SE540347C2 - Metod att ändra storleken på en spiralformad rotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod att under drift reglera storleken hos en rotor 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.

Description

METOD ATT ÄNDRA STORLEKEN PÅ EN SPIRALFORMAD ROTOR TEKNISKT OMRÅDE Den föreliggande uppfinningen hänför sig till en metod att reglera storleken hos en rotor till en turbin anordnad för utvinning av energi ur en strömmande fluid genom rotation av rotorn kring en rotationslinje vid i huvudsak vinkelrät orientering av densamma mot ifrågavarande fluidriktning, d.v.s. en tvärställd turbin, varvid rotorn är försedd med rotorblad förlagda i rymdspiraler mellan rotorns bägge ändar och upphängda i turbinen i åtminstone en av nämnda ändar.

Uppfinningen hänför sig även till utförandet 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 två eller tre av nämnda effekter.

UPPFINNINGENS BAKGRUND Turbiner som är anordnade att utvinna energi ur en strömmande fluid - såsom luftströmmar, ångströmmar, vattenströmmar eller vattenvågor - är vanligtvis konstruerade för att utvinna maximal energi ur strömningen vid en bestämd fluidhastighet, d.v.s. ha en konstruktionsdriftpunkt. Grundläggande för turbinens effektiva funktion är existensen av en fluidhastighet som ger tillräcklig lyftkraft på rotorbladen för att övervinna det sammanlagda motståndet hos rotorblad och turbin. Turbinaxeln fås därmed 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 avståndet till rotationslinjen - ger upphov till ett kraftmoment som skapar nämnda ändamålsenliga rotation. Ovanstående gäller för såväl konventionella s.k. snabblöpare (vindturbiner), ångturbiner och vattenturbiner där turbinaxeln är riktad väsentligen parallell med fluidriktningen; som för mer okonventionella tvärställda turbiner där turbinaxeln är riktad vertikalt och vinkelrät mot fluidriktningen, t.ex. vindturbiner av typ s.k. H-rotorer (SE564997C2), eller där turbinaxeln är riktad vinkelrät men horisontellt mot den ifrågavarande fluidriktningen, t.ex. US2011/110779A1.

Tvärställda turbiner uppvisar som känt en rotationsaxel med en rotor som roterar kring nämnda rotationsaxel, och fyra signifikanta passager av fluiden genom rotorn: uppströms, medströms, nedströms och motströms; varvid erhålls en pulserande lyftkraft på rotorbladen under rotationsvarvet som är till beloppet cosinusfördelad och till storleken maximal uppströms och nedströms, och minimal medströms och motströms. Det är känd teknik att rotorns rotation överförs till turbinen i ett eller flera förband som vardera uppvisar en upphängningspunkt till ett rotorblad. Således kan rotorn och rotorbladen vara förbundna till turbinen i ett flertal upphängningspunkter. Upphängning i två symmetriskt belägna punkter i eller omkring rotorns mittnormalplan, s.k. mittupphängd rotor, finns utförd hos bl. a. omnämnda H-rotorer. Upphängning i rotorbladens bägge ändar är utförd hos bl. a. Darrieus vindturbin (NL19181). Även upphängning i rotorbladens ena ände, s.k. ändupphängd rotor, är känd och utförd hos en vindturbin med raka blad förenade i ett centralt turbinnav placerat i markhöjd och spretande snett uppåt. Det är vidare känt att mittupphängda turbiner är försedda med ett bärverk innefattande bärarmar, turbinnav och turbinaxel som stör fluidens strömning genom bladkroppen, så att lyftkraften minskar på rotorbladet vid framförallt nedströmspassagen och turbinens verkningsgrad därmed sänks. Denna nackdelen bl. a. medför att tvärställda turbiner uppvisar en lägre verkningsgrad än konventionella snabblöpare vid samma soliditet, d.v.s. att kvoten mellan rotorbladens spetshastighet och den verkliga fluidhastigheten är lägre. Vid investeringar i vindkraftverk föredras därför ofta snabblöpare. Såsom kanske inses av det ovan anförda, finns det ett behov av 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. med nosen (framkanten) parallell med rotationslinjen, såsom exempelvis hos H-rotorer. Det är vidare känt att en centrifugalkraft uppkommer till följd av turbinens rotation kring rotationslinjen och verkande på turbinens massa, riktad vinkelrät och utåt från rotationslinjen. Centrifugalkraften adderas därmed vektoriellt till lyftkraften på rotorbladen, så att den resulterande kraften på rotorbladet ökar vid passagen medströms, nedströms och motströms; medan den istället minskar uppströms. Den därav resulterande pulserande kraften på rotorbladen har således sitt maximum nedströms och minimum uppströms, en snedfördelning som ger risk för materialutmattning, 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 att tvärställda turbiner som uppvisar tre raka rotorblad ej självstartar rotorn vid låga fluidhastigheter, utan turbinen måste motorstartas med generatorn; däremot, har spiralformade rotorblad egenskapen att lättare kunna starta rotorn. Spiralformade rotorblad är känd teknik från bland annat CA 2674997 som beskriver en vindturbin anordnad med spiralformade vertikala rotorblad, vilka flerstädes är direkt och fast förbundna med turbinens nav på turbinaxeln; och i WO2120153813(A1) som beskriver en vattenturbin anordnad analogt med en flerbladig s.k. Darrieus vindturbin (NL19181); samt i WO2120152869(A1) som beskriver en vattenturbin med hopfällbara spiralformade blad. Såsom kanske inses av det ovan nämnda, uppvisar en rotor med spiralformade blad fördelar vilka kan utvecklas och framhävas ytterligare.

Tvärställda turbiner uppvisar som känt företrädesvis rotorblad i vindutförandet försedda vid vingprofil med konstant anfallsvinkel mot rotationsriktningen, vilka saknar egenskapen att kunna bromsa turbinen aerodynamiskt vid vindhastigheter överstigande konstruktionsdriftpunkten enligt ovan. Hos exempelvis snabblöpare kan turbinbladet vridas mekaniskt kring dess egen längdaxel i syfte att - vid tillräckligt hög vindhastighet - anpassa turbinbladens anfallsvinkel (?) och därmed erhålla ett konstant varvtal, så att - om vindhastigheten överstiger ett visst värde - turbinbladen vrids helt ur vind och turbinen ställs av. Ingen effekt genereras då, men när vinden avtar vrids bladen tillbaka och turbinen levererar återigen effekt. Hos H-rotorer likaså, ökar varvtalet med vindhastigheten upp till en viss övre gräns där turbinaxeln måste vara försedd med en anordning eller metod för bromsning eller styrning av turbinens varvtal, annars havererar turbinen p.g.a. för stor belastning eller genom att generatorn blir överhettad. I avsaknad av, eller i kombination med, metoder för styrning av varvtalet -såsom en varvtalsväxel - kan turbinen förses med två generatorer avsedda för olika varvtalsintervall, vilka kräver ett större styrsystem med åtföljande reglerutrustning. Istället kan en enda generator användas - vilket förenklar elproduktionen - genom att turbinen bromsas elektriskt av en permanentmagnetiserad synkrongenerator, som beskrivs i WO2010/039075 och uppges kräva en stark nätanslutning med en nätspänning överstigande 10 kV för att vara effektiv. För turbiner som ej är anslutna till ett starkt nät med en nätspänning överstigande 10 kV är emellertid ovan nämnda lösning ej möjlig att genomföra, istället är en aerodynamisk bromsning att föredra för sådana autonoma friturbiner. Eftersom rotorbladen uppvisar en konstant anfallsvinkel (?) enligt ovan, kan de emellertid ej vridas ur vind så att lyftkraften upphör och rotorn stannar, såsom är möjligt för rotorbladen hos snabblöpare enligt ovan. Såsom kanske inses av det ovan anförda, finns det ett behov att aerodynamiskt kunna bromsa tvärställda turbiner med konstant anfallsvinkel (?) mot rotationsriktningen i syfte att minska varvtalet vid vindstyrkor större än den nominella märkeffekten, istället för att helt stoppa turbinen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod att reglera storleken hos en rotor till en turbin för utvinning av energi från strömmande fluider vid i huvudsak vinkelrät orientering av rotationslinjen mot ifrågavarande fluidriktning, varvid uppfinningen introducerar en ny rotortyp i syfte att nå högre verkningsgrad hos turbinen i jämförelse med motsvarande tvärställda turbiner 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 metod enligt patentkrav 1-3.

