Ulepszona turbina elektrostatyczna wykonana z surowców wtórnych: 16 kroków (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Jest to całkowicie zbudowana turbina elektrostatyczna (EST), która przekształca prąd stały o wysokim napięciu (HVDC) w szybki ruch obrotowy. Mój projekt został zainspirowany silnikiem Jefimenko Corona, który jest zasilany energią elektryczną z atmosfery:

Turbina została zbudowana z następujących elementów: plastikowe rurki i słomki do picia, nylonowe przekładki, tektura, metalowe elementy łączące i montażowe oraz źródło zasilania HVDC zastępujące ziemskie pole elektryczne. Turbina jest wyposażona w przezroczystą plastikową obudowę, która zmniejsza ryzyko przypadkowego kontaktu z wysokim napięciem, umożliwiając jednocześnie wgląd do wnętrza turbiny podczas pokazów w klasie i na targach naukowych. Podczas pracy turbiny w zaciemnionym pomieszczeniu wyładowanie koronowe wytwarza upiorną, niebiesko-fioletową poświatę, która oświetla wnętrze obudowy. Bezpośrednie porównanie wcześniejszej wersji EST pokazuje mniejszy, bardziej uproszczony profil. Do budowy użyłem prostych narzędzi ręcznych i wiertarki elektrycznej. Uwaga: Ten projekt może wytwarzać gaz ozonowy i powinien być obsługiwany w pomieszczeniach o odpowiedniej wentylacji. Ze względu na ostre krawędzie zaleca się stosowanie rękawic roboczych podczas pracy z blachą. Wreszcie, HVDC nie zawsze jest przyjazny dla użytkownika, więc działaj zgodnie z tym!

Krok 1: Jak działa EST-3?

EST ma 6 foliowych elektrod z ostrymi jak brzytwa krawędziami, które otaczają plastikowy wirnik. Na powierzchni wirnika znajdują się 3 połączone szeregowo, gorące elektrody, które osadzają naładowane cząstki. Gorące elektrody zmieniają biegunowość z 3 uziemionymi wirnikami (w tym przypadku: Hot-Gnd-Hot-Gnd-Hot-Gnd). Gorące elektrody spryskują wirnik podobnymi ładunkami, które następnie odpychają, powodując wirowanie wirnika. W procesie indukcji każda gorąca elektroda przyciąga segment wirnika, który został elektrycznie zneutralizowany przez poprzednią elektrodę uziemiającą. Wirnik ma podkład z blachy, aby zoptymalizować gradient pola elektrycznego między przednią krawędzią każdej elektrody a powierzchnią wirnika. Działanie gorących elektrod rozpylających jony na wirnik w połączeniu z elektrodami uziemiającymi na detalu czyszczącym umożliwiło nieobciążonej turbinie osiągnięcie 3500 obr./min przy użyciu przemysłowego jonizatora. Szkic pokazuje prototyp EST z 8 elektrodami, który był żałosną awarią z powodu wewnętrznego wyładowania łukowego między elektrodami umieszczonymi zbyt blisko siebie.

Lekcja na wynos: Upewnij się, że elektrody są odpowiednio izolowane i/lub oddalone od siebie przed użyciem źródła o dużej mocy wyjściowej; w przeciwnym razie twoja turbina może zostać zredukowana do dymiącego, gorącego bałaganu!

Krok 2: Znajdź plastikowe rurki do obudowy i wirnika

Znalazłem te akrylowe tuby w śmietniku lokalnego sklepu z tworzywami sztucznymi. Wykorzystałem je do wykonania obudowy turbiny i wirnika. Dokładne wymiary nie mają znaczenia. Jedna rurka powinna zmieścić się w drugiej z kilkucentymetrowym odstępem dookoła. Sprawdzą się również sztywne plastikowe butelki, takie jak pojemniki na witaminy, z odciętą górną i dolną częścią.

Krok 3: Wytnij elektrody z naczynia indyczego

Sześć elektrod wycięto z wyrzuconej aluminiowej patelni do fastrygowania indyka, pozostałej po przyjęciu. (Wskazówka konstrukcyjna: Użyj patelni do gotowania dużego ptaka, metal jest cięższy i mniej podatny na wyginanie.) Przycinam długość każdej elektrody w przybliżeniu równą długości wirnika, starając się nie przygniatać do zwiniętych krawędzi.

Krok 4: Włóż pręty podtrzymujące elektrody

Włożyłem 8-32, gwintowany segment pręta przez otwór każdej elektrody (pasowanie było na miejscu!). Segmenty były o 3,0 cm dłuższe niż obudowa turbiny.

Krok 5: Spłaszcz wiodące krawędzie elektrod

Pofałdowania i wgniecenia w folii usunąłem wałkiem do ciasta.

Krok 6: Przytnij i zaokrąglij krawędzie elektrod

Przednie krawędzie każdej elektrody przycięto do 1,0 cm za pomocą gilotyny do papieru. Rogi zostały zaokrąglone pilnikiem hobby, aby zmniejszyć wyciek koronowy.

Krok 7: Wytnij płytki ustalające i zaślepki obudowy i wirnika

Wyciąłem zestaw 6 tekturowych krążków do wykonania zaślepek obudowy; kolejny zestaw tarcz do nasadek wirnika; i na koniec wyciąłem trzeci zestaw krążków, aby wykonać płytki ustalające dla łożysk.

