Entwicklung und Leistungsbestimmung einer 2,2 kW Tesla Turbine
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WISSENSCHAFTLICHE BEITRÄGE TH WILDAU Wiss Beitr TH Wildau 19:61–66
19. Jahrgang (2015) doi: 10.1000/10.15771/0949-8214_2015_1_8
ISSN: 0949-8214 Januar 2015
ANGEWANDTE BIOWISSENSCHAFTEN
Entwicklung und Leistungsbestimmung
einer 2,2 kW Tesla Turbine
Roberto Lisker*, Udo Hellwig, Franz Xaver Wildenauer
Zusammenfassung Abstract
Im Folgenden wird die Entwicklung und Evaluation eines This article deals with the development and evaluation of
2,2 kW Tesla Turbinen Prototyps beschrieben. Ausgehend a 2.2 kW Tesla Turbine prototype. Based on design im-
von der konstruktiven Verbesserung der Ein- und Auslass- provements of the in- and outflow of the turbine, with the
strömung – mit dem Ziel der Steigerung des isentropen goal of increasing the isentropic efficiency, a Tesla Turbine
Wirkungsgrades – wurde ein Turbinenprototyp gefertigt Prototype has been built and tested in a turbine test rack.
INFORMATIK / TELEMATIK
und auf einem Turbinenversuchsstand erprobt. Hierbei It was investigated whether a profiled shaft inset can in-
wurde untersucht, ob eine Wirkungsgradsteigerung mit crease the isentropic efficiency of the turbine. The results
einem Profileinsatz möglich ist. Die gewonnenen Ergebnisse were achieved and demonstrated that a profiled shaft can
lagen im Erwartungsbereich und zeigten, dass der Profi- increase the efficiency of the turbine.
leinsatz zu einer Wirkungsgradsteigerung bei beiträgt.
1. EINLEITUNG Wobei A die Scheibenfläche, w die tan- Hochschule Wildau. Erste Arbeiten be-
gentiale Geschwindigkeit und z den schäftigten sich mit der numerischen
Im Jahr 1911 meldete der Ingenieur Ni- Abstand zur Scheibe darstellt. Das so Simulation des Geschwindigkeitsfel-
kola Tesla eine neuartige Turbine, die erzeugte Drehmoment kann nun zum des, mit dem Ziel, den Drall am Turbi-
auf den Prinzipien der Adhäsion und Betreiben eines Generators verwendet nenauslass zu minimieren (Lisker 2009,
Viskosität basiert, zum Patent an (Tes- werden. Meller 2013). Parallel zur Simulation
la 1911). Diese besteht aus mehreren Die erste Tesla Turbine war 1911 Teil und analytischen Betrachtung wurden
planparallelen, koaxial auf einer Welle einer Versuchsanlage der Edison- erste Prototypen unter fertigungsopti-
angeordneten Scheiben, die im Rota- Elektrizitätswerke in Waterside Station mierenden und kostenreduzierenden
PRODUKTION UND MATERIAL
tionszentrum einen Auslass besitzen. New York. Die Turbine bestand aus 25 Aspekten entworfen (Pannasch 2011,
Das Arbeitsmedium strömt – mit hoher Scheiben mit einem Durchmesser von Holz 2014).
thermischer und kinetischer Energie – 0,45 m und lieferte eine Wellenleis-
vom äußeren Radius in den Spalt zwi- tung von 149 kW. Der isentrope Wir- Ziel der genannten Aktivitäten ist die
schen den Scheiben und bewegt sich kungsgrad wurde mit 46,6 % ange- Entwicklung einer kostengünstigen
auf einer annähernd spiralförmigen geben (Anonymus 1911). In den 60er Turbine für den Einsatz in Organic-
Bahn zum Auslass hin. Wegen des ge- Jahren des 20. Jahrhunderts erfolgte Rankine-Kreisläufen (ORC), wie z. B.