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 nämnda tvärsnittssektion med fotpunkt belägen på tvärsnittssektionens symmetrilinje eller skelettlinje eller i dess tyngdpunkt. Termen "centrumlinje" används även om strukturelementets längdaxel ej är rät, det vill säga att ”centrumlinjen” har egenskapen 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 en vingprofil; - avser uttrycket vara "förbunden med", "i förband med” eller ”omsluten av” en annan del, att delen kan antingen vara direkt förbunden till eller direkt omsluten av 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 finns där ingen mellanliggande del närvarande; - avser uttrycket "fast förband" eller "fast förbunden” att rotation och translation mellan ingående delar i förbandet ej är möjlig, medan termen ”lager” anger att rotation 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 särskilja singularitet hos en pluralitet av helt permutabla element, men ej att numrera fysiskt; det vill säga, vilket som helst av elementen kan därvidlag betecknas som det "första”, "andra" eller "tredje".

Således avser den föreliggande uppfinningen en metod att med hjälp av ett förskjutningsmedel reglera storleken hos en bladkropp till en turbin anordnad för produktion av användbar energi ur rörelsen hos en strömmande fluid vid i huvudsak vinkelrät orientering av turbinens rotationslinje mot den ifrågavarande fluidriktningen (W), innefattande ett turbinrullager försett med ett roterbart lagerhus och ett icke roterbart lagerhus, och uppvisande en centrumpunkt och en centrumlinje vilken passerar genom nämnda centrumpunkt, och åtminstone ett stödnav anordnat i fast förband med det roterbara lagerhuset och en stödstruktur anordnad i fast förband med det icke roterbara lagerhuset, och en bladkropp helt eller delvis belägen i fluiden och anordnad i förband med det roterbara lagerhuset, varvid fluidens rörelse tillåter 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 förlöpande axiellt och radiellt i en rymdspiralkurva med spiralaxel i rotationslinjen och uppvisande en snoddriktning kring rotationslinjen och i normalplanet till rymdspiralkurvan försett med en tvärsnittssektion försedd med en centrumlinje och uppvisande en vingprofil med två ändpartier, varvid det första ändpartiet uppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning (V) och det andra ändpartiet uppvisar en spets (S) i den motsatta riktningen, varvid turbinen uppvisar 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 normallinje och en skärningspunkt (PB2) mellan centrumlinjen i ett andra rotorblad och nämnda normallinje, varvid skärningspunkterna (PN, PB1 , PB2) är förbundna av en gemensam normallinje (14) till rotationslinjen och (14) är försedd med en ändpunkt i (PN), varvid avståndet PN-PB1 är ej lika med avståndet PN-PB2, varvid nämnda första och andra rotorblad uppvisar olika snoddriktningar kring rotationslinjen och är förbundna med varandra i åtminstone ett av nämnda bladförband (13), och bladkroppen uppvisar en längd (L) och en diameter (D) och en spiralvinkel (?) mellan rotorbladets centrumlinje (11) och rotationslinjen vid projektion på rotationslinjen, och en mittpunkt (PM) i skärningspunkten mellan rotationslinjen och mittnormalplanet (M).

Uppfinningen utmärks särskilt av att bladförbanden 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 bladkroppens rotation, d.v.s. att bladkroppen kan befinna sig antingen helt i den strömmande fluiden eller delvis i ett parti av fluiden som ej är strömmande. Således kan bladkroppen ej rotera om den helt befinner sig i det parti av fluiden som ej är strömmande, d.v.s. där fluiden är stillastående; - kan fluiden i princip utgöras av vilken materia som helst i ett flytande eller gasformigt 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, exempelvis luft och vatten, varvid strömningen hos dessa fluider kan ha olika styrka och riktning; - betecknar uttrycket “snoddriktning" huruvida rymdspiralkurvan är högervriden eller vänstervriden. Ett rotorblad kan således uppvisa en av två snoddriktningar, d.v.s. högervridet eller vänstervridet; varvid två rotorblad kan uppvisa snoddriktningar som antingen är lika, d.v.s. bägge högervridna eller vänstervridna; eller olika, d.v.s. ett högervridet första rotorblad och ett vänstervridet andra rotorblad. Enligt den föreliggande uppfinningen skall således ett första högervridet rotorblad förbindas med alla vänstervridna rotorblad, ett andra högervridet rotorblad förbindas med alla vänstervridna rotorblad, o.s.v. till dess att samtliga högervridna rotor blad är förbundna. Vid utövandet av den föreliggande uppfinningen kan det noteras att det ej är en nödvändig förutsättning att biadkroppen är rotationssymmetrisk, d.v.s. att rotorblad uppvisande olika snoddriktningar är lika till antalet; eller att rotorblad uppvisande lika snoddriktningar också uppvisar lika spiralvinkel eller är ekvidistanta, eller är separata och ej förbundna med varandra; - finns ett bladförband i varje korsning mellan ett högervridet och vänsten/ridet rotorblad, varvid bladförbandet förbinder de bägge korsande rotorbladen.

