Wie funktioniert eine geschlitzte Disk-Turbinen-Engine?

Einführung.

Der Zweck dieser Arbeit ist es, dem Leser einen Einblick zu geben, wie eine klingefreie Dampfturbine konstruiert und verwendet werden kann. Die Verwendung kostengünstiger Schlitzscheibenturbinen anstelle von wesentlich teureren Schaufelturbinen kann eine Lücke bei der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie füllen und dazu beitragen, die Abhängigkeit vom Stromnetz zu verringern. Schlitzscheiben können in anderen Anwendungen, wie Gasturbinen- und hydroelektrischen Anwendungen, verwendet werden. Es ist das Ziel des Autors und Erfinders der Schlitzscheibe, qualifizierte Leser zu ermutigen, mit dieser Erfindung zu experimentieren und die Ergebnisse mit anderen zu teilen. Die folgende Diskussion ist streng theoretisch und beinhaltet nur konzeptionelle Entwürfe. Der Leser wird ermutigt, diese Konzepte in die Praxis umzusetzen. Der Heilige Gral in diesem Geschäft wird ein 5kW bis 10kW Dampf- oder Gasturbinengenerator sein, die Größe eines Brotkastens, zu einem Preis von weniger als 200,00 $, der die Bedürfnisse eines durchschnittlichen Haushalts decken kann.

Die Schlitzscheibe.

Eine Schlitzscheibe, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist aus einer runden flachen Scheibe aus Blech hergestellt. Schlitze sind entlang der Radialen der Scheibe geschnitten, und Laschen werden durch Aufweiten des Metalls auf einer Seite des Schlitzes in einer solchen Weise gebildet, dass eine Lasche und daher eine Öffnung gebildet wird, durch die Dampf hindurchtreten kann. Die Kombination der Öffnung und der Lasche wird als ein Schlitz bezeichnet. Die Länge und Position der Schlitze, der Winkel der Laschen und die Anzahl der Schlitze sind wichtig für den Betrieb der Scheibe. Im Fall von Dampfturbinen sind die Dampfeigenschaften, der Massenstrom des Dampfes und die Anzahl der Scheiben für die erwartete Leistungsabgabe der Turbine kritisch und liegen außerhalb des Rahmens dieser Erörterung.

Wie funktioniert eine geschlitzte Disk-Turbinen-Engine?

Festplattenrotation

Die Drehung der Scheibe wird durch die Summe der Reaktionskräfte verursacht, die durch eine Richtungsänderung des Dampfmassenstroms durch die Schlitze in der Scheibe erzeugt werden. Wenn der Dampf durch einen Schlitz fließt, trifft er auf die Lasche und ändert die Richtung. Wenn diese Aktion stattfindet, wird etwas Energie in mechanische Energie umgewandelt und geht aus dem Dampf verloren. Dieser Energieverlust bewirkt, dass der Dampf abkühlt, was zu einer Verringerung des Drucks von einer Seite der Scheibe auf die andere Seite führt. Dies führt zu einer Veränderung der Eigenschaften des Dampfes. In beschaufelten Turbinen wird der Durchmesser jedes aufeinanderfolgenden beschaufelten Rades oder Turbinenstufe erhöht, um die Änderung der Dampfeigenschaften zu kompensieren. In der Schlitzscheibenturbine ist es nicht notwendig, den Durchmesser der Scheibe und daher den Durchmesser des Gehäuses zu variieren. Derselbe Effekt kann erreicht werden, indem die Länge der Schlitze erhöht wird, indem der Winkel der Laschen oder eine Kombination von beiden geändert wird.

Die Dampfturbine.

Eine Dampfturbinenanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Betrieb einer Dampfturbine beruht auf den Temperatur- und Druckdifferenzen zwischen dem Ansaug- und dem Abdampf. Es wird angemerkt, dass das Hinzufügen von Düsen zu dem Einlassstrom einige Impulskräfte erreichen kann. Die Erhöhung der Anzahl der Scheiben in dem System führt zu einer Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Turbine, und dies verringert das Getriebe, das benötigt wird, um andere Vorrichtungen anzutreiben. Ein Satz von Scheiben in einer Turbine wird als Scheibenstapel bezeichnet. Es gibt theoretische Grenzen, wie viele Disks hinzugefügt werden können.

Arten von Discs.