ringen Abstandes der Scheiben zuein- eine erste wissenschaftliche Ausein- in Nachverstromungseinheiten von
ander kommt es zur Ausbildung einer andersetzung mit der Turbine. Hierbei Biogasanlagen. Unter Nachverstro-
Grenzschichtströmung, in der hohe waren besonders die Einflussfaktoren mung versteht man die Nutzung von
Scherkräfte entstehen und eine Rotati- auf die Leistungserzeugung von In- Abwärme aus industriellen Prozes-
onsbewegung der Scheiben erzeugen. teresse. Rice untersuchte den Einfluss sen zur Stromerzeugung. Aufgrund
Der Betrag der Scherkraft FS ist abhän- der Scheibenanzahl und der Spaltbrei- des geringen Temperaturniveaus der
gig von dem Geschwindigkeitsgra- te auf die Leistung (Rice 1965). Nendl Wärmequellen eignen sich nur nied-
dienten ∂w/∂z und der Viskosität des hingegen setzte sich mit der theoreti- rig siedende, organische Medien zum
Arbeitsmediums (vgl. Gl. 1). schen Betrachtung des Geschwindig- Betrieb eines energetischen Prozes-
keitsfeldes, des Strömungsregimes ses. Derzeit auf dem Markt erhältli-
und der Kraftübertragung in einem che Nachverstromungseinheiten im
MANAGEMENT UND RECHT
Gl. 1) Spalt auseinander (Nendl 1966). Seit unteren Leistungsbereich (1 – 50 kW)
2008 ist die Tesla Turbine Gegenstand haben spezifische Investitionskosten
der Forschung an der Technischen von 5.000 – 8.000 € pro kW (Quoilin
* korrespondierender Autor
THWildau
Wissenschaftliche Beiträge 2015 61
et al. 2013). Diese werden maßgeblich Turbinenwirkungsgrades und zum an- wird durch zwei Düsen gewährleistet.
durch die eingesetzte Turbine beein- deren eine hinsichtlich der Fertigung Obwohl Rice berichtet, dass die An-
flusst. Üblich im ORC sind umgebaute günstige Gestaltung. Mithilfe eigener zahl der Düsen keinen Einfluss auf die
Schrauben- und Turbokompressoren numerischer Simulationen und von Effizienz der Turbine hat (Rice 1965),
aus der Kältetechnik, welche aufgrund Ergebnissen aus der Literaturrecherche wurde eine zweite Düse installiert.
ihrer komplexen Geometrie teuer in wurden Optimierungsansätze abgelei- Das ermöglicht die Versuchsdurchfüh-
der Fertigung und Optimierung sind. tet, die im Folgenden erläutert werden. rungen im Teillastbereich und führt zu
Der innovative Ansatz der Forschungs- einer besseren Kontrolle des zugeführ-
arbeit in Wildau ist: der Einsatz einer Düse und Massenstromverteilung ten Massenstroms.
Tesla Turbine anstelle von heute gän- Die Düse hat einen erheblichen Einfluss
gigen ORC-Turbinen. Diese lässt sich auf die Leistung und Effizienz der Turbi- Gestaltung der Auslassströmung
aufgrund ihrer Simplizität einfach ne. Sie bestimmt die Eintrittsgeschwin- Aufgrund der Impulserhaltung be-
und kostengünstig fertigen und über digkeit und Verteilung des Arbeits- schleunigt das Arbeitsmedium auf
den Scheibenabstand individuell an mediums über die Rotorbreite. Dabei dem Weg zum Auslass und gibt Ener-
das Arbeitsmedium anpassen. Da die muss auf eine Gleichverteilung des Me- gie an die Scheiben ab. Dabei steigt das
erzeugte Leistung der Tesla Turbine dienstromes geachtet werden, um die spezifische Volumen des Arbeitsmedi-
maßgeblich von der Viskosität des Ar- Entstehung von Schwingungen – ver- ums. Da die Querschnittsfläche mit
beitsmediums abhängt, eignen sich ursacht durch Druckschwankungen im kleiner werdendem Radius schrumpft,
organische Fluide wie z. B. Ethanol im Medienstrom – zu vermeiden. Armst- aber konträr mehr Volumen gefördert
niedrigen Temperaturbereich besser rong kam 1952 zu der Erkenntnis, dass werden muss, führt dies zu einem