Således är varje högervridet rotorblad förbundet till samtliga vänstervridna rotorblad i ett eller flera bladförband, och likaså är varje vänstervridet rotorblad förbundet till samtliga högervridna rotorblad i desamma bladförbanden. Antalet bladförband beror på rotorbladens antal och spiralvinklar (?). Exempelvis krävs 21 bladförband att förbinda en bladkropp bestående av 3 högervridna och 3 vänstervridna rotorblad som vrider sig 1 spiralvarv (d.v.s. har stigningen 1) på bladkroppens längd (L), vilket betecknas (3+3)x1. Rotorbladets spiralvinkel (?) är vinkeln mellan rotorbladets centrumlinje och rotationslinjens projektion på rotorbladet. - avser uttrycket "bladkropp" det rotationssymmetriska rymdområde som begränsas dels av de bägge ändnormalplanen (M1, M2), vilka utgör normalplan till rotationslinjen och var och ett innehåller åtminstone en punkt som tangerar rotorbladen axiellt; och dels av den inre och yttre koncentriska rotationsyta vilka generas radiellt av enveloppen till rotorbladen då spiralrotorn roterar, varvid radien från rotationslinjen till den inre rotationsytan är mindre än radien från rotationslinjen till den yttre rotationsytan i varje normalplan beläget mellan de bägge nämnda ändnormalplanen. Med bladkroppens mittnormalplan (M) avses symmetriplanet till de bägge ändnormalplanen (M1, M2) och med bladkroppens längd (L) avses avståndet mellan de bägge ändnormalplanen (M1, M2); - är bladkroppen en del av turbinen men utgör ingen solid kropp utan ett inhomogent rum försett med öppningar i både ändnormalplan och rotationsytor. Bladkroppen sträcker sig således kontinuerligt och runtomgående rotationslinjen i ett integrerat rutnät av korsande rotorblad, där bladförbanden utgör knutarna och maskoma begränsas av rotorbladen, varvid rotorbladen förbinds med varandra endast i bladförbanden. Eftersom varje bladförband förbinder två blad med motsatt snoddriktning betyder det att varje högervridet rotorblad är förbundet med ett vänstervridet rotorblad. Det återförande vridmomentet hos ett högervridet respektive vänstervridet rotorblad är motriktade och tar därmed ut varandra i bladförbandet om spiralvinklarna är lika stora, vilket i praktiken ger en vridmomentfri 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, eftersom rotorbladen stödjer varandra i bladförbanden; varvid böj- och vridstyvheten hos bladkroppen beror av bl.a. antalet rotorblad, antalet bladförband, längden och diametern hos bladkroppen. Bladkroppen kan således böjas ut i den ifrågavarande fluidriktningen p.g.a. belastningen från fluiden på bladkroppen, vilket har till följd att rotationslinjen kan avvika markant från bladkroppens centrumlinje. Bladkroppen kan därmed rotera kring en krökt rotationslinje så att vissa delar av bladkroppen under rotationen ej är vinkelräta mot fluidriktningen; - kan rotorbladen konstrueras med kortare spannlängder och därmed mindre dimensioner än vad som är brukligt vid andra turbintyper med självständiga rotorblad - såsom hos snabblöpare och H-rotorer - eftersom antalet upplagringspunkter ökar då rotorbladen stödjer varandra. Dessutom kan rotorbladen konstrueras med en rundare tvärsnittssektion, d.v.s. med tjockare vingprofil än vad som annars är brukligt vid ovan nämnda turbintyper med självständiga rotorblad; och därigenom erhålla ökat böj- och vridmotstånd med åtföljande minskning av spänningarna i och mellan upplagringspunktema, samt en styvare bladkropp. Således kanske inses att eftersom rotorbladen är spiralformade, blir vinkeln mellan rotorbladens centrumlinjer och rotationslinjen sammanfallande med spiralvinkeln (y); och eftersom den ifrågavarande fluidriktningen är i huvudsak vinkelrät mot rotationslinjen, blir anströmningsvinkeln (?) mellan rotorbladets centrumlinje och en normal till rotationslinjens projektion på rotorbladet därmed lika med 90 minus (?) grader. Därav kanske också inses att vingprofilens effektiva korda i fluidriktningen förlängs med en faktor lika med inversen av sinus för (y), jämfört med rotorbladets verkliga bredd; och eftersom vingprofilens förhållande mellan tjocklek och korda kan antas vara bestämt vid den givna turbinstorleken, måste rotorbladet därför konstrueras med en verklig höjd som är i motsvarande grad större varigenom det erhåller en rundare tvärsnittssektion; - kan rotorbladens nämnda kortare spannlängder tillåta ett avsevärt högre sidoförhållande beräknat på den fria båglängden mellan två bladförband än vad som är brukligt vid andra turbintyper med självständiga rotorblad.

Sidoförhållandet för rotorblad enligt den föreliggande uppfinningen är typiskt ett tal 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 ett begränsat område. Det höga sidoförhållandet gör även att fluidströmningen kan uppträda helt eller delvis laminärt över vingprofilen, d.v.s. uppvisa ett lågt Reynolds tal vid höga fluidhastigheter vilket minskar rotorbladets motstånd mot fluiden och därmed ökar turbinens verkningsgrad; - äger bladkroppens kontinuerliga spiralformade rotorblad den fördelaktiga egenskapen av att någonstans på rotationsvinkeln vara positionerade för en optimal anfallsvinkel mot fluidströmningen, så att bladkroppen därmed kan vara istånd att starta rotationen. Med bladkroppens rotationsvinkel (?) avses vinkeln i normalplanet till rotationslinjen med spets i rotationslinjen. Med rotorbladets anfallsvinkel (?) avses vinkeln mellan rotorbladets korda och den ifrågavarande skenbara vindriktningen; - äger bladkroppens kontinuerliga och integrerade spiralformade rotorblad den fördelaktiga egenskapen att ta upp och fördela fluidlasten jämnare än vad raka rotorblad kan göra, genom att kraftmomentet av rotationen sprids över åtminstone delar av rotationsvinkeln, varvid den omnämnda cosinusfördelade pulserande lasten fördelas jämnare över rotationsvarvet. Därigenom minskar risken för materialutmattning, oönskade vibrationer och egensvängningar hos bladkroppen; liksom att oljudet från turbinen i vindutförande kan undvikas, jämfört med snabblöpare med raka turbinblad som genererar ett pulserande och svischande oljud var gång de passerar vindkraftmasten.