Es kann zwei Arten von Scheiben in einer Turbine geben, eine Rotorscheibe und eine Statorscheibe. Das gleiche Herstellungsverfahren kann verwendet werden, um beide Typen zu bilden. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Statorscheibe im Wesentlichen ein Spiegelbild der Rotorscheibe ist.

Statorscheiben.

Der Zweck der Statorscheibe, die auch als eine Führungsscheibe bekannt ist, besteht darin, den Dampfstrom auf eine solche Weise umzuleiten, dass der Massenstrom dazu neigt, eine axiale Richtung beizubehalten. Die Statorscheibe ist am Gehäuse befestigt und rotiert nicht. Das Loch in der Mitte der Scheibe ist größer als die Welle, um einen Kontakt mit der sich drehenden Welle zu verhindern. Die Scheibe kann an der Grenze zur Welle abgedichtet sein, oder eine Lagerfläche kann so gestaltet sein, dass sie der Welle zusätzlichen Halt gibt.

Rotorscheiben.

Die Rotorscheibe ist an der Welle befestigt und überträgt Kräfte auf die Welle. Diese Kräfte werden von Dampf abgeleitet, der durch die Schlitze strömt. Die Summe der auf die Welle wirkenden Kräfte erzeugt ein Drehmoment, das zum Drehen der Welle führt.

Disc-Stapel.

Um die Verwendung der Bezeichnung Turbinenstufe zu vermeiden, wird ein Satz von Rotorscheiben, die auf einer Welle in einer blattlosen Turbine montiert sind, als Scheibenstapel bezeichnet.

Funktionsweise einer geschlitzten Turbinenturbine 1

Scheibenmontage.

Die 32-Schlitz-Scheibenanordnung in 2 veranschaulicht ein Konzept zum Befestigen einer einzelnen Scheibe an einer Welle. Der Außenring kann mit Punktschweißungen, Vollnieten oder auf andere Weise an der Scheibe befestigt werden. Dieser Ring verleiht der Scheibe zusätzliche Steifigkeit und Festigkeit. Es wird wahrscheinlich nur bei Scheiben mit einem Durchmesser von mehr als 10 Zoll benötigt. Der Flansch in der Abbildung ist mit Schrauben oder Vollnieten an der Scheibe befestigt und an der Welle befestigt oder befestigt. Die Zeichnung zeigt sowohl einen Schlüssel als auch einen Stift, aber nur das eine oder das andere wird benötigt.

Ein Turbinen-Montage-Konzept.

Fig. 3 zeigt eine konzeptionelle Konstruktion einer Schlitzscheiben-Turbinenanordnung. Die Laschen an den Rotor- und Statorscheiben sind deutlich dargestellt. Dampf strömt von links nach rechts von einem Eingangsanschluss durch den Plattenstapel und aus den Auslassöffnungen. Die Kammer auf der linken Seite fungiert als Dampfkopf. Zwei Auslasskanäle werden gezeigt, aber es können mehr hinzugefügt werden. Bei einem nicht kondensierenden System sind keine Abgasanschlussverbindungen zu einem Kondensator erforderlich, und der Dampf könnte direkt in die Atmosphäre abgeführt werden. Die Düsen sind nur gezeigt, um ein Verfahren zum Beschleunigen von Einlassdampf zu veranschaulichen, um eine Impulswirkung auf die erste geschlitzte Scheibe zu erreichen. Die Statoren sind in Schwarz dargestellt. Dichtungen sind um die Rotoren herum gezeigt, sind jedoch möglicherweise nicht erforderlich, wenn enge Toleranzen eingehalten werden können. Das Hinzufügen von Dichtungen würde tendenziell die Effizienz erhöhen, würde jedoch die Herstellungsanforderungen beträchtlich verkomplizieren. Eine Riemenscheibe wird als eine Möglichkeit gezeigt, um eine mechanische Verbindung mit einem Generator, einer Lichtmaschine, einer Pumpe oder einem anderen Gerät zu erreichen. Ein Schwungrad könnte hinzugefügt werden, um den Betrieb der Turbine bei Bedarf zu glätten. Lageranordnungen sind an beiden Enden der Welle gezeigt.

Wie funktioniert eine Schlitzdiskette? 2


Copyright 2005 Robert D. Saunders
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14. September 2005Quelle: Hier

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