Krok 8: Sprawdź zaślepki, wirnik i obudowę

Wsunąłem zaślepki wirnika i obudowy na kołek z twardego drewna o średnicy 1/4 cala, który służył jako wał turbiny. Później w konstrukcji kołek został zmodernizowany do pręta akrylowego, aby poprawić wygląd. Zweryfikowałem umieszczenie zaślepki i sprawdziłem, czy wirnik jest umieszczony koncentrycznie w obudowie. (Wskazówka konstrukcyjna: owinąć papierową taśmę posmarowaną klejem do drewna wokół dysków, aż będą ciasno pasować do tub.)

Krok 9: Ponownie nawiercić zaślepki obudowy pod łożyska

Do montażu obudowy i zaślepek wirnika użyłem kleju do drewna. Następnie wywiercono otwory w odstępach 60 stopni wzdłuż zewnętrznego obwodu pokryw końcowych obudowy, aby mogły pomieścić gwintowane pręty nośne. Drugi pierścień otworów oddalonych od siebie o 120 stopni został wywiercony w połowie odległości między pierścieniem zewnętrznym a środkiem. W płytach ustalających przewiercono odpowiedni zestaw otworów. Początkowo wywierciłem środki na końcach obudowy, aby przyjąć metalowe łożyska. Jednak, gdy turbina zbliżała się do pełnej mocy, wydobywali iskry z końcówek elektrod. Znalazłem obejście, które obejmowało 1/4 cala ID, nieprzewodzące nylonowe podkładki dystansowe jako łożyska. Zabezpieczyłem je trzema nylonowymi śrubami 8-32 włożonymi przez płytkę ustalającą. Podczas ręcznego kręcenia wirnikiem pojawiły się pewne opory toczenia, ale turbina prawdopodobnie nie przypaliła i nie zamieniłaby się w SHM (dymiący gorący bałagan).:>D

Krok 10: Wywierć otwory montażowe w obudowie

Wywierciłem dwa otwory montażowe 1/4 cala przez każdy koniec rury obudowy. Otwory przyjmowały nylonowe śruby 1/4 cala z podkładkami zabezpieczającymi i nakrętkami sześciokątnymi.

Krok 11: Podłącz sprzęt łączący i podporowy do elektrod

Na każdy pręt uziemiający nasunięto dwa łączniki pierścieniowe, jak pokazano. Użyłem gumowych przelotek (3/16 ID) jako podkładek. Procedurę tę powtórzono dla końcówki turbiny pod napięciem. Wszystko zostało tymczasowo zabezpieczone nylonowymi nakrętkami kołpakowymi, aby sprawdzić, czy dobrze pasuje. (Rotor nie był w tym momencie zainstalowany punkt.)

Krok 12: Przygotowanie zespołu wirnika

Początkowo rurkę wirnika pokryłem blachą wyciętą z puszki po piwie, a następnie nawinąłem spiralnie wokół rurki plastikową taśmę. Później, kiedy uruchamiałem turbinę, niedługo potem wewnętrzny łuk z elektrod przebił taśmę i zrujnował wirnik -- !@#$, kolejna upieczona turbina! (Trzy łuki przebicia pojawiają się jako rozbłyski na obrazie przy słabym oświetleniu). Lepszym pomysłem było usunięcie oryginalnej taśmy i pokrycie blachy grubszym materiałem izolacyjnym o wyższej wytrzymałości dielektrycznej. Użyłem arkusza wytrzymałego plastiku wyciętego z paczki psich smakołyków, które zabezpieczyłem taśmą.

Krok 13: Zainstaluj zespół wirnika

Usunąłem osprzęt uziemiający z turbiny i włożyłem gotowy wirnik, aż wał w pełni włączył łożyska. Złącza pierścieniowe zostały dodane w pozycjach 5:00 i 7:00 dla wejścia zasilania.

Krok 14: Napraw i zaizoluj elektrody

Turbina prawdopodobnie nie działała prawidłowo, ponieważ kilka krawędzi natarcia zostało wygiętych podczas wkładania zespołu wirnika. Moje rozwiązanie polegało na demontażu turbiny, a następnie epoksydowaniu patyczków do mieszania kawy do każdej elektrody jako belki nośnej. Sztyfty przygotowano przy użyciu papieru ściernego med/fine, a następnie pomalowano srebrnym pisakiem. Użyłem 12 oznaczonych kolorami odcinków słomy (0,5 cm ID x 3,5 cm), aby zaizolować pręty nośne. Każda sekcja wsunęła się na pręt nośny, przechodząc przez otwory przelotki i zaślepki końcowej.

Krok 15: Ponownie zmontuj turbinę i wyreguluj szczeliny

Po złożeniu turbiny z powrotem (znowu!) i szeregowym okablowaniu elektrody gorącej i uziemiającej, podpiąłem przewody wejściowe do zacisków. Odległości szczelin regulowano dokręcając nakrętki kołpakowe na końcu każdego pręta, aż krawędzie natarcia znalazły się w odległości 1 mm od powierzchni wirnika. Wyciąłem rękaw ze słomy „Big Gulp” o średnicy 1/4 cala i wsunąłem go na końce osi, aby ograniczyć ruch wirnika na boki.

Krok 16: Uruchom test

Turbina buczała przy 13,5 kV przy poborze prądu 1,0 mA; wyższe potencjały powodowały wyładowania łukowe i straty mocy. Oto film pokazujący EST działający z dużą prędkością. Drugi film jest tutaj. Bądź na bieżąco z aktualizacjami na temat tego, co może zrobić EST!