Såsom kanske också inses av ovanstående 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; - olika tvärsnittssektioner kan utnyttjas för rotorblad med olika radiella avstånd till rotationslinjen i syfte att bäst tillvarata energin hos den högre bladhastigheten på det större radiella avståndet, respektive den lägre bladhastigheten på det mindre radiella avståndet till rotationslinjen; - onödig förvridning och snedställning av bladens tvärsnittssektion och därmed åtföljande sekundära vridmoment i bladöverfallet och effektförlust hos turbinen, kan undvikas genom att resultanten till lyftkraften på vingprofilerna hos de bägge rotorbladen angriper i en gemensam normallinje till rotationslinjen; vilket kan tillåtas, eftersom vingprofilernas aerodynamiska centrum i ett bladförband bägge kan antas uppvisa samma avstånd till nosen (N) relativt längden av respektive korda; - rotorbladens spiralkurvor kan genereras så att bladkroppens inre och yttre rotationsytor var för sig beskriver ett cylindriskt, rakt koniskt, dubbelkoniskt (timglaskoniskt) eller bikoniskt stympat rymdområde; varvid bladkroppens volym begränsas av rymdområdet mellan den yttre och inre rotationsytan, vilket gör att bladkroppen kan anta den mest ändamålsenliga formen för den aktuella turbinen bland 16 (4x4) olika och möjliga formationer.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen, uppvisar ett första bladförband avståndet PN-PB1 som är större än avståndet PN-PB2 och 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 1), innebär detta att det rotorblad som uppvisar den minsta radien till rotationslinjen i ett bladförband kommer att uppvisa den största radien i ett närmast angränsande bladförband. Detta ombyte av rotorbladets placering i två närstående bladförband, medför att rotorbladet omväxlande tillhör den yttre respektive inre rotationsytan i bladkroppen; vilket innebär att rotorbladets rymdspiralkurva har egenskapen att ondulera som en sinuskurva med störst amplitud i bladförbanden och noll amplitud mellan två bladförband. Sinuskurvan för ett ondulerande rotorblad som uppvisar högervriden snoddriktning är förskjuten med en faktor (?) 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 rotorbladets rymdspiralkurva runt rotationslinjen överlagrad i axiell och radiell riktning av en sinuskurva enligt ovan. Det bör noteras att definitionen av en (icke överlagrad) cylindriskt eller konisk rymdspiralkurva kräver att amplituden måste vara lika med noll för att rotorbladens tangentvinkel till rotationslinjen skall vara konstant, vilket således inte uppfylls for nämnda överlagrade rymdspiralkurva. En fördel med ovanstående ondulerade bladkropp är att risken minskar att rotorbladen stör varandra under rotationen, och att samtliga bladförband blir utsatta för tryckkrafter som strävar att hålla ihop varje enskilt bladförband.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen, 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 1), innebär detta att bladkroppens diameter (D) definitionsmässigt sätts lika med dess medeldiameter, det vill säga att (D) räknas mitt i ”väggtjockleken” och att bladkroppen därmed uppvisar en gemensam diameter (D) utefter hela dess längd (L). En väsentlig fördel av ovanstående är att samtliga rotorblad uppvisar lika båglängd, så att två rotorblad därmed inbördes kan förvridas utan att behöva förskjutas i bladförbandet, vilket är en förutsättning för regleringsmetoden enligt krav 1.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen, innefattar bladförbandet två bladöverfall vilka var och ett är försett med en tvärsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje, varvid tvärsnittssektionen helt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1) är fördelen av omslutande bladöverfall att rotorbladen förstärks på utsidan där tvärsnittets högsta böjspänningar uppträder, och att de kan förläggas kontinuerligt utan skarv i bladförbanden (utom vid icke-planskilda korsningar enligt ovan) och utan håltagning för bladöverfallen, vilket minskar risken för utmattning av rotorbladen. Vidare kan bladöverfallen med fördel förses med tvärsnittsektion vid vingprofil med en nos (N) i bladkroppens rotationsriktning (V) och innefatta en slits i vingprofilens bakkant (S), varvid bladöverfallens 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 och därigenom undviks onödiga egenspänningar i bladkroppen vid monteringen av bladkroppen.

I enlighet med föreliggande uppfinning, innefattar bladförbandet ett stångförband vilket förbinder de två bladöverfallen med varandra och är försett med en stång med en tvärsnittssektion med en centrumlinje, varvid centrumlinjen sammanfaller med den gemensamma normallinjen för bladförbandet.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1), tjänar stångförbandet det primära syftet att förbinda två korsande rotorblad till varandra som ligger på olika radier och är speciellt väl ägnat att ta upp tryckkrafter som uppträder i ondulerade bladkroppar.

I enlighet med föreliggande uppfinning, innefattar stångförbandet åtminstone ett stångrullager försett med en centrumlinje sammanfallande med centrumlinjen för staget, varvid rullagret tillåter inbördes förvridning av rotorbladens centrumlinjer kring den gemensamma normallinjen till bladförbandet.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1), 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 bladkroppens längd (L) och diameter (D) kan ändras samtidigt. Exempelvis i fritidsbruk, kan spiralvinkeln minskas till nära noll eller ökas till nära 90 grader, och bladförbanden därmed transporteras plana med bladkroppen i hoprullat skick.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen, innefattar bladkroppens förband till stödnavet åtminstone en bärarm vilken innefattar ett bladöverfall förbundet till bärarmen och fast förbundet till ett ändparti hos nämnda rotorblad, och är vridbar kring en rät centrumlinje passerande genom åtminstone två armrullager försedda med vardera ett lagerhus fast förbundet till stödnavet, varvid varje bladöverfall är fast förbundet till ett ändparti hos ett rotorblad.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1), beskrivs en spiralrotor upphängd i ett av bladkroppens två ändnormalplan (M1 , M2), varvid en bärarm krävs till infästning i ett bladöverfall av ett ändparti hos ett rotorblad. Det torde vara uppenbart för en fackman att en bladkropp enligt uppfinningen även kan vara upphängd i bägge ändnormalplanen samtidigt och således utgöra en dubbelupphängd rotor, exempelvis flera vattenturbiner utförda med en gemensam horisontal rotationslinje förlagda i rad tvärs en älv. Vid utövandet av den föreliggande uppfinningen kan det noteras att det ej är en nödvändig förutsättning att turbinlagrets centrumlinje är vertikal, utan den kan uppvisa en godtycklig vinkel i ett plan som är vinkelrät mot den ifrågavarande fluidriktningen; d.v.s. centrumlinjen kan även vara horisontal eller snedställd. En väsentlig fördel av en ändupphängd eller dubbelupphängd spiralrotor är att en central turbinaxel kan undvikas i fluiden så att fluidströmningen genom turbinen ej störs, varvid flera fördelaktiga egenskaper därmed kan uppnås: - turbinens verkningsgrad ökar, som beskrivits i uppfinningens bakgrund, vilket gör att kostnaden per producerad effektenhet kan minskas; - störande oljud kan undvikas eftersom det inte finns någon icke-roterande kropp uppströms som skapar en stationär tryckförändring nedströms, exempelvis som hos snabblöpare där ett svischande oljud hörs varje gång ett turbinblad passerar vindkraftsmasten. Denna fördel gör den uppfunna turbinen möjlig att placera i urban miljö.

Ur en andra aspekt av den föreliggande uppfinningen tillhandahålls en metod att reglera storleken hos en bladkropp till turbinen ovan med hjälp av ett förskjutningsmedel innefattande ett stångförband anordnat till vridning av rotorbladens centrumlinjer kring en gemensam normallinje till rotationslinjen och en bärarm anordnad till vridning kring en centrumlinje passerande genom minst två armrullager förbundna till ett stödnav, varvid turbinen uppvisar en vinkelhastighet och nämnda förskjutningsmedel är anordnat till samtidig ökning av längden (L) och minskning av diametern (D) hos bladkroppen, eller vice versa, varvid nämnda metod innefattar stegen för att: - bringa nämnda bärarm att anordnas i en första position, varvid nämnda första position motsvarar en första spiralvinkel (?1) hos bladkroppen; - bringa nämnda bärarm att anordnas i en andra position, varvid nämnda andra position motsvarar en andra spiralvinkel (y2) hos bladkroppen, varvid (?2) är ej lika med (?1).

