Verbeterde elektrostatische turbine gemaakt van recyclebare materialen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Dit is een volledig zelfgebouwde, elektrostatische turbine (EST) die hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) omzet in roterende beweging met hoge snelheid. Mijn project is geïnspireerd op de Jefimenko Corona Motor die wordt aangedreven door elektriciteit uit de atmosfeer:

De turbine werd opgebouwd uit de volgende onderdelen: plastic buizen en rietjes, nylon afstandhouders, karton, plaatwerk verbindings- en bevestigingsmateriaal en een HVDC-stroombron die werd gebruikt in plaats van het elektrische veld van de aarde. De turbine is voorzien van een doorzichtige plastic behuizing die het risico van onbedoeld HV-contact vermindert, terwijl de turbine van binnenuit kan worden bekeken voor demonstraties van klaslokalen en wetenschapsbeurzen. Wanneer de turbine in een verduisterde kamer wordt gebruikt, produceert corona-ontlading een spookachtige, blauwviolette gloed die de binnenkant van de behuizing verlicht. Een zij-aan-zij vergelijking van een eerdere versie van de EST toont het kleinere, meer gestroomlijnde profiel. Ik gebruikte eenvoudig handgereedschap en een elektrische boor voor de bouw. Let op: Dit project kan ozongas produceren en moet worden uitgevoerd in ruimtes met voldoende ventilatie. Bij het werken met plaatwerk worden vanwege scherpe randen werkhandschoenen aanbevolen. Ten slotte is HVDC niet altijd gebruiksvriendelijk, dus handel ernaar!

Stap 1: Hoe werkt de EST-3?

De EST heeft 6 folie-elektroden met vlijmscherpe randen die een plastic rotor omringen. Er zijn 3 in serie geschakelde, hete elektroden die geladen deeltjes op het oppervlak van de rotor afzetten. Hete elektroden wisselen in polariteit af met 3 geaarde rotoren (in dit geval: Hot-Gnd-Hot-Gnd-Hot-Gnd). De hete elektroden besproeien de rotor met soortgelijke ladingen, die de elektroden vervolgens afstoten, waardoor de rotor gaat draaien. Door het inductieproces trekt elke hete elektrode het rotorsegment aan dat elektrisch werd geneutraliseerd door de voorgaande aardelektrode. De rotor heeft een achterkant van plaatstaal om de elektrische veldgradiënt tussen de voorrand van elke elektrode en het oppervlak van de rotor te optimaliseren. Door de actie van hete elektroden die ionen op de rotor sproeien in combinatie met aardelektroden op reinigingsdetails, kon de onbelaste turbine 3.500 tpm bereiken met behulp van een ionisator van industriële kwaliteit. De schets toont een prototype EST met 8 elektroden, wat een ellendige mislukking was vanwege interne boogvorming tussen elektroden die te dicht bij elkaar waren geplaatst.

Take-away les: zorg ervoor dat de elektroden goed geïsoleerd en/of uit elkaar geplaatst zijn voordat u een krachtige stroombron gebruikt; anders kan uw turbine worden gereduceerd tot een gloeiend hete puinhoop!

Stap 2: Zoek plastic buizen voor behuizing en rotor

Ik vond deze acrylbuizen in de schrootbak van een plaatselijke kunststofwinkel. Ik heb ze gebruikt om het turbinehuis en de rotor te maken. De exacte afmetingen doen er niet toe. De ene buis moet in de andere passen met rondom enkele cm ruimte. Stijve plastic flessen, zoals vitaminecontainers, met de boven- en onderkant afgesneden, zouden ook werken.

Stap 3: Knip elektroden uit een kalkoenpan

Zes elektroden werden gesneden uit een weggegooide aluminium bakpan voor kalkoenen die was overgebleven van een etentje. (Bouwtip: gebruik een pan voor het koken van een grote vogel, metaal is zwaarder en buigt minder snel.) Ik heb de lengte van elke elektrode ongeveer gelijk aan de rotorlengte, terwijl ik mijn best doe om niet te pletten tot de opgerolde randen.

Stap 4: Plaats elektrodesteunstaven

Ik heb een 8-32 staafsegment met schroefdraad door het gat van elke elektrode gestoken (paste perfect!!). Segmenten waren 3,0 cm langer dan het turbinehuis.

Stap 5: Maak de voorranden van de elektroden plat

Met een deegroller heb ik golvingen en deuken in de folie verwijderd.

Stap 6: elektroderanden afknippen en afronden

Voorranden van elke elektrode werden bijgesneden tot 1,0 cm met behulp van een papiersnijder. De hoeken zijn afgerond met een hobbyvijl om coronalekkage te verminderen.

Stap 7: Snijd borgplaten en eindkappen voor behuizing en rotor

Ik heb een set van 6 kartonnen schijven gesneden om eindkappen van behuizingen te maken; nog een set schijven voor rotoreindkappen; en tot slot heb ik een derde set schijven gesneden om borgplaten voor de lagers te maken.

