Tesla-Turbine
Eine Tesla-Turbine (auch Scheibenläuferturbine) ist eine schaufellose Turbine, die von Nikola Tesla zwischen 1900 und 1906 erfunden wurde. Sie findet auch als Pumpe Anwendung, wenn sie angetrieben wird. Sie besteht im Wesentlichen aus mehreren glatten, runden Scheiben, die in Lagen, mit Abstand gepackt, im Zentrum über eine Achse verbunden sind. Die Scheiben haben einen definierten Abstand zueinander, durch diese Schlitze fließt der Fluidstrom, der tangential eingebracht wird und den äußeren Rand der Scheibe bis nahe seiner eigenen Geschwindigkeit beschleunigen kann. Das Gehäuse der Tesla-Turbine ist so konstruiert, dass der Fluidstrom nur durch die nahe der Drehachse gelegene Auslassöffnung entweichen kann. Dies hat zur Folge, dass der vom Rand der Rotorscheibe abgebremste Strom von nachfließendem Fluid spiralförmig auf eine innere Bahn abgelenkt wird und dort ebenfalls noch Beschleunigungsarbeit auf die Scheiben leisten kann, da diese dort mit langsamerer Umfangsgeschwindigkeit läuft.
Eine Tesla-Turbine beruht auf zwei prinzipiellen Effekten bzw. Fluideigenschaften, und zwar der Adhäsion und der Viskosität des Fluids. Durch die Adhäsion zwischen Fluid und Turbinenscheiben wird soviel Energie vom Fluid an die Scheiben abgegeben, dass der Rotor gleichmäßig effektiv angetrieben wird, während das Fluid Energie abgibt und nach innen, Richtung Auslass, strömt, im Anschluss an die Energieübergabe fließt das Fluid axial durch die Aussparung von innen nach außen ab.
Das Drehmoment ist im Stillstand am größten und wird mit der Drehzahl linear kleiner, bis es bei der Leerlaufdrehzahl zu Null wird. Das ist auch der Grund, warum die höchste Leistung bei halber Fluidgeschwindigkeit (halber Leerlaufdrehzahl) erreicht wird.
Der Arbeitsmaschine werden Pumpwirkungsgrade von 60 % und mehr zugesprochen und Turbinenwirkungsgrade von 95 % bis zu 98 %. Gerade die hohen Turbinenwirkungsgrade sind fraglich, da die Mediengeschwindigkeit in den Aussparungen durch die Expansion des Gases oder Dampfes recht hoch sein müssen.
Trotzdem soll sie, falls sie geometrisch, mechanisch und technisch optimal an das Arbeitsmedium angepasst worden ist, die effektivste und robusteste, zyklenfeste Arbeitsmaschine zur Strömungsenergiekonversion überhaupt sein. Sie wurde ursprünglich Anfang 1900 von Tesla beschrieben und verfeinert, um geothermale Energie und Wasserdampf effektiv nutzbar zu machen. Er selbst konnte von seinen Ideen materiell aber nicht profitieren.
Die Vorteile der Tesla-Turbine sind
- der einfache Aufbau
- ein ihr nachgesagter außergewöhnlich hoher Wirkungsgrad
- große Vibrationsarmut durch Fehlen von Unwuchten, aber nur wenn die Rotoren, genauso wie bei beschaufelten Turbinen, gut gewuchtet sind, ist die Maschine vibrationsfrei
- geringer Verschleiß, da der Kraftstrom nicht senkrecht aufprallt, sondern parallel eingeleitet wird
Die Tesla-Turbine kam im industriellen Rahmen nicht über den Prototypen hinaus, da sie so hohe Winkelgeschwindigkeiten erreichte, dass das Material der Scheiben sich in technisch unbeherrschbarem Maße ausdehnte.
Weblinks
- http://www.teslaengine.org
- http://www.land.salzburg.at/htblha/ingpro99/fuchs/start.html
- Phoenix Turbine Builders Club - theoretische und praktische Optimierung der Tesla-Turbine mit heutigen Mitteln (englisch)
- Bauanleitung mit Festplattenteilen (englisch)