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 1), kan bladkroppens storlek förändras genom att rotorbladen tillåts vrida sig relativt varandra i bladförbanden så att vinkeln mot rotationslinjen, det vill säga spiralvinkeln, ändrar sig. Detta möjliggörs genom att samtliga bladöverfall vrider sig med samma vinkel runt sina respektive normallinjer till rotationslinjen i nämnda stånglager. Enligt utföringsformen med ondulerade rotorblad och gemensam diameter (D) medför en ändrad spiralvinkel att rotorbladen enbart vrider sig mot varandra i bladförbanden, medan övriga utföringsformer medför att de bägge rotorbladen i ett bladförband även erhåller olika inbördes förskjutning i rotationslinjens riktning (Z). Förändringen av bladkroppens storlek sker med hjälp av förskjutningsmedlet som påverkar bladkroppen med en kraftresultant, vilken komposant angriper i bladöverfallets infästning till bärarmen och är riktad i bladkroppens omkretsled. Storleken på kraftresultanten bestäms av jämvikten mellan turbinen och det omgivande systemet, vilken jämvikt inträder vid såväl stillastående som roterande turbin.

Den dynamiska jämvikten inkluderar inverkan av fluidens strömning på turbinen, vilket främst resulterar i en lyftkraft och ett motstånd på rotorbladen men även ger upphov till en centrifugalkraft och ett rörelsemängdmoment hos turbinen. En ökande centrifugalkraft strävar att förskjuta såväl bladkroppens som bärarmarnas massa vinkelrät utåt från rotationslinjen. Bladförbanden tillåter, enligt ovan, att rotorbladen vrides och bladkroppens diameter ökas, vilket möjliggörs genom att bärarmarna är upphängda i stödnavet för rotation utåt från rotationslinjen; därmed säras - i omkretsled - rotorbladens infästningspunkter till bladöverfallen; varvid spiralvinkeln ökar och bladkroppens längd minskar. Därmed ökar vingprofilens kordalängd (se krav 1) och profilen riskerar att överstegras dithän att kvoten av lyftkraften dividerat med motståndet minskar. Vid en allt ökande spiralvinkel överstigande 45 grader ökar även turbinens soliditet. Vid mycket höga fluidhastigheter, i kombination med överstegringen ovan, innebär detta att fluidmotståndet slutligen blir så stort att turbinens vinkelhastighet minskar; för att i extremfallet ytterligare avta eftersom lyftkraften försvinner när diametern ökar dithän att bladkroppen närmast framstår som ett hinder för fluiden att passera. En minskande centrifugalkraft har en motsatt effekt på bladkroppen och bärarmarna, så att en "stängd" bladkropp med hög soliditet automatiskt "öppnar" sig då den höga fluidhastigheten minskar; och därmed tillåter turbinen att återgå till konstruktionsdriftpunkten. Såsom även kanske inses, kräver dynamisk jämvikt vid en accelererande eller retarderande fluidhastighet att turbinens rörelsemängdmoment konserveras, d.v.s. att produkten av turbinens rotationströghetsmoment och vinkelhastighet momentant förblir oförändrad. I den föreliggande uppfinningen innebär detta att bladkroppens diameter och vinkelhastighet bägge kan förändras, samtidigt och momentant, innan ny jämvikt inträder vid den nya fluidhastigheten. Först vid den nya jämvikten erhålls det nya rörelsemängdmomentet. Således medger förskjutningsmedlet att turbinens vinkelhastighet kan ändras automatiskt efter fluidhastigheten utan påtvingad förskjutning, så att bl.a. turbinens varvtal kan regleras och turbinen bromsas aerodynamiskt vid höga fluidhastigheter.

I enlighet med en föredragen utföringsform hos den föreliggande uppfinningen, uppvisar centrumlinjen (25) till armrullagren en skärningspunkt med centrumlinjen (6) till turbinlagret.

Såsom kanske inses av ovanstående (se krav 2), innebär i det speciella fallet att centrumlinjen till turbinlagret är vertikal, att centrumlinjen till armrullagren bildar en vinkel mot vertikallinjen. I det fallet att skärningspunkten mellan centrumlinjerna är belägen vertikalt ovanför centrumpunkten (6), blir nämnda vinkel spetsig uppåt vilket innebär att bladöverfallet förbindning till bärarmen kommer att svänga uppåt då denna förs i radieil riktning ut från rotationslinjen. Denna uppåtriktade förskjutning av bärarmen strävar att lyfta rotorbladens infästning till nämnda bladöverfall och därmed öka lägesenergin hos bladkroppen, d.v.s. förbruka energi från en eventuellt förekommande centrifugalkraft och en alltid förekommande gravitationskraft på turbinen. Dessa krafter strävar bägge att öka spiralvinkeln hos rotorbladen med resultat att bladkroppen sjunker ihop i ett stabilt jämviktsläge, d.v.s. längden (L) minskar och diametern (D) ökar; som bladkroppen intar vid en minskande eller helt frånvarande centrifugalkraft. En effekt av bärarmens vertikala och horisontella förflyttning är att bladöverfallet måste förbindas i en svängpunkt till bärarmen för att ackommodera spiralvinkelns ändring med bladkroppens diameter.

Ur en tredje aspekt hänför sig föreliggande uppfinning till användning av turbinen och utförande av regleringen i ett kraftaggregat anordnat i fast mark eller flytande i en vattenmassa för generering av elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt eller en kombination av två eller flera av nämnda effekter, varvid nämnda stödstruktur är anordnad i fast förband till nämnda fundament.

Såsom framgår av ovanstående (se krav 3) används turbinen i ett kraftaggregat vilket omvandlar energin hos turbinen till effekt. Med markfasta kraftverksaggregat avses även bottenfasta dito placerade till sjöss. Vidare kanske inses att - kraftaggregatet kan vara anordnat vertikalt, horisontellt eller lutande och på olika avstånd i förhållande till kraftaggregatets masscentrum. Således kan kraftaggregatets längd överstiga bladkroppens längd, exempelvis kan nämnda kraftaggregat utgöra en vindkraftmast till nämnda turbin; - kraftaggregatet kan vara anordnat i olika medier - såsom luft eller vatten.

Således kan den strömmande fluiden innefatta vind i den ena delen och vattenströmmar eller vattenvågor, 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) från nämnda kraftaggregat till förbrukare i land och / eller till sjöss, vilket är känd teknik och ej närmare förklarat; - den mekaniska effekten kan exempelvis utgöras av en turbinaxel för direkt mekanisk drift av en propeller eller pump, vilket helt eliminerar behovet av att generera elektrisk effekt till pumpens drift; - den visuella effekten kan uppnås genom illumination av rotorbladen. Dessa kan exempelvis tillverkas i mjölkvit polyeten med hög täthet (HDPE) vilket bland annat gör dem genomsläppliga för ljus från en ljuskälla placerad inuti rotorbladen, eller klar polymetylmetakrylat (PMMA) som gör dem helt eller delvis genomskinliga för ljus även från en ljuskälla placerad utanför rotorbladen. Transparenta rotorblad kan även göras täta och fyllas med gas, exempelvis neongas, varvid rotorbladen kan erhålla ett färgat sken enligt känd teknik. Gasen kan antändas med hjälp av den elektriska strömmen producerad av kraftaggregatet och distribuerad i strömkablarna förlagda i sektionshålen i rotorbladen. Turbinen kan således utgöra en roterande illumination för användning som reklamplats, fyrplats, flytande sjömärke, bloss för nattfiske eller annan blickpunkt.

