotorblad (10) med en centrumlinje(11), vilken är en symmetrilinje (Q) till vingprofilen (12) som är försedd med en nos (N) irotationsriktningen (V) och en spets (S) i den motsatta riktningen. vingprofilenbegränsas av en sluten konturkurva (KV), och Fig. 12 visar tvärsnittsektioneninnefattande två sektionshål (20) som var och ett är begränsat av en slutenhålrandkurva (KS). Den visade tvärsnittsektionen är således inhomogen, varvid ettförstärkningselement (21) är visat vara förlagt i ett av sektionshålen. Fig. 12 visarendast ett exempel bland ett otal utföringsformer av formen och innehållet av en itvärsnittssektion till ett rotorblad enligt den föreliggande uppfinningen. En annanutföringsform (ej visad) är försedd med en krökt symmetrilinje (Q) och fyra sektionshålåtskilda av raka väggar med en godstjocklek motsvarande 2 % av kordalängden, vilkaväggar är placerade i rät vinkel mot (Q), varvid ett förstärkningselement i form av en I-balk är förlagd i två av sektionshålen. Ytterligare en annan utföringsform (ej visad) ärförsedd med ett homogent tvärsnitt, d.v.s. utan sektionshål eller förstärkningselement.

Fig. 13 är en vy i perspektiv av ett rotorblad (10) uppvisande två ändpartier (B1, B2)som vardera är försedda med en gavel (22, 23), varvid rotorbladet bildar en slutenkropp mellan nämnda gavlar så att det helt avgränsas mot den omgivande miljön (E).En annan utföringsform (ej visad) är försedd med ett ändparti (B1) och ett mittparti(B2), varvid ändgaveln (22) och mittgaveln (23) avdelar den slutna kroppen pårotorbladets mittparti, d.v.s. på hälften; varvid den omgivande miljön (E) är i kontakt med (23) via sektionshålen i den halva av rotorbladet som ej innefattar ändgaveln (22), d.v.s. ena halvan av rotorbladet utgör en sluten kropp medan andra halvan är öppen.

Fig. -1-614 visar en delvy av Fig. 2 och en förstoring av generatorn är visad i vy q - quppvisande ett befintligt gap (G) mellan statorn, vilken utgörs av det icke roterbaralagerhuset (5) försedd med kopparlindning (G1); och rotorn, vilken utgörs av detroterbara lagerhuset (4) belagd med permanentmagneter (G2); varvid nämnda gap ärtillräcklig litet för att vara effektivt vid alstringen av elektrisk energi och nämndakraftkabel (K) har tillräckligt stor kapacitet för att överföring elektrisk effekt. Fig. 16 visari vy p - p en principskiss av en genomskärning av generatorn. Gapet (G) är företrädesvis mindre än 0,2 % av statorns diameter. 36

Claims (1)