als Wasser. Literaturrecherchen dies- ein rechteckiger Querschnitt vorteilhaft Anstieg der tangentialen und radia-
bezüglich ergaben, dass der Ansatz, ist, da er das Arbeitsmedium über die len Geschwindigkeit des Arbeitsme-
eine Tesla-Turbine mit einem organi- Breite des Rotors gleichmäßig verteilt diums. Um die maximale Leistung zu
schen Fluid zu betreiben, bislang ein- (Armstrong 1952). Ausgehend von die- erreichen, muss die tangentiale Ge-
malig ist. Um das Ziel zu erreichen, ser Überlegung wurde eine Düse mit schwindigkeitskomponente jedoch
fehlten allerdings Erfahrungen in der rechteckigem Querschnitt konstruiert, am Auslass abgebaut werden. Dieses
Auslegung und dem Betrieb einer die das Arbeitsmedium auf eine Ge- wird mit der Verwendung von sechs
Tesla-Turbine. Diese sollen an einem schwindigkeit von 200 m s-1 beschleu- strömungsgünstigen Profilen im Aus-
ersten Prototyp, der mit Wasserdampf nigen soll. Der Spalt zwischen Rotor, lassbereich erreicht. Diese lenken die
betrieben wird, gesammelt werden. Düse und Gehäuse stellt sich als weitere tangentiale Geschwindigkeitskompo-
konstruktive Herausforderung dar. Das nente in entgegengesetzte Richtung
2. ENTWICKLUNG UND TEST EINER Arbeitsmedium muss nach Verlassen und ermöglichen ein radiales Ausströ-
2,2 KW TESLA TURBINE der Düse in die entsprechenden Spalte men aus dem Spalt (Abb. 1, rechts).
geführt werden. Aufgrund des Abstan- Nach der Entspannung im Spalt ver-
Für die Entwicklung eines Turbinen- des zwischen Rotor, Düse und Gehäuse lässt das Arbeitsfluid die Turbine über
Prototyps ist der isentrope Wirkungs- verliert dieses jedoch kinetische Ener- eine mit dem Rotor verbundene Hohl-
grad entscheidend. Er gibt Aufschluss gie durch Reibung. Um diese Verluste welle. Durch die Rotation wird über
über die erreichbare Leistung bezogen zu minimieren, wurde der Spalt zwi- die Hohlwelle erneut eine verlustige,
auf die Ein- und Ausgangsparameter. schen Düse, Rotor und Gehäuse eng tangentiale Komponente auf das Ar-
In der Literatur wurden stark divergie- gestaltet, damit das Arbeitsfluid mög- beitsmedium gegeben und ein Wirbel
rende Wirkungsgrade gefunden. So er- lichst schnell in den Spalt gelangt. entsteht im Rotationszentrum (Abb. 1,
mittelte Armstrong mit Wasserdampf Ein weiterer, signifikanter Verlustfaktor links). Um das zu unterbinden, wurde
einen isentropen Wirkungsgrad von ist die Interaktion zwischen den beiden in die Welle ein Profileinsatz montiert,
4 % (Armstrong 1952), während Rice äußeren Scheiben des Rotors und der der diese zurückstellt und somit den
einen von 46 % erzielte (Rice 1965). Er Gehäusewand. Der Fluidstrom gibt in Wirkungsgrad erhöht.
konkludierte aus seinen Messungen diesem Spalt kinetische Energie an die
einen maximalen Wirkungsgrad von Gehäusewand ab, die nicht mehr zur Turbinen-Prototyp
65 % (Rice 1991). Aufgrund der breiten Drehmomenterzeugung beiträgt. Da- Die Skalierung der Turbine für den
Streuung der in der Literatur hinterleg- her ist es notwendig, den Medienstrom angestrebten Leistungsbereich von
ten Wirkungsgrade wurde beschlos- durch diesen Spalt zu begrenzen. Hier- 1 – 50 kW wurde mittels einer Norm-
sen, eigene Versuche durchzuführen, zu wurden die beiden Randscheiben zahlenreihe umgesetzt. Normzahlen
um validierte Aussagen zu tätigen. größer gestaltet als die inneren. Sie geben ein definiertes, geometrisches
umschließen die Düse und verringern Verhältnis an, mit welchem eine
2.1 K
ONSTRUKTION DES TESLA den Arbeitsmedienstrom in die äuße- günstige Stufung der Turbine erfolgt.