Såsom också kanske inses (se krav 3), är uppfinningen anpassad till användning för mobilt fritidsbruk genom att rotorbladen med fördel kan medföras i hoprullat skick och bladförbanden och eventuella kraftaggregat kan förpackas i ett bärbart paket. Montage av bladkroppen sker på plats genom att rotorbladen träs in i bladförbanden, som vrids upp och knäpps fast; varpå rotorbladen knäpps i bladöverfallen på stödnavet, varefter turbinaxeln lagras i kraftaggregatet som förslagsvis fästs med linor till mark eller flytaren. Turbinaxeln kan placeras i en portabel generator och kraftaggregatet sålunda generera elektrisk ström och lika enkelt demonteras efter bruk.

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 vissakännetecknande 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. är en vy i perspektiv av rotorbladen i bladkroppen enligt den första aspekten av den föreliggande uppfinningen.

Figur 2. är en schematisk sidovy av turbinen monterad på havs- eller sjöbotten i enlighet med den tredje aspekten av den föreliggande uppfinningen.

Figur 3. är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 3 vänstervridna och 3 högervridna ondulerade rotorblad med stigningen 1 varv per bladkroppens längd L.

Figur 4 är en vy visande utbredningen av en cylindrisk bladkropp med 4 vänstervridna och 4 högervridna icke-ondulerade rotorblad med stigningen 0,5 varv per bladkroppens längd L.

Figur 5 är en vy visande olika genomskärningar av bladkroppen i Fig. 3.

Figur 6 är en vy i perspektiv av ett bladförband med en normallinje till rotationslinjen.

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

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

Figur 9 är en vy visande två bladöverfall till bladförbandet i Fig. 6.

Figur 10 är en vy visande bladförband i två genomskärningar av den ondulerade bladkroppen enligt Fig. 3.

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

Figur 12 är en vy av turbinen enligt den andra aspekten av uppfinningen vid ingen eller låg vinkelhastighet där bäramarna är positionerade i infällt läge.

Figur 13 är en vy av turbinen i Fig. 4 fast vid en högre vinkelhastighet där bärarmarna är positionerade i utfällt läge.

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 en strömmande fluid (2) med hastighetsvektorn (W) riktad vinkelrät mot rotationslinjen och angriper bladkroppen i fluidögat vid rotationsvinkeln (?) lika med 0. Bladkroppens utsträckning i rotationslinjens riktning, d.v.s. i axiell led, begränsas av de två ändnormalplanen (M1) och (M2) som är vinkelräta mot rotationslinjen; samt i radieil led, av den yttre och inre koncentriska mantelytan som generas av enveloppen till de yttre respektive inre rotorbladen då bladkroppen roterar med radien (r). Bladkroppen enligt Fig. 1 uppvisar således en dubbelkonisk (timglaskonisk) inre och en cylindrisk yttre mantelyta som bägge är stympade i ändnormalplanen, så att bladkroppens största avstånd mellan mantelytorna uppvisas i mittnormalplanet (M). Det bör noteras att Fig. 1 är främst avsedd att åskådliggöra bladkroppens geometriska konstruktion av rotorblad och 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.

Fig. 1 visar bladkroppen uppbyggd av 6 stycken rotorblad i rymdspiralkurva, varav tre stycken är snodda med högervridning (10-H1, 10-H2, 10-H3) och tre stycken är snodda med vänstervridning (10-V1 , 10-V2, 10-V3). Rotorbladen är tillverkade av formsprutade plastprofiler som gör dem möjliga att vrida till lämplig radie (r). I Fig. 1 visas rotorbladen vridna ett varv per bladkroppens längd, d.v.s. stigningen är lika med 1. Varje högervridet rotorblad är därmed förbundet till ett vänstervridet dito i ändarna: således är 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), och 10-H3 förbundet till 10-V3 i ett bladförband (ej visat) i både (M1) och (M2); d.v.s. 6 bladförband. Dessutom är varje högervridet rotorblad förbundet i ett badförband (ej visat) i (M), d.v.s. 3 bladförband. Emedan inget högervridet rotorblad korsar något annat högervridet och inget vänstervridet korsar något annat vänstervridet rotorblad, korsar varje högervridet rotorblad i Fig. 1 övriga två vänstervridna blad i ett område mellan (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 I bladkroppens 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 otal utföringsformer av den föreliggande uppfinningen. Således kan stigningen, antalet, båglängden och onduleringen ("flätningen”) hos rotorbladen varieras vid en och samma kombination av bladkroppens längd och diameter. Dessutom kan bladförbandens höjd varieras så 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 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 en vattenmassa (F2) med en havsbotten (F1). För enkelhets skull, används uttrycket "havsbotten” oavsett om vattenmassan är ett område i en ocean, ett hav, en sjö eller en flod. Turbinen (1) innefattar en bladkropp (9) förbunden till ett stödnav (7) fast förbundet till ett roterande lagerhus (4) i ett turbinrullager, varvid det ett icke-roterande lagerhuset (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 alternativt kan turbinen vara delvis nedsänkt såsom exempelvis i grunda tidvattenutsatta vikar. Fig. 2 visar vidare kraftaggregatet försett med en kraftkabel (K) förlagd på havsbotten. För enkelhets skull, används uttrycket "kraftkabel” oavsett om det i kraftkabeln inneslutna mediet innefattar elektrisk ström, vätska, gas eller information och oavsett i vilken riktning mediet transporteras. Såsom kanske inses kan kraftkabeln användas för överföring av energi till förbrukare, exempelvis lokaliserade i land; men alternativt vara obefintlig när all producerad energi av turbinen åtgår till konsumtion för drift av i utrustning förlagd på kraftaggregatet, exempelvis pumpar för cirkulation av syrerikt havsvatten. Förutom bladkroppen, kan ovanstående betraktas som känd teknik.

Turbinen (1) i Fig. 2 är orienterad med en vertikal centrumlinje (6) genom turbinrullagrets roterande lagerhus (4), varvid bladkroppens rotationslinje (3) sammanfaller med nämnda centrumlinje i en centrumpunkt till turbinrullagret. Såsom visas i Fig. 2 böjer rotationslinjen ut sträckan (Uh) i fluidhastighetens riktning (W), vilket innebär att turbinen roterar kring en krökt rotationslinje. En ytterligare egenskap hos den föreliggande uppfinningen är att rotationslinjen även kommer att böja ut åt sidan en sträcka (ej visat), växelvis åt höger och åt vänster och således beskrivande en pendlande rörelse vinkelrät mot (W). Det omnämnda turbinrullagret är avsett att ta upp böjmomentet 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 är uppskuren i längdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genom bladförbanden (13’, 13", 13”', 13””) och betraktad i riktning mot rotationslinjen från en plats utanför bladkroppen. Fig. 3 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan, varvid bredden således är lika med ? multiplicerat med D; uppvisande 21 bladförband (13) som förbinder 3 högervridna (10-H1 , 10-H2, 10-H3) och 3 vänsten/rida (10-V1 , 10-V2, 10-V3) ondulerade rotorblad, vilka uppvisar stigningen 1 varv på längden L och spiralvinkeln (?).