Stap 8: Controleer eindkappen, rotor en behuizing

Ik heb de rotor en de eindkappen van de behuizing over een hardhouten plug met een diameter van 1/4 inch geschoven die als turbine-as diende. Later in de constructie werd de plug opgewaardeerd tot een acrylstaaf voor een beter uiterlijk. Ik heb de plaatsing van de eindkap geverifieerd en gecontroleerd of de rotor concentrisch in de behuizing was geplaatst. (Bouwtip: Wikkel met houtlijm ingesmeerde papiertape rond schijven totdat ze stevig in buizen passen.)

Stap 9: Boor de eindkappen van de behuizing opnieuw voor lagers

Ik heb houtlijm gebruikt om de behuizing en de eindkappen van de rotor te monteren. Vervolgens werden er gaten geboord met een onderlinge afstand van 60 graden langs de buitenomtrek van de eindkappen van de behuizing, zodat ze steunstangen met schroefdraad konden opnemen. Halverwege tussen de buitenste ring en het midden werd een tweede ring van gaten met een onderlinge afstand van 120 graden geboord. Een overeenkomstige gatenset werd door de borgplaten geboord. Aanvankelijk heb ik de middelpunten van de eindkappen van de behuizing uitgeboord om metalen lagers te accepteren. Ze trokken echter vonken uit de uiteinden van de elektroden toen de turbine op volle kracht kwam. Ik vond een omweg met 1/4 inch ID, niet-geleidende nylon afstandhouders als lagers. Ik heb ze vastgezet met drie 8-32 nylon bouten die door de borgplaat zijn gestoken. Er was wat rolweerstand toen ik de rotor met de hand ronddraaide, maar de turbine zou waarschijnlijk niet verschroeien en veranderen in een SHM (rokende hete puinhoop).:>D

Stap 10: boor montagegaten in behuizing

Ik heb twee montagegaten van 1/4 inch door elk uiteinde van de behuizingsbuis geboord. De gaten accepteerden 1/4 inch nylon bouten met borgringen en zeskantmoeren.

Stap 11: Bevestig verbindings- en ondersteuningshardware aan elektroden

Er werden twee ringconnectoren over elke aardingsstaaf geschoven, zoals weergegeven. Ik gebruikte rubberen doorvoertules (3/16 ID) als afstandhouders. Deze procedure werd herhaald voor het geëlektrificeerde uiteinde van de turbine. Alles werd tijdelijk vastgezet met nylon eikelmoeren om te controleren op een goede pasvorm. (Rotor was hier niet geïnstalleerd punt.)

Stap 12: Rotorassemblage voorbereiden

Aanvankelijk bedekte ik de rotorbuis met een metalen plaat die uit een bierblikje was gesneden en vervolgens spiraalvormig gewikkelde plastic tape om de buis. Later, bij het opstarten van de turbine, duurde het niet lang voordat interne boogvorming van de elektroden de tape doorboorde en de rotor vernielde -- !@#$, nog een geroosterde turbine! (Drie punctiebogen verschijnen als starbursts in de foto bij weinig licht). Een beter idee was om de originele tape te verwijderen en het plaatwerk te bedekken met een dikker isolatiemateriaal met een hogere diëlektrische sterkte. Ik gebruikte een vel zwaar plastic dat uit een pakket hondensnoepjes was gesneden en dat ik met tape vastmaakte.

Stap 13: Rotoreenheid installeren

Ik verwijderde de hardware van het aardingseinde van de turbine en plaatste de voltooide rotor totdat de as volledig in de lagers greep. Ringconnectoren werden toegevoegd op de posities van 5:00 en 7:00 uur voor stroominvoer.

Stap 14: Elektroden repareren en isoleren

Het was onwaarschijnlijk dat de turbine goed zou werken omdat verschillende voorranden waren verbogen tijdens het inbrengen van het rotorsamenstel. Mijn tijdelijke oplossing was om de turbine te demonteren en vervolgens een koffieroerstaafje op elke elektrode te epoxyen als een steunbalk. De sticks werden geprepareerd met med/fijn schuurpapier en vervolgens gekleurd met een zilveren verfpen. Ik heb 12 kleurgecodeerde strosecties (0,5 cm ID x 3,5 cm) gebruikt om de steunstaven te isoleren. Elke sectie gleed over een steunstang en ging door zowel de doorvoer- als de eindkapgaten.

Stap 15: Turbine weer in elkaar zetten en openingen aanpassen

Nadat ik de turbine weer in elkaar had gezet (opnieuw!) De spleetafstanden werden aangepast door de eikelmoeren aan het einde van elke staaf aan te draaien totdat de voorranden zich binnen 1 mm van het oppervlak van de rotor bevonden. Ik sneed een huls van een 1/4 inch ID "Big Gulp" rietje en gleed het over de asuiteinden om de beweging van de zij-aan-zij rotor te beperken.

Stap 16: Proefdraaien

De turbine zoemde bij 13,5 kV met een stroomafname van 1,0 mA; hogere potentialen veroorzaakten boogvorming en vermogensverlies. Hier is een video die de EST op hoge snelheid laat zien. Een tweede video is hier. Blijf op de hoogte voor updates over wat de EST kan doen!