Turbina Tesli została wynaleziona przez Nikolę Teslę w 1909 roku. Jest to specjalna kategoria turbin, które nie mają żadnych łopatek. W przeciwieństwie do innych turbin, takich jak Kaplan itp., Turbina ta ma ograniczone i specyficzne zastosowania. Jednak ze względu na względy konstrukcyjne jest to jedna z wszechstronnych turbin. Jego wynalazek doprowadził do wielu ważnych zastosowań inżynieryjnych. Działa na zasadzie efektu warstwy granicznej, gdzie pod wpływem przepływu powietrza turbina obraca się. Najlepsze w tej turbinie jest to, że może ona osiągnąć sprawność do 80%. Jego zakres prędkości można osiągnąć do poziomu 80 000 obr / min dla małych maszyn znamionowych. W szczególności ta przechyłka turbiny jest używana w elektrownia operacji, ale może być używany do zastosowań ogólnych, takich jak pompy itp.
Schemat turbiny Tesli
Podstawową budowę turbiny Tesli pokazano na rysunku. Składa się z bezłopatkowej turbiny, która ma wejście przez dyszę przewodu powietrza. Korpus turbiny ma dwa wyloty, jeden służy do wlotu powietrza, a drugi do wylotu powietrza. Oprócz tego wirujący dysk składa się z 3 do 4 warstw, które są ze sobą połączone. Między warstwami jest cienka szczelina powietrzna, przez którą powietrze przepływa z bardzo dużą prędkością.
Turbina Tesli
Obracający się dysk ma dwie powierzchnie, zewnętrzną i tylną. W obu aspektach nie ma możliwości wypłynięcia powietrza poza korpus turbiny. Powietrze może dostać się tylko przez rurę wlotową i wypuścić przez rurę wylotową. Korpus turbiny składa się z połączonych ze sobą wirników wielotarczowych. Wszystkie tarcze wirnika są połączone ze sobą na wspólnym wale, na którym tarcza może się obracać.
Istnieje zewnętrzna obudowa do umieszczenia dysków. Dyski są zwykle połączone za pomocą śrub. Przód i tył mają otwory wylotowe spalin, przez które powietrze może wydostawać się z korpusu turbiny. Umieszczenie otworów odbywa się w taki sposób, że powstaje wir powietrza wlotowego.
Teoria turbiny Tesli
Wejście do łopatek wirnika to powietrze pod wysokim ciśnieniem. Za pomocą węża powietrza, który jest podłączony do wlotu turbina powietrze jest wprowadzane do korpusu, który składa się z tarcz wirnika, które są umieszczone na wale i można je łatwo obracać. Kiedy powietrze dostaje się do obudowy turbiny, jest zmuszane do tworzenia wirów ze względu na kształt turbiny.
Wir oznacza wirującą masę powietrza jak w wirze lub wichrze. Dzięki tworzeniu wiru powietrze może obracać się z bardzo dużą prędkością. Tworzenie się wiru ma fundamentalne znaczenie ze względu na konstrukcję turbiny. Czcionka i korpus osłony tylnej turbiny są umieszczone w taki sposób, że powietrze musi wydostawać się przez otwory znajdujące się w przedniej i tylnej pokrywie.
Wylot powietrza w tej naturze tworzy wir powietrza. I sprawia, że turbina się obraca. Kiedy cząsteczki powietrza przechodzą przez dysk, tworzą na nim opór. Ten hamulec ciągnie turbinę w dół i wprawia ją w obrót. Można zauważyć, że turbina może obracać się w obu kierunkach. Zależy to tylko od tego, która rura wlotowa jest używana do doprowadzania powietrza.
Konstrukcja turbiny Tesli
Konstrukcja składa się z dwóch rur wlotowych, z których jedna jest podłączona do rury węża powietrza. Każdy z dwóch wlotów może służyć jako wejście. Wewnątrz korpusu umieszczone są tarcze wirnika, które są połączone ze sobą za pomocą śrub. Wszystkie tarcze są umieszczone na jednym wspólnym wale, który jest połączony z korpusem zewnętrznym.
Na przykład, jeśli jest używany jako pompa, wówczas wał jest połączony z silnikiem. Pomiędzy tarczami jest cienka szczelina powietrzna, w której przepływa powietrze i wprawia tarcze w ruch obrotowy. Ze względu na szczelinę powietrzną cząsteczki powietrza mogą tworzyć opór na dysku. Przednia i tylna pokrywa ma 4-5 otworów, przez które wlotowe powietrze może być odprowadzane do atmosfery. Otwory są tak rozmieszczone, że tworzy się wir, a powietrze może obracać się z bardzo dużą prędkością.