TURBINENPROTOTYPS ren Spalte. Ein zusätzlicher Vorteil die- Viele für die Skalierung notwendi-
ser Gestaltung ist, dass das Medium ge Komponenten (z. B. Dichtungen,
Die Konstruktion des Prototyps ge- gleichmäßiger über die Breite des Ro- Lager und Schrauben) werden eben-
schah – mit Ausblick auf eine spätere tors verteilt wird, da es durch die Rand- falls nach Normzahlreihen gefertigt.
Serienfertigung – unter zwei Prämis- scheiben begrenzt und geführt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass für
sen: zum einen die Maximierung des Die Verteilung des Arbeitsmediums die geplante Serienproduktion ge-
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Wissenschaftliche Beiträge 2014
Velocity Velocity
ANGEWANDTE BIOWISSENSCHAFTEN
(Streamline 1) Vector 2
3.856e + 002 364.262
2.893e + 002 273.197
1.929e + 002 182.131
9.654e + 001 91.066
1.741e + 001 0.000
[m s^ -1] Y [m s^ -1] Y
Z
0 10.000 (mm) X 0 0.035 0.070 (m)
Z X
5.000 0.0175 0.053
Abb. 1) links: Stromlinienverlauf des Arbeitsmediums am Turbinenaustritt. Es sind Verwirbelungen zu erkennen, welche den Wirkungsgrad der Turbine mindern (Lisker
2009). Rechts: Vektorplot des Geschwindigkeitsfeldes mit strömungsgünstigen Profilen (Meller 2013).
INFORMATIK / TELEMATIK
Abb. 2) oben links: 2,2-kW-Tesla-Turbinen-Prototyp mit montierten Dampfleitungen. Oben rechts: Viertelschnitt durch ein 3D-Modell der 2,2-kW-Tesla-Turbine. Rot darge-
stellt die Kohleschwimmringdichtung und grün die Kohleschwimmringe.
eignete und kostengünstige Kom- mm. Die Auslegung erfolgte für das 3. TURBINENVERSUCHSSTAND
PRODUKTION UND MATERIAL
ponenten zur Verfügung stehen. Arbeitsmedium Wasserdampf mit
Für die Skalierung der Tesla-Turbine einem Druck von 1 MPa bei 320 °C Die Leistungsmessung der Turbine
wurde die Normzahlreihe 40 mit der und einem Massenstrom von 0,016 erfolgte an einem Turbinenversuchs-
Stufung 7 gewählt. Daraus resul- kg s -1. Nach der Entspannung in stand im Technikum für regenerative
tieren Turbinen mit der Leistung 1; der Turbine auf Umgebungsdruck, Energietechnik an der Technischen
2,2; 15; 25 und 50 kW (Holz 2014). soll das Arbeitsmedium noch eine Hochschule Wildau. Der Turbinenver-
Die konstruktive Auslegung erfolgte Temperatur von 125°C besitzen. suchsstand entspricht dem Clausius-
über ein geschriebenes Programm, Die Drehzahl des Rotors wurde mit Rankine-Wasser-Dampf-Kreislauf, be-
das anhand der thermodynamischen 21855 U min -1 bestimmt und stellte stehend aus einem Dampferzeuger,
Eingangsparameter (Arbeitsmedium, hohe Anforderungen an die Lager einem Überhitzer, der Turbine und
Temperatur, Druck) die Scheibenan- und Dichtungen. Aufgrund der ho- dem Kondensator. Das Wasser wird
zahl, Spaltbreite und den Durchmes- hen Gleitgeschwindigkeit zwischen durch die im Verdampfer integrierte
ser des Rotors ermittelte. Welle und Dichtung sind nur Koh- Speisewasserpumpe auf 1 MPa ver-
Die Wahl eines ersten Prototyps für leschwimmringdichtungen in der dichtet, bei 180°C verdampft und
die notwendigen Untersuchungen Lage, eine ausreichende Dichtheit anschließend mit dem Strömungs-
fiel auf die 2,2 kW Turbine, da diese zu gewährleisten. Die nachfolgen- überhitzer auf die Versuchstemperatur
von den geometrischen Abmaßen den Abbildungen zeigen den ferti- überhitzt. Durch eine Modulation des
und vom Gewicht gut zu handhaben gen Turbinenprototypen und einen Überhitzers kann die Dampftempera-
MANAGEMENT UND RECHT
ist. Der Rotor besteht aus 8 Scheiben Schnitt durch das dreidimensionale tur zwischen 180 und 350 °C stufen-
mit einem Durchmesser von 175 mm Modell. los eingestellt werden. Nach der Ent-
und einem Scheibenabstand von 0,5 spannung des Dampfes in der Turbine
THWildau
Wissenschaftliche Beiträge 2015 63
Abb. 3) Turbinenversuchsstand im Technikum für regenerative Energietechnik. Links: Realer Versuchsstand mit dem Tesla-Turbinen-Prototyp. Rechts: 3D-Modell des
Versuchsstandes.