1. KRAV 1. En turbin (1) anordnad för produktion av användbar energi ur rörelsen hos enströmmande fluid (2) vid i huvudsak vinkelrät orientering av turbinensrotationslinje (3) mot den ifrågavarande fluidriktningen (VV), innefattande: - ett turbinrullager innefattande ett roterbart lagerhus (4) och ett icke roterbartlagerhus (5), och uppvisande en centrumpunkt och en centrumlinje vilken (6) passerar genom nämnda centrumpunkt, och - åtminstone ett stödnav (7) anordnat i fast förband med det roterbaralagerhuset, och en stödstruktur (8) anordnad i fast förband med det icke roterbara lagerhuset, och - en bladkropp (9) helt eller delvis belägen i fluiden och anordnad i förbandmed stödnavet, varvid fluidens rörelse tillåter rotation av bladkroppen kringrotationslinjen vilken (3) sammanfaller med centrumlinjen (6) i en punkt identisk med nämnda centrumpunkten, innefattande - ett flertal rotorblad vilka (10) var och ett är kontinuerligt förlöpandeaxiellt och radiellt i en rymdspiralkurva med spiralaxel irotationslinjen och uppvisande en snoddriktning kring rotationslinjenoch i normalplanet till rymdspiralkurvan försett med entvärsnittssektion försedd med en centrumlinje (11) och uppvisandeen vingprofil (12) med två ändpartier, varvid det första ändpartietuppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning(V) och det andra ändpartiet uppvisar en spets (S) i den motsattariktningen, varvid turbinen (1) uppvisar en skärningspunkt (PN) mellan rotationslinjen (3) och en normallinje till rotationslinjen, och - ett flertal bladförband vilka (13) var och ett uppvisar en skärningspunkt (PB1) mellan centrumlinjen (11) i ett första rotorblad(10) och nämnda normallinje och en skärningspunkt (PB2) mellancentrumlinjen (11) i ett andra rotorblad (10) och nämnda normallinje,varvid skärningspunkterna (PN, PB1, PB2) är förbundna av engemensam normallinje (14) till rotationslinjen och (14) är förseddmed en ändpunkt i (PN), varvid avståndet PN-PB1 är ej lika med avståndet PN-PB2, varvid nämnda första och andra rotorblad (10)uppvisar olika snoddriktningar kring rotationslinjen (3) och ärförbundna med varandra i åtminstone ett av nämnda bladförband(13), och bladkroppen uppvisar - en diameter (D) och en mittpunkt (PM) i skärningspunkten mellanrotationslinjen och mittnormalplanet (M), kännetecknad därav, att nämnda bladförband (13) är förbundna med varandraav mellanliggande delar bestående av nämnda rotorblad (10). Turbinen enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att ett första bladförband (15)uppvisar avståndet PN-PB1 som är större än avståndet PN-PB2 och att ett andrabladförband (16) uppvisar avståndet PN-PB1 som är mindre än avståndet PN-PB2, varvid inget bladförband (13) är beläget mellan det nämnda första ochandra bladförbandet. Turbinen enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat därav, att detnämnda första bladförbandet (15) uppvisar en första summa av avståndet PN-PB1 och PN-PB2, och att det nämnda andra bladförbandet (16) uppvisar enandra summa av avståndet PN-PB1 och PN-PB2, varvid den första summan är lika med den andra summan. Turbinen enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat därav, attbladförbandet (13) innefattar två bladöverfall vilka (17) var och ett är försett meden tvärsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje(11), varvid tvärsnittssektionen helt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil(12). Turbinen enligt patentkrav 4, kännetecknat därav, att bladförbandet innefattarett stàngförband vilket (18) förbinder två bladöverfall (17) i ett bladförband (13)med varandra och är försett med en stång med en tvärsnittssektion med encentrumlinje (19), varvid centrumlinjen (19) sammanfaller med den gemensammanormallinjen (14) till bladförbandet (13). 10. 11. Turbinen enligt patentkrav 5, kännetecknat därav, att stångförbandet (18)innefattar åtminstone ett stångrullager (T) försett med en centrumlinjesammanfallande med centrumlinjen (19) för stången, varvid stångrullagret tillåterinbördes förvridning av rotorbladens centrumlinjer (11) kring den gemensammanormallinjen (14) till bladförbandet (13). Turbinen enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat därav, attnämnda rotorblad (10) är tillverkade av polyolefinplast såsom polyeten ochpolypropen, eller av polystyren eller av polyvinylklorid eller av metall såsomaluminium, eller i kombination av två eller flera av nämnda material. Turbinen enligt patentkrav 7, kännetecknat därav, att nämnda rotorblad (10) ärframställda i en tillverkningsprocess vid extrudering eller samextrudering. Turbinen enligt patentkrav 8, kännetecknat därav, att rotorbladets vingprofil (12)begränsas av en sluten konturkurva (KV) förlagd i normalplanet till rotorbladetscentrumlinje (11) och inneslutande en yta försedd med åtminstone tvåsektionshål vilka (20) var och ett begränsas av en sluten hålrandkurva (KS),varvid hålrandkurvorna (KS) ej uppvisar en skärningspunkt med konturkurvan (KV) eller varandra. Turbinen enligt patentkrav 9, kännetecknat därav, att rotorbladet (10) innefattaråtminstone ett förstärkningselement vilket (21) är försett med en tvärsnittssektionmed en centrumlinje, varvid förstärkningselementet är förlagt i åtminstone ett avsektionshålen (20) och förstärkningselementets centrumlinje är parallell med rotorbladets centrumlinje (11). Turbinen enligt patentkrav 9, kännetecknat därav, att rotorbladet (11) uppvisarett första parti (B1) försett med en första gavel (22) och ett andra parti (B2) försettmed en andra gavel (23), varvid rotorbladet och de bägge gavlarna tillsammansbildar en kropp med sluten bladyta vilken avgränsar kroppen mot den omgivande miljön (E). 12. Turbinen enligt patentkrav 4 och 10, kännetecknat därav, att åtminstone ettbladöverfall (17) eller förstärkningselement (21) är tillverkat av kompositmaterialinnehållande fibrer av glas, kol eller Kevlar inneslutna i syntetiskt polymermaterial. 145./ Turbinen enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att turbinen innefattar en generator (27) för omvandling av turbinens (1) rörelseenergi till elektrisk energi,varvid det icke roterbara lagerhuset (5) eller stödstrukturen (8) utgör stator ochdet roterbara lagerhuset (4) eller stödnavet (7) utgör rotor.