The strength and dynamic analysis of the prototype of Tesla turbine

• Autorzy: Bagiński P. , Jędrzejewski Ł.

Warianty tytułu

PL

Badania wytrzymałościowe i dynamiczne prototypu turbiny Tesli

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents the strength and modal analysis of the rotor model of the Tesla micro-turbine. The calculations were made in order to verify the design of multi-disc turbine’s rotor before production process. Two commercial solvers were used independently, which are capable to deal with problems of solid state physics – Abaqus and Ansys Mechanical with Workbench software. The comparison of results from two applications aimed at checking solvers’ applicability in the present case. Preliminary analysis was carried out in Abaqus software. The calculations were performed assuming perfect bearing stiffness for different rotation speeds. A more detailed analysis was made in Ansys Mechanical software using structure analysis modules to determine the stresses in the structure which arise as a consequence of rotor’s rotational motion. Subsequently, it was followed up with modal analysis results. Additionally the parameters of selected bearings were determined and modal analysis took into account the stiffness corresponding to individual rolling bearings.

PL

W niniejszej artykule przedstawiono wyniki analizy wytrzymałościowej i dynamicznej prototypu modelu wirnika mikroturbiny Tesli. Analizy zostały przeprowadzone w celu sprawdzenia i weryfikacji projektu wielodyskowego wirnika turbiny Tesli przed etapem produkcyjnym. Obliczenia zostały przeprowadzone niezależnie przy pomocy dwóch komercyjnych solwerów do analizy mechaniki ciała stałego - Abaqus oraz Ansys Mechanical w środowisku Workbench. Porównanie wyników z dwóch aplikacji ma na celu wzajemną weryfikację stosowalności solwerów do omawianego przypadku. Wstępna analiza została wykonana w programie Abaqus. Obliczenia zostały wykonane przy założeniu całkowitej sztywności łożysk i zadanej prędkości obrotowej. Dokładna analiza została wykonana w programie Ansys Mechanical w środowisku Workbench przy wykorzystaniu modułów do analizy strukturalnej w celu wyznaczenia wstępnego stanu naprężeń będącego konsekwencją ruchu obrotowego wirnika oraz modułu analizy modalnej. Dodatkowo wyznaczono parametry wstępnie dobranych łożysk i wykonano analizę modalną uwzględniającą sztywności właściwe dla zastosowanych typów poszczególnych łożysk tocznych.

Słowa kluczowe

EN

turbine dynamics; strength; Tesla turbine; modal analysis

PL

dynamika turbin; wytrzymałość; turbina Tesli; analiza modalna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 16, No. 3
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bagiński P.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Turbine Dynamics and Diagnostics Department, Fiszera 14, 80-231 Gdansk, Poland, Work phone: [phone]

autor

Jędrzejewski Ł.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Turbine Department, Fiszera 14, 80-231 Gdansk, Poland, Work phone: [phone]

Bibliografia

• [1] Tesla N. Turbine. Ptent No: 1,061,206, United States Patent Office of New York, 6 May 1913.
• [2] Rice W. Tesla Turbomachinery. Conference Proceedings of the 4th International Tesla Symposium, Serbian Academy of Sciences and Arts. September 22-25, 1991, strony 117-125.
• [3] Hicks, Keneth. Method of and apparatus for a multistage bounadry layer engine and process cell. Patent No: 6,973,792 B2 United States Patent Office, 13 December, 2005.
• [4] Jędrzejewski Ł., Lampart P. Investigations of aerodynamics of tesla Bladeless microturbines. Journal Of Theoretical And Applied Mechanics. No 49, 2, pp. 477-499, Warsaw 2011.
• [5] Krzemiński-Freda H. Łożyska toczne. wyd. II zmienione. Warsaw : PWN, 1989.
• [6] NSK. Super Precision Bearings - Łożyska Superprecyzyjne.