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

Fig. 4 avser åskådliggöra en bladkropp (9) med längden L och diametern D som är uppskuren i längdled med ett snitt parallellt med rotationslinjen (3) genom bladförbanden (13’, 13”, 13’”) och betraktad i riktning mot rotationslinjen från en plats utanför bladkroppen. Fig. 4 visar den uppskurna bladkroppen utbredd i ett plan, varvid bredden således är lika med ? multiplicerat med D; uppvisande 20 bladförband (13) som förbinder 4 högervridna och 4 vänstervrida icke-ondulerade rotorblad (10), vilka uppvisar stigningen 0,5 varv på längden L och spiralvinkeln (?).

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), varvid nosen (N) hos vingprofilen till samtliga rotorblad är riktad i rotationsriktningen (V). Avståndet mellan rotorbladens centrumlinjer i mittnormalplanet (M) visas av sträckan med längden (h0). I snitt a - a uppvisar således samtliga vänsten/ridna rotorblad (10-V1, 10-V2, 10-V3) en gemensam radie (r) till rotationslinjen (3) som överstiger den gemensamma 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 en gemensam 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 i mittnormalplanet (h0) och i bladförbandet närmast respektive ändnormalplan (h1 , h2). I ett annat exempel (ej visat) är vy b - b ej beläget mitt emellan två bladförband, utan endast någonstans mellan två bladförband; varvid samtliga bladförband uppvisar en gemensam 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 rotationsriktningen (V) och till andra hälften är motriktade, vilket är en följd av att snittet är taget vinkelrät mot rotationsriktningen (V). I snittet finns ej rotorblad förlagda i mittnormalplanet (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 har beskrivits ovan.

Såsom framgår av Fig. 3, visar vy d - d ett snitt i ett rotorblad (10-V3), d.v.s. i rotorbladets anströmningsvinkel (?) mot den ifrågavarande fluidriktningen (W).

Eftersom spiralvinkeln (y) visas vara cirka 45 grader i Fig. 3, blir centrumlinjerna till samtliga högervridna rotorblad närmast vinkelräta mot centrumlinjen för rotorbladet (10-V3) i snittet; d.v.s. tvärsnittsektionerna hos samtliga vingprofiler är närmast maximalt runda, vilket motsvarar bredden (x0) i Fig. 11.

Den visade onduleringen är avsedd att åskådliggöra en sinusform. Såsom framgår av Fig. 3, betecknar (13’) och (13"") olika bladförband; och (10i) och (10ii) olika dellängder hos rotorbladet (10-V3), vilka således kan äga olika längd. Avstånden (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 bladförband (13) innefattande två rotorblad (10) vardera försedda med en centrumlinje (11) och vingprofil (12). En normallinje (14) till rotationslinjen (3) har en skärningspunkt (PN) med rotationslinjen, varvid nämnda normallinje även har en skärningspunkt (PB1) med centrumlinjen till det rotorbladet som 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 av Fig. 5, förbinds PB1 och PB2 av en struktur som beskrivs vidare i Fig. 7.

Fig. 7 är avsedd att lokalisera ett första (15) och andra biadförband (16) och visar en vy av en ondulerad bladkropp som betraktas i riktning mot rotationslinjen från en plats utanför bladkroppen. Såsom framgår av Fig.7, finns inget bladförband lokaliserat mellan 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 att inget bladförband är lokaliserat mellan nämnda första (15) och andra bladförband (16); d.v.s. bladförbanden är närmaste grannar.

Fig. 9 visar bladförbandet (13) och rotorbladen (10) i Fig.6 (prickad linje) innefattande två bladöverfall (17, heldragen linje) vilka delvis omsluter respektive vingprofil (12) och lämnar 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 genom nämnda öppning med hjälp av en pålagd yttre kraft och utnyttjande av bladöverfallets flexibilitet i konstruktion och material. Såsom kanske inses av Fig. 9, är bladöverfallet förbundet i kontakt med vingprofilen utom i nämnda öppning; vilket är en fördel vid upptagningen och fördelningen av krafterna på rotorbladen till bladförbandet.

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

Fig. 10 visar en vy av ett bladförband (13) i snitt e - e enligt Fig.3 innefattande två bladöverfall (17) förbundna av ett stångförband (18) försett med att stångrullager (T). Rotorbladen (10) kan tillåtas vrida sig kring centrumlinjen (19) till stångförbandet så att spiralvinkeln (?) ändras. Fig. 10 visar rotorbladen med tvärsnittsektionen utritad i syfta att förtydliga vingprofilens utseende och orientering, d.v.s. att rotationsriktningen pekar vinkelrät ut mot betraktaren. Snitt f - f i Fig. 10 visar bladförbandet vid rotationsriktningen pekande åt vänster.

Fig. 11 visar i snitt g - g en vy av ett rotorblad (10i) sett vinkelrät mot planet innehållande vingprofilens korda, uppvisande spiralvinkeln (?1) och anströmningsvinkeln (?1), varvid (y1) plus (?1) är lika med 90 grader; och kordalängden (x1) i anströmningsriktningen (?1). Efter en rotation av rotorbladet (101) kring centrumlinjen (19) för stångförbandet (18), till en ny anströmningsvinkel (?2) inträder, erhåller rotorbladet (102) en ny kordalängd (x2), varvid (?2) är mindre än (?1) och (x2) är större än (x1). Rotorbladet fysiska kordalängd är lika med (x0), vilken är mindre än både (x1) och (x2) som framgår av Fig.11. Där visas även att vingprofilens tjocklek (y) är oförändrad, och eftersom kordalängderna (x0, x1, x2) ändras med spiralvinklarna (y1, y2) innebär detta att anfallsvinklarna (?1, ?2) också ändras. Således innebär en större spiralvinkel (y2) också en större kordalängd (x2) och en mindre anfallsvinkel (?2), d.v.s. när bladkroppen sjunker ihop p.g.a. en högre rotationshastighet blir anfallsvinkeln mindre och risken minskar för överstegring av vingprofilen.

Fig. 12 visar i snitt h - h en turbin med (3 3) rotorblad betraktad i rotationslinjens (3) riktning (Z) och rotationsriktning åt höger med bladkroppen (9) i infällt läge (O1). Fig. 12 visar bladkroppen (9) med en vertikal centrumlinje (6) och rotorblad (10) förbundna till bladöverfallen (17) i en svängpunkt (m), varvid bladöverfallen är ledbart förbundna till bärarmarna (24) i en centrumlinje (25) genom två armrullager (26) på stödnavet (7). Bladkroppen uppvisar spiralvinkeln (?1) och bladförbanden (13), varvid en fylld cirkel anger att bladförbandet är placerat framför rotationslinjen (3) och en ofylld cirkel anger placering bakom (3). I figuren anges med vinkeln (?) lutningen hos upphängningens centrumlinje (25) mot turbinens centrumlinje (6), varvid (?) är ett värde mellan 1 - 15 grader, typiskt 5 grader eller tillräckligt stort för att automatiskt höja bladkroppen då fluidhastigheten avtar. Fig. 12 visar i snitt h - h stödnavet (7) utformat som ett cirkulärt centralnav med stjärnformade stödarmar, vilka utgör en böj- och vridstyv stödjande konstruktion för bärarmarna med litet fluidmotstånd vid rotationen. Stödarmarna kan med fördel utformas med en vingprofilerad tvärsnittsektion (ej visat).

