Turbina elettrostatica migliorata realizzata con materiali riciclabili: 16 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questa è una turbina elettrostatica (EST) completamente costruita da zero che converte la corrente continua ad alta tensione (HVDC) in movimento rotatorio ad alta velocità. Il mio progetto è stato ispirato dal motore Jefimenko Corona che è alimentato dall'elettricità dall'atmosfera:

La turbina è stata costruita con i seguenti elementi: tubi di plastica e cannucce, distanziatori in nylon, cartone, lamiera di collegamento e hardware di montaggio, nonché una fonte di alimentazione HVDC utilizzata al posto del campo elettrico terrestre. La turbina è dotata di un alloggiamento in plastica trasparente che riduce il rischio di contatto accidentale ad alta tensione, consentendo al contempo una vista interna della turbina per dimostrazioni in aula e fiere della scienza. Quando si utilizza la turbina in una stanza buia, la scarica a corona produce un bagliore spettrale, blu-violetto che illumina l'interno dell'alloggiamento. Un confronto affiancato di una versione precedente dell'EST mostra il profilo più piccolo e più snello. Ho usato semplici attrezzi manuali e un trapano elettrico per la costruzione. Attenzione: questo progetto può produrre gas ozono e deve essere utilizzato in aree con ventilazione adeguata. I guanti da lavoro sono consigliati quando si lavora con lamiere a causa degli spigoli vivi. Infine, HVDC non è sempre facile da usare, quindi agisci di conseguenza!

Passaggio 1: come funziona EST-3?

L'EST ha 6 elettrodi a lamina con bordi affilati come rasoi che circondano un rotore di plastica. Ci sono 3 elettrodi caldi collegati in serie che depositano particelle cariche sulla superficie del rotore. Gli elettrodi caldi si alternano in polarità con 3 rotori messi a terra (in questo caso: Hot-Gnd-Hot-Gnd-Hot-Gnd). Gli elettrodi caldi spruzzano il rotore con cariche simili, che gli elettrodi poi respingono, facendo girare il rotore. Attraverso il processo di induzione, ogni elettrodo caldo attrae il segmento di rotore che è stato neutralizzato elettricamente dal precedente elettrodo di massa. Il rotore ha un supporto in lamiera per ottimizzare il gradiente di campo elettrico tra il bordo anteriore di ciascun elettrodo e la superficie del rotore. L'azione degli elettrodi caldi che spruzzano ioni sul rotore accoppiati con elettrodi di terra sui dettagli di pulizia ha consentito alla turbina scarica di raggiungere i 3.500 giri/min utilizzando uno ionizzatore di livello industriale. Lo schizzo mostra un prototipo EST con 8 elettrodi che è stato un miserabile guasto a causa dell'arco interno tra gli elettrodi posizionati troppo vicini tra loro.

Lezione da asporto: assicurarsi che gli elettrodi siano adeguatamente isolati e/o distanziati prima di utilizzare una fonte di alimentazione ad alto rendimento; altrimenti, la tua turbina potrebbe essere ridotta a un disordine fumante!

Passaggio 2: individuare i tubi di plastica per l'alloggiamento e il rotore

Ho trovato questi tubi acrilici nel bidone della spazzatura di un negozio di plastica locale. Li ho usati per realizzare l'alloggiamento della turbina e il rotore. Le dimensioni esatte non contano. Un tubo dovrebbe stare dentro l'altro con diversi cm di spazio tutt'intorno. Andrebbero bene anche bottiglie di plastica rigida, come i contenitori di vitamine, con le parti superiori e inferiori tagliate.

Passaggio 3: tagliare gli elettrodi da una padella di tacchino

Sei elettrodi sono stati tagliati da una padella di alluminio per tacchino scartata rimasta da una cena. (Suggerimento per la costruzione: usa una padella per cucinare un uccello grande, il metallo è più pesante e ha meno probabilità di piegarsi.) Ho tagliato la lunghezza di ciascun elettrodo all'incirca uguale alla lunghezza del rotore, facendo uno sforzo per non schiacciare i bordi arrotolati.

Passaggio 4: inserire le aste di supporto dell'elettrodo

Ho inserito un segmento di barra filettata 8-32 attraverso il foro di ciascun elettrodo (l'adattamento era perfetto!!). I segmenti erano 3,0 cm più lunghi dell'alloggiamento della turbina.

Passaggio 5: appiattire i bordi d'attacco degli elettrodi

Ho rimosso ondulazioni e ammaccature nella pellicola con un mattarello.

Passaggio 6: tagliare e arrotondare i bordi degli elettrodi

I bordi anteriori di ciascun elettrodo sono stati tagliati a 1,0 cm utilizzando un tagliacarte. Gli angoli sono stati arrotondati con una lima per hobby per ridurre la perdita della corona.

Passaggio 7: tagliare le piastre di ritegno e i cappucci terminali per alloggiamento e rotore

Ho tagliato un set di 6 dischi di cartone per realizzare i tappi terminali degli alloggi; un'altra serie di dischi per le calotte terminali del rotore; e infine, ho tagliato una terza serie di dischi per realizzare piastre di ritegno per i cuscinetti.