Projekt turbiny
Z powodu tego szybkiego powietrza wywiera on opór przy dużej prędkości na tarczę i powoduje, że tarcza obraca się z bardzo dużą prędkością. Szczelina między tarczami jest jednym z krytycznych parametrów konstrukcji i sprawności turbiny. Optymalny rozmiar szczeliny wymagany do utrzymania warstwy szczeliny zależy od prędkość obwodowa dysku.
Obliczenia projektowe turbiny
Wiele aspektów projektowych jest ważnych dla osiągnięcia wysokiej wydajności. Oto niektóre z głównych obliczeń projektowych
Płyn roboczy lub powietrze wlotowe musi mieć minimalne ciśnienie. Jeśli jest to woda, spodziewane ciśnienie wynosi co najmniej 1000 kg na metr sześcienny. Prędkość obwodowa musi wynosić 10–6 metrów kwadratowych na sekundę.
Odstęp między dyskami jest obliczany na podstawie prędkości kątowej i prędkości obwodowej dysku. Zależy to od parametru Pollhausena, który jest stale oparty na prędkościach. Natężenie przepływu dla każdej tarczy jest obliczane jako iloczyn pola przekroju poprzecznego każdej tarczy i prędkości. Na podstawie danych szacowana jest liczba dysków. Ponownie, średnica tarczy jest również ważna dla uzyskania dobrej wydajności.
Wydajność turbiny Tesli
Sprawność jest wyrażona jako stosunek mocy wyjściowej na wale do wejściowej mocy na wale
Sprawność zależy od wielu czynników, takich jak średnica wału, prędkość łopatek, liczba łopatek, obciążenie na wale, itp. Ogólnie sprawność turbiny jest wysoka w porównaniu z innymi konwencjonalnymi turbinami. W przypadku małych aplikacji wydajność może sięgać nawet 97%.
Jak działa turbina?
Turbina Tesli pracuje nad koncepcją warstwy granicznej. Składa się z dwóch wlotów. Ogólnie woda z powietrza służy jako wlot do turbiny. Korpus turbiny składa się z tarcz wirnika, które są połączone ze sobą za pomocą śrub. Wszystkie dyski są umieszczone na wspólnym wale. Korpus turbiny składa się z dwóch obudów, obudowy przedniej i obudowy tylnej. W każdej obudowie znajdują się od 4 do 4 otworów. Wszystkie te czynniki, takie jak liczba dysków, średnica dysków itp., Odgrywają ważną rolę w ocenie sprawności turbiny.
Praca turbiny
Kiedy powietrze przepływa przez rurkę węża, wchodzi do korpusu turbiny. W korpusie turbiny umieszczone są połączone ze sobą tarcze. Pomiędzy tarczami jest cienka szczelina powietrzna. Kiedy cząsteczki powietrza dostają się do korpusu turbiny, wywierają opór na tarczach. Z powodu tego oporu dyski zaczynają się obracać.
Obudowa przednia i tylna składają się z otworów tak, że gdy wlatuje powietrze, wychodzi przez te otwory. Otwory są umieszczone tak, że w korpusie dysku tworzy się wir powietrza lub wody. Co powoduje, że powietrze wywiera większy opór na dyskach. Powoduje to obracanie się dysków z bardzo dużą prędkością.
Obszar kontaktu między wirem a dyskami jest mały przy małych prędkościach. Ale gdy powietrze nabiera prędkości, ten kontakt rośnie, co pozwala tarczom obracać się z bardzo dużą prędkością. Siła odśrodkowa dysków usiłuje wypchnąć powietrze na zewnątrz. Ale powietrze nie ma ścieżki, z wyjątkiem otworów w przedniej i tylnej obudowie. To sprawia, że powietrze wychodzi, a wir staje się silniejszy. Prędkość tarcz jest prawie równa prędkości przepływu powietrza.
Zalety i wady turbiny Tesli
Zalety są
- Bardzo wysoka wydajność
- Koszt produkcji jest mniejszy
- Prosty projekt
- Można go obracać w obu kierunkach
Wady są
- Niemożliwe do zastosowań o dużej mocy
- Aby uzyskać wysoką wydajność, natężenie przepływu musi być małe
- Wydajność zależy od dopływu i odpływu płynów roboczych.
Aplikacje
Turbina Tesli ze względu na swoją moc wyjściową i specyfikacje ma ograniczone zastosowania. Niektóre z nich są wymienione poniżej.
- Sprężanie cieczy
- Lakierki
- Zastosowania turbin łopatkowych
- Pompy krwi
Stąd widzieliśmy aspekty konstrukcyjne, zasadę działania, projekt i zastosowania turbin Tesli. Jego główną wadą jest to, że jest zwarty i mały, ma ograniczone zastosowania w porównaniu z konwencjonalnymi turbinami, takimi jak turbina Kaplana. Ponieważ jego wydajność jest bardzo wysoka, należy pomyśleć, że jak Turbiny Tesli mogą mieć duże zastosowania, np. w elektrowniach. To byłby wielki impuls dla mało wydajnych roślin.
