Tesla-turbiinin käytettävyys
Kuru, Hanna (2022)
Kandidaatintyö
Kuru, Hanna
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022051234937
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022051234937
Tiivistelmä
Tesla-turbiini on vanha keksintö, jota ei ole onnistuttu vielä hyödyntämään käytännössä. Pienen kokoluokan energiantuotantoratkaisujen kasvavan kysynnän myötä Tesla-turbiini on noussut viime vuosina uudelleen tutkimuskohteeksi. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tutkia Tesla-turbiinin käytettävyyttä tutustumalla sen ominaisuuksiin. Työssä selvitetään Tesla-turbiinin mahdollisuuksia ja sen käyttökohteita. Tutkimuksessa verrataan Tesla-turbiinia yleisesti käytettyihin turbiineihin, jotta saataisiin näkökulmaa tutkimuksen tuloksille.
Tutkimus toteutetaan kirjallisuuskatsauksen avulla. Verkkotietokannoista etsitään Tesla-turbiinia koskevaa kirjallisuutta. Tietoa etsitään ominaisuuksista ja käyttökohteista. Lähteiden luotettavuus otetaan huomioon luotettavuustarkastelun avulla.
Tesla-turbiinilla on monia houkuttelevia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä kiinnostavan turbiinivaihtoehdon, kun verrataan yleisesti käytettyihin turbiineihin. Esimerkiksi yksinkertainen rakenne ja laaja väliaineiden valikoima ovat hyödyllisiä ominaisuuksia. Alhainen tehokkuus ja huono hyötysuhde ovat Tesla-turbiinin suurimmat ongelmat. Tesla-turbiinin hyötysuhde on parhaimmillaan sen toimiessa matalalla tehoalueella, ja siksi se soveltuu käytettäväksi vain pienitehoissa prosesseissa. Erityisesti pienitehoisen orgaanisen Rankine kiertoprosessin (ORC) uskotaan olevan mahdollinen käyttökohde Tesla-turbiinille.
Yleisesti käytetyille turbiineille Tesla-turbiinista ei ole korvaajaa, mutta se voisi soveltua vaihtoehdoksi pienille volumetrisille turbiineille. Kuitenkin ongelmat tehokkuudessa hidastavat Tesla-turbiinin käyttöönottoa, eikä sitä ole voitu hyödyntää kaupallisessa tarkoituksessa. Tesla-turbiini kaipaa vielä lisää kehitystä. The Tesla turbine is an old invention, but it has not been able to apply in use. An increase in demand for low-grade energy sources has drawn attention to the Tesla turbine in recent years. This bachelor’s thesis aims to study the usability of the Tesla turbine through its features. In this thesis, the possibilities and applications of the Tesla turbine are studied. The Tesla turbine is compared to conventional turbines to acquire perspective for the results.
The study is conducted as a literature review. The literature about the Tesla turbine is searched on online databases such as LUT Primo and Scopus. The usability and applications of the Tesla turbines are researched. Reliability and validity are considered by a reliability review.
The Tesla turbine has many interesting features. Its structure is very unsophisticated, so the construction is simple, and manufacturing costs are low. The selection of working fluids is extensive. Low power and efficiency are the main weaknesses of the Tesla turbine. The Tesla turbine reaches its peak efficiency in low power applications, so it can be utilized only in small processes. A small-scale system using the Organic Rankine cycle (ORC) is proposed to be a possible application for the Tesla turbine.
The Tesla turbine cannot compete with conventional turbines, but it could be used alongside small volumetric turbines. However, low efficiency is a big obstacle to the usage of the Tesla turbine. The Tesla turbine needs more development and research before it could be utilized commercially.
Tutkimus toteutetaan kirjallisuuskatsauksen avulla. Verkkotietokannoista etsitään Tesla-turbiinia koskevaa kirjallisuutta. Tietoa etsitään ominaisuuksista ja käyttökohteista. Lähteiden luotettavuus otetaan huomioon luotettavuustarkastelun avulla.
Tesla-turbiinilla on monia houkuttelevia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä kiinnostavan turbiinivaihtoehdon, kun verrataan yleisesti käytettyihin turbiineihin. Esimerkiksi yksinkertainen rakenne ja laaja väliaineiden valikoima ovat hyödyllisiä ominaisuuksia. Alhainen tehokkuus ja huono hyötysuhde ovat Tesla-turbiinin suurimmat ongelmat. Tesla-turbiinin hyötysuhde on parhaimmillaan sen toimiessa matalalla tehoalueella, ja siksi se soveltuu käytettäväksi vain pienitehoissa prosesseissa. Erityisesti pienitehoisen orgaanisen Rankine kiertoprosessin (ORC) uskotaan olevan mahdollinen käyttökohde Tesla-turbiinille.
Yleisesti käytetyille turbiineille Tesla-turbiinista ei ole korvaajaa, mutta se voisi soveltua vaihtoehdoksi pienille volumetrisille turbiineille. Kuitenkin ongelmat tehokkuudessa hidastavat Tesla-turbiinin käyttöönottoa, eikä sitä ole voitu hyödyntää kaupallisessa tarkoituksessa. Tesla-turbiini kaipaa vielä lisää kehitystä.
The study is conducted as a literature review. The literature about the Tesla turbine is searched on online databases such as LUT Primo and Scopus. The usability and applications of the Tesla turbines are researched. Reliability and validity are considered by a reliability review.
The Tesla turbine has many interesting features. Its structure is very unsophisticated, so the construction is simple, and manufacturing costs are low. The selection of working fluids is extensive. Low power and efficiency are the main weaknesses of the Tesla turbine. The Tesla turbine reaches its peak efficiency in low power applications, so it can be utilized only in small processes. A small-scale system using the Organic Rankine cycle (ORC) is proposed to be a possible application for the Tesla turbine.
The Tesla turbine cannot compete with conventional turbines, but it could be used alongside small volumetric turbines. However, low efficiency is a big obstacle to the usage of the Tesla turbine. The Tesla turbine needs more development and research before it could be utilized commercially.