gelangt der entspannte Dampf in den nicht einsatzbereit war. Aus diesem über die Dichte mit dem Druck gekop-
Kondensator, wo dieser kondensiert. Grund konnten die Messungen nur pelt und bei höherem Drücken kön-
Das entstandene Kondensat wird im mit Sattdampf erfolgen. Das bedeu- nen höhere Massenströme realisiert
Anschluss über einen Kondensathe- tet, dass der Auslegungspunkt nicht werden, die in einer Leistungszunah-
ber in den Vorlagetank des Verdamp- erreicht wird und somit die vollständi- me resultiert. Die generierte Leistung
fers rückgeführt. In dem aktuellen ge Turbinenleistung nicht abgerufen P einer Turbine ist in Gl. 2 dargestellt.
Aufbau wird ein Siemens-1FT5074- wird. Vor der Versuchsdurchführung Sie ist das Produkt aus Massenstrom
Drehstrom-Servomotor mit Inkre- wurde der Versuchsdruck am Ver- und Enthalpieabbau Δh.
mentalgeber ROD320 als Generator dampfer eingestellt und das System
verwendet, dessen erzeugter Strom auf Betriebstemperatur gebracht. An- Gl. 2)
in mehreren parallel geschalteten schließend wurde die Turbine in Be-
Ohm’schen Widerständen verbraucht trieb genommen. Erst nachdem der Abbildung 5 zeigt dies in Abhängig-
wird. Zur Ermittlung der thermody- statische Betriebszustand erreicht und keit vom Massenstrom. Auch hier ist
namischen Zustände des Arbeitsme- die Eingangsparameter nicht mehr va- zu erkennen, dass trotz leicht erhöhter
diums werden im Dampfkreislauf an riierten, wurden die entsprechenden Massenströme die erzielten Leistun-
mehreren Stellen Druck, Temperatur Messungen durchgeführt. gen mit dem Profileinsatz höher sind.
und Massenstrom gemessen. Die Mes- Insgesamt wurden 24 Messungen un- Es wird jedoch darauf verwiesen wer-
sung der Temperatur und des Druckes ter der Variation von Eingangsdruck den, dass die vollständige Leistung
erfolgt vor und nach der Turbine, um und Massenstrom getätigt. Während der Turbine nicht realisierbar war,
Aussagen zum Enthalpieabbau über der Versuchsdurchführung zeigte sich, da der Auslegungsmassenstrom von
den Turbinenkörper und damit die dass die angestrebte Drehzahl von 0,016 kg s-1 nicht erreicht wurde.
Leistung zu tätigen. Der Massenstrom 21855 U min-1 nicht erreicht wird. Dies
des Dampfes wird mittels eines Vor- bedeutet, dass der Profileinsatz und Der isentrope Turbinenwirkungsgrad
tex- Strömungssensor hinter dem Ver- die Profile nicht optimal wirken und ist das Maß, wie effizient eine Turbine
dampfer bestimmt. dass mit einer geminderten Effizienz die angebotene Energie umsetzt. Er ist
gerechnet werden muss. Die Ergebnis- das Verhältnis von gewandelter Ener-
4. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG/ se aus den Versuchen sind in den fol- gie zur idealen Energieumsetzung. In
ERGEBNISSE genden Abbildungen dargestellt. Ab- diesem Fall sind es die spezifischen
bildung 4 zeigt die erreichte Leistung Enthalpiedifferenzen des Arbeitsmedi-
Die Ziele der Versuchsdurchführung in Abhängigkeit vom Eingangsdruck ums vor und nach der Turbine, welche
sind die Ermittlung der Turbinenleis- und Enthalpieabbau. Es zeigt sich, für die Bestimmung genutzt werden
tung und des isentropen Wirkungs- dass die Leistung bei Verwendung ei- (vgl. Gl. 3).