Fig. 13 visar turbinen enligt Fig. 12 i utfällt läge (O2). Vy k - k visar positionen av bladöverfallet (n) och beskriver dess bana från det infällda läget visat i vy h - h.

Således vrides bärarmarna (24) i centrumlinjerna (25) i armrullagren (26) till dess att de når maximalt avstånd från rotationslinjen, vilket är begränsat av bärarmarnas (24) längd i utsvängt läge. P.g.a. den integrerade bladkroppens egenstyvhet, se krav 1 , är bärarmarna förhindrade att förskjuta sig inbördes utan att bladkroppens spiralvinkel också ändras. Av Fig. 12 framgår att bladöverfallens svängpunkt (m) har förskjutits utåt vid ändrad rotationsvinkel 60 grader, varvid bladkroppens nedersta ändnormalplan har förskjutits uppåt medan det översta ändnormalplanet har förskjutits nedåt (ej visat) så att bladkroppens längd har minskat och diameter ökat vilket framgår av att spiralvinkeln (y2) överstiger (?1).

Claims (3)

KRAV

1. En metod att med hjälp av ett förskjutningsmedel reglera storleken hos en bladkropp (9) till en turbin (1) anordnad för produktion av användbar energi ur rörelsen hos en strömmande fluid (2) vid i huvudsak vinkelrät orientering av turbinens rotationslinje (3) mot den ifrågavarande 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 nämnda centrumpunkt, och - åtminstone ett stödnav (7) anordnat i fast förband med det roterbara lagerhuset, 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 förband med stödnavet, varvid fluidens rörelse tillåter rotation av bladkroppen kring rotationslinjen vilken (3) sammanfaller med centrumlinjen (6) i en punkt identisk med nämnda centrumpunkten, innefattande - ett flertal rotorblad vilka (10) var och ett är kontinuerligt förlöpande axiellt och radiellt i en rymdspiralkurva med spiralaxel i rotationslinjen och uppvisande en snoddriktning kring rotationslinjen och i normalplanet till rymdspiralkurvan försett med en tvärsnittssektion försedd med en centrumlinje (11) och uppvisande en vingprofil (12) med två ändpartier, varvid det första ändpartiet uppvisar en avrundad nos (N) riktad i bladkroppens rotationsriktning (V) och det andra ändpartiet uppvisar en spets (S) i den motsatta riktningen, 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) mellan centrumlinjen (11) i ett andra rotorblad (10) och nämnda normallinje, varvid skärningspunkterna (PN, PB1 , PB2) är förbundna av en gemensam normallinje (14) till rotationslinjen och (14) är försedd med 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 är förbundna med varandra i åtminstone ett av nämnda bladförband (13), och bladkroppen uppvisar - en längd (L) och en diameter (D) och en spiralvinkel (?) mellan rotorbladets centrumlinje (11) och rotationslinjen vid projektion på ett plan innehållande rotationslinjen, varvid - ett flertal nämnda bladförband (13) är anordnade på samma rotorblad (10) och förbundna med varandra av mellanliggande delar bestående av nämnda rotorblad (10), varvid - ett första bladförband (15) uppvisar avståndet PN-PB1 som är större än avståndet PN-PB2 och att ett andra bladförband (16) uppvisar avståndet PN-PB1 som är mindre än avståndet PN-PB2, varvid inget bladförband (13) är beläget mellan det nämnda första och andra bladförbandet, varvid - det nämnda första bladförbandet (15) uppvisar en första summa av avståndet PN-PB1 och PN-PB2, och att det nämnda andra bladförbandet (16) uppvisar en andra summa av avståndet PN-PB1 och PN-PB2, varvid den första summan är lika med den andra summan, varvid - bladförbandet (13) innefattar två bladöverfall vilka (17) var och ett är försett med en tvärsnittssektion med en centrumlinje parallell med rotorbladets centrumlinje (11), varvid tvärsnittssektionen helt eller delvis omsluter rotorbladets vingprofil (12), varvid - bladförbandet innefattar ett stångförband vilket (18) förbinder två bladöverfall (17) i ett bladförband (13) med varandra och är försett med en stång med en tvärsnittssektion med en centrumlinje (19), varvid centrumlinjen (19) sammanfaller med den gemensamma normallinjen (14) till bladförbandet (13), varvid - stångförbandet (18) innefattar åtminstone ett stångrullager (T) försett med en centrumlinje sammanfallande med centrumlinjen (19) för stången, varvid stångrullagret tillåter inbördes förvridning av rotorbladens centrumlinjer (11) kring den gemensamma normallinjen (14) till bladförbandet (13); varvid - bladkroppens förband till stödnavet (7) innefattar åtminstone en bärarm vilken (24) innefattar ett bladöverfall (17) förbundet till bärarmen och fast förbundet till ett ändparti hos nämnda rotorblad (10), och är vridbar kring en rät centrumlinje (25) passerande genom åtminstone två armrullager (26) försedda med vardera ett lagerhus fast förbundet till stödnavet (7), varvid nämnda förskjutningsmedel innefattar ett nämnda stångförband (18) anordnat till förvridning av rotorbladens centrumlinjer (11) kring en gemensam normallinje (14) till rotationslinjen (3) och en nämnda bärarm (24) anordnad till vridning kring en centrumlinje (25) genom minst två nämnda armrullager (26) förbundna till nämnda stödnav (7), varvid nämnda turbin (1) uppvisar en vinkelhastighet och nämnda förskjutningsmedel är anordnat till samtidig ökning av längden (L) och minskning av diametern (D) hos bladkroppen (9), eller vice versa, kännetecknat därav att nämnda metod innefattar stegen för att: - bringa nämnda bärarm (24) att anordnas i en första position (01), varvid nämnda första position motsvarar en första spiralvinkel (?1) hos bladkroppen (9); - bringa nämnda bärarm (24) att anordnas i en andra position (02), varvid nämnda andra position motsvarar en andra spiralvinkel (?2) hos bladkroppen (9), varvid (?2) ej är lika med (?1).

2. Metoden enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att centrumlinjen (25) till armrullagren uppvisar en skärningspunkt med centrumlinjen (6) till turbinlagret.

3. Utförandet av metoden enligt något av föregående patentkrav i ett kraftaggregat vilket är anordnat fast i mark eller flytande i en vattenmassa för generering av elektrisk eller mekanisk eller visuell effekt eller en kombination av två eller flera av nämnda effekter, kännetecknat därav, att nämnda stödstruktur (8) är anordnad i fast förband till nämnda kraftaggregat.