Passaggio 8: controllare i cappucci terminali, il rotore e l'alloggiamento

Ho fatto scivolare il rotore e i cappucci terminali dell'alloggiamento su un tassello di legno duro da 1/4 di pollice di diametro che fungeva da albero della turbina. Successivamente nella costruzione, il tassello è stato aggiornato a un'asta acrilica per un aspetto migliore. Ho verificato il posizionamento del cappuccio terminale e ho verificato che il rotore fosse posizionato concentricamente nell'alloggiamento. (Suggerimento per la costruzione: avvolgere il nastro di carta spalmato di colla per legno attorno ai dischi finché non si adattano perfettamente ai tubi.)

Passaggio 9: riforare i cappucci terminali dell'alloggiamento per i cuscinetti

Ho usato la colla per legno per assemblare l'alloggiamento e i cappucci terminali del rotore. Successivamente, sono stati praticati fori a 60 gradi l'uno dall'altro lungo la circonferenza esterna dei cappucci terminali dell'alloggiamento in modo che potessero accettare barre di supporto filettate. Un secondo anello di fori a 120 gradi l'uno dall'altro è stato praticato a metà strada tra l'anello esterno e il centro. Un set di fori corrispondente è stato praticato attraverso le piastre di fissaggio. Inizialmente, ho perforato i centri dei cappucci terminali dell'alloggiamento per accettare cuscinetti metallici. Tuttavia, hanno attirato scintille dalle punte degli elettrodi mentre la turbina si avvicinava alla massima potenza. Ho trovato una soluzione che prevedeva un ID da 1/4 di pollice, distanziali in nylon non conduttivo come cuscinetti. Li ho fissati con tre bulloni in nylon 8-32 inseriti attraverso la piastra di fissaggio. C'è stata una certa resistenza al rotolamento quando ho fatto girare a mano il rotore, ma la turbina probabilmente non si sarebbe bruciata e si sarebbe trasformata in un SHM (fumante pasticcio caldo).:>D

Passaggio 10: praticare i fori di montaggio nell'alloggiamento

Ho praticato due fori di montaggio da 1/4 di pollice attraverso ciascuna estremità del tubo dell'alloggiamento. I fori accettavano bulloni in nylon da 1/4 di pollice con rondelle di sicurezza e dadi esagonali.

Passaggio 11: collegare l'hardware di connessione e supporto agli elettrodi

Due connettori ad anello sono stati fatti scivolare su ciascuna asta di messa a terra come mostrato. Ho usato anelli di tenuta in gomma (3/16 ID) come distanziatori. Questa procedura è stata ripetuta per l'estremità elettrificata della turbina. Tutto è stato fissato temporaneamente con dadi ghianda di nylon per verificare che si adattasse bene. (Il rotore non è stato installato in questo punto.)

Passaggio 12: preparazione dell'assemblaggio del rotore

Inizialmente, ho coperto il tubo del rotore con una lamiera tagliata da una lattina di birra e poi ho avvolto del nastro di plastica a spirale attorno al tubo. Più tardi, all'accensione della turbina, non passò molto tempo prima che l'arco interno degli elettrodi perforasse il nastro e rovinasse il rotore -- !@#$, un'altra turbina tostata! (Tre archi di perforazione appaiono come esplosioni di stelle nell'immagine in condizioni di scarsa illuminazione). Un'idea migliore è stata quella di rimuovere il nastro originale e coprire la lamiera con un materiale isolante più spesso con una maggiore rigidità dielettrica. Ho usato un foglio di plastica resistente tagliato da un pacchetto di dolcetti per cani che ho fissato con del nastro adesivo.

Passaggio 13: installazione del gruppo rotore

Ho rimosso l'hardware dell'estremità di terra dalla turbina e ho inserito il rotore completato fino a quando l'albero non ha agganciato completamente i cuscinetti. Sono stati aggiunti connettori ad anello alle 5:00 e alle 7:00 per l'ingresso di alimentazione.

Passaggio 14: riparazione e isolamento degli elettrodi

È improbabile che la turbina funzioni correttamente perché diversi bordi d'attacco sono stati piegati durante l'inserimento del gruppo rotore. La mia soluzione consisteva nello smontare la turbina e poi applicare la resina epossidica su un bastoncino per mescolare il caffè a ciascun elettrodo come trave di supporto. I bastoncini sono stati preparati con carta vetrata media/fine e poi colorati con un pennarello argentato. Ho usato 12 sezioni di paglia con codice colore (0,5 cm ID x 3,5 cm) per isolare le aste di supporto. Ogni sezione è scivolata su un'asta di supporto, passando attraverso entrambi i fori dell'anello di tenuta e del cappuccio terminale.

Passaggio 15: rimontare la turbina e regolare gli spazi

Dopo aver rimontato la turbina (di nuovo!) e aver collegato in serie gli elettrodi caldi e di massa, ho attaccato i cavi di ingresso ai morsetti. Le distanze tra i giochi sono state regolate serrando i dadi ciechi all'estremità di ciascuna asta finché i bordi d'attacco non si trovavano entro 1 mm dalla superficie del rotore. Ho tagliato una manica da una cannuccia ID "Big Gulp" da 1/4 di pollice e l'ho fatta scivolare sulle estremità dell'asse per limitare il movimento del rotore da un lato all'altro.

Passaggio 16: esecuzione di prova

La turbina ronzava a 13,5 kV con un assorbimento di 1,0 mAmp; potenziali più elevati causavano archi e perdite di potenza. Ecco un video che mostra l'EST che opera ad alta velocità. Un secondo video è qui. Resta sintonizzato per aggiornamenti su ciò che l'EST può fare!