grades sowie die Auswirkung des nes Profileinsatzes zunimmt. Dieses ist
Profileinsatzes auf die Leistungsgene- insbesondere bei hohem Einlassdrü-
rierung. Dazu wurden mehrere Versu- cken erkennbar. Die Leistungssteige- Gl. 3)
che unter der systematischen Variati- rung beträgt hier bis zu 200 W.
on der Eingangsparameter Druck und
Massenstrom durchgeführt. Untersu- Weiterhin ist erkennbar, dass mit der Wobei hTin die spezifische Enthalpie am
chungen mit Variation der Eingangs- Steigerung des Einlassdruckes die Turbineneinlass, hTout die über Druck
temperatur konnten nicht durchge- generierte Leistung zunimmt. Die Ur- und Temperatur ermittelte und hTou-
führt werden, da der Überhitzer zum sache hierfür liegt in der Dichte des tideal die ideale spezifische Enthalpie
Zeitpunkt der Versuchsdurchführung Arbeitsmediums. Der Massenstrom ist am Auslass der Turbine repräsentieren.
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bar
ANGEWANDTE BIOWISSENSCHAFTEN
9.0
8.5
8.0
1200 7.5
1000
W 800 8 7.0
600 6.5
7 bar
110 6.0
kJ 6 W
kg 120 800 900 1000 1100 1200 1300
Profileinsatz Hohlwelle
Abb. 4) Turbinenleistung in Abhängigkeit vom Eingangsdruck.
Nach dieser Methode wurde für die bau ermöglicht und damit die Leistung Arbeitsmediums eine geringere Ein-
Tesla-Turbine ein isentroper Wirkungs- und Effizienz der Turbine erhöht. Hier trittsgeschwindigkeit zur Folge, wor-
grad von 0,38 mit und Profileinsatz ist zu betonen, dass der Profileinsatz aus eine geringere Drehzahl resultiert.
und 0,3 für die Hohlwelle ermittelt. für eine weitaus höhere Nenndreh- Bezogen auf den erreichten isentro-
INFORMATIK / TELEMATIK
zahl ausgelegt wurde, als in den Ver- pen Wirkungsgrad der Turbine ist an-
5. DISKUSSION suchen erreicht wurde. Das bedeutet, zumerken, dass dieser an die Ergebnis-
es kommt weiterhin zur Wirbelbildung se von Rice herankommt (Rice 1965).
Obwohl die Messungen im Sattdampf- am Auslass. Ein Grund für die dennoch Das lässt einen optimistischen Blick in
bereich durchgeführt wurden und der erfolgte Leistungssteigerung ist aus die weiterführende Entwicklung die-
eigentliche Betriebspunkt (320°C, 1 Abbildung 1, links ersichtlich. Im Ro- ses Turbinentyps zu.
MPa, 0,016 kg s-1) nicht erreicht wur- tationszentrum bildet sich ein Wirbel,
de, zeigte sich eine zufriedenstellende der weit in den Turbinenköper hinein- 6. AUSBLICK
Übereinstimmung mit den angenom- geht. Durch das Montieren eines Ein-
menen Konstruktionsparametern. satzes wird der Querschnitt des Aus- Die ersten Versuche erfolgten mit ei-
Die bisher bestimmten Teillastwerte lasses verringert und die Erzeugung nem zufriedenstellenden Ergebnis, auf
lassen unter der Voraussetzung einer dieses Wirbels unterbunden. denen weitere Untersuchungen fol-
linearen Leistungsentwicklung – wie Ein weiterer Einflussfaktor auf die gen werden, um diesen Turbinentyp
sie aus Abbildung 4 und 5 ersichtlich Drehzahl ist der Düsenverlust, der in ein Serienprodukt zu überführen.
ist – den Schluss zu, dass die Turbine die durch die Düsengeometrie verursacht Die nächsten unmittelbaren Schritte
angestrebte Nennleistung von 2,2 kW wird. Diese ist für den Betrieb Was- sind neben der Drehzahlsteigerung
am Auslegungspunkt erreichen wird. serdampf bei 320°C und 10 bar aus- auch der Betrieb der Turbine mit über-
PRODUKTION UND MATERIAL
Weiterhin zeigte sich, dass der Profi- gelegt. Eine Abweichung davon hat hitztem Wasserdampf, um Messungen
leinsatz einen höheren Enthalpieab- aufgrund einer geänderten Dichte des am Auslegungspunkt durchzuführen.
kg
h
40
30
1200
1000 35 20
W 800
600 30
10
kg
110 25
h
kJ W
120 20 0
kg 800 900 1000 1100 1200 1300
Profileinsatz Hohlwelle
MANAGEMENT UND RECHT
Abb. 5) Turbinenleistung in Abhängigkeit des Massenstroms.
THWildau
Wissenschaftliche Beiträge 2015 65
Wenn die Untersuchungen mit Was- AUTOREN
serdampf abgeschlossen sind, sollen
Roberto Lisker M. Eng.
die Versuche – nach einer Anpassung Technische Hochschule Wildau
roberto.lisker@th-wildau.de
der Turbine – mit n-Hexan als orga-
nisches Arbeitsmedium wiederholt Prof. Dr.-Ing. Udo Hellwig
Technische Hochschule Wildau
werden, um das eigentliche Ziel – die
udo.hellwig@th-wildau.de
Entwicklung einer Turbine für ORC-
Prof. Dr. rer. nat. Franz-Xaver Wildenauer
Prozesse – zu erreichen. Für diese
Technische Hochschule Wildau
Versuche sind Modifikationen am Ver- franz.wildenauer@th-wildau.de
suchsstand und der Turbine notwen-
dig, da neben den geänderten Massen
und Wärmeströmen auch Sicherheits-
auflagen bezüglich Explosionsgefahr,
Entflammbarkeit und Umweltverträg-
lichkeit umgesetzt werden müssen.
LITERATUR
Anonymus (1911) The Tesla Steam Turbine. The Rotary
Heat Motor Reduced to Its Simplest Terms. Sci Am
14(105):296 – 297
Armstrong JH (1952) An investigation of the
performance of a modified Tesla Turbine. Master
Thesis, Georgia Institute of Technology
Holz C (2014) Ansätze zur serientechnischen Auslegung
von Tesla-Turbinen. Bachelorarbeit, Technische
Hochschule Wildau
Lisker R (2009) Numerische Strömungsuntersuchungen
an einer Tesla Turbine. Diplomarbeit, Technische
Hochschule Wildau
Meller R (2013) Strömungstechnische Untersuchung der
Eintritts- und Austrittsströmung an einer Scheibenturbi-
ne. Bachelorarbeit, Technische Hochschule Wildau
Nendl D (1966) Eine theoretische Betrachtung der
Reibungsturbomaschinen von Nikola Tesla.
Dissertation, RWTH Aachen
Pannasch T (2011) Auslegung und Entwurf einer
Teslaturbine einschließlich einer Leistungsmesseinrich-
tung. Diplomarbeit, Technische Hochschule Wildau
Quoilin S, Van Den Broek M, Declaye S, Dewallef P,
Lemort V (2013) Techno-economic survey of Organic
Rankine Cycle (ORC) systems. Renew Sustain Energ Rev
22:168–186. doi: 10.1016/j.rser.2013.01.028
Rice W (1965) An Analytical and Experimental Investiga-
tion of Multiple-Disk Turbines. J Eng Gas Turbines Power
87(1):29. doi: 10.1115/1.3678134
Rice W (1991) Tesla Turbomachinery. Proc IV Internatio-
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lavia. http://www.gyroscope.com/images/teslaturbine/
TeslaTurboMachinery.pdf. Accessed 01 Aug 2014
Tesla N (1911) Turbine. Patent Application US 1,061,206,
17 Jan 1911
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