Turbínu Tesla vynašiel Nikola Tesla v roku 1909. Je to špeciálna kategória turbín, ktoré nemajú žiadne lopatky. Na rozdiel od iných turbín, ako je Kaplan atď., Má táto turbína obmedzené a špecifické použitie. Ale vďaka svojim konštrukčným úvahám patrí medzi univerzálne turbíny. Jeho vynález viedol k mnohým hlavným inžinierskym aplikáciám. Funguje na princípe efektu medznej vrstvy, kde sa v dôsledku prúdenia vzduchu turbína otáča. Najlepšie na tejto turbíne je, že môže dosiahnuť účinnosť až 80%. Jeho rozsah otáčok je možné pri malých strojoch dosiahnuť až na úroveň 80 000 ot./min. Konkrétne sa toto prevýšenie turbíny používa v elektráreň ale je možné ich použiť na všeobecné aplikácie, ako sú čerpadlá atď.
Schéma turbíny Tesla
Základná štruktúra turbíny Tesla je znázornená na obrázku. Skladá sa z turbíny bez lopatiek, ktorá má vstup cez dýzu vzduchového potrubia. Telo turbíny má dva výstupy, jeden je určený na prívod vzduchu a druhý na výstup vzduchu. Okrem toho rotujúci disk pozostáva z 3 až 4 vrstiev, ktoré sú navzájom spojené. Medzi vrstvami, kde vzduch prechádza veľmi vysokou rýchlosťou, je tenká vzduchová medzera.
Teslova turbína
Rotujúci disk má dve tváre, vonkajšiu a zadnú stranu. V obidvoch aspektoch neexistuje priestor pre prúdenie vzduchu mimo telesa turbíny. Vzduch môže vstupovať iba cez sacie potrubie a uvoľňovať sa cez výstupné potrubie. Telo turbíny pozostáva z viacnásobného diskového rotora, ktorý je spojený dohromady. Všetky disky rotora sú spojené dohromady na spoločnom hriadeli, kde sa disk môže otáčať.
Na umiestnenie diskov je vonkajšie puzdro. Disky sú zvyčajne spojené pomocou skrutiek. Predná časť a zadná časť majú výstupné výstupné otvory, cez ktoré môže vzduch vystupovať z tela turbíny. Umiestnenie otvorov sa vykonáva tak, aby sa vytvoril vír nasávaného vzduchu.
Teória turbíny Tesla
Vstupom do listov rotora je vzduch pod vysokým tlakom. Pomocou vzduchovej hadice, ktorá je pripojená k vstupu do turbína , je vzduch privádzaný do telesa, ktoré pozostáva z rotorových diskov, ktoré sú umiestnené na hriadeli a dajú sa ľahko otáčať. Keď vzduch vstupuje do krytu turbíny, je nútený vytvárať vír vďaka tvaru turbíny.
Vortex znamená víriaca sa masa vzduchu ako vo vírivke alebo víchrici. Vďaka vytvoreniu víru je vzduch schopný rotovať pri veľmi vysokých rýchlostiach. Vytvorenie víru je zásadné z dôvodu konštrukcie turbíny. Typ písma a telo zadného krytu turbíny sú umiestnené tak, aby vzduch musel unikať cez otvory prítomné v prednom a zadnom kryte.
Výstup vzduchu v tejto prírode vytvára vír vzduchu. A robí turbínu rotujúcou. Keď molekuly vzduchu prechádzajú diskom, vytvárajú na disku odpor. Tento odpor ťahá turbínu dole a núti ju rotovať. Je možné poznamenať, že turbína sa môže otáčať v oboch smeroch. Záleží len na tom, ktoré sacie potrubie sa používa na prívod vzduchu.
Dizajn turbíny Tesla
Konštrukcia pozostáva z dvoch prívodných potrubí, z ktorých je jedna spojená s potrubím vzduchovej hadice. Z dvoch vstupov je možné ako vstup použiť ktorýkoľvek. Vo vnútri tela sú umiestnené disky rotora, ktoré sú navzájom spojené pomocou skrutiek. Všetky disky sú umiestnené na jednom spoločnom hriadeli, ktorý je spojený s vonkajším telom.
Napríklad, ak sa používa ako čerpadlo, je hriadeľ pripojený k motoru. Medzi diskami je tenká vzduchová medzera, kde prúdi vzduch a disky sa otáčajú. Vďaka vzduchovej medzere sú molekuly vzduchu schopné vytvárať na disku odpor. Predný a zadný kryt majú 4 až 5 otvorov, cez ktoré je možné prechádzať nasávaný vzduch do atmosféry. Otvory sú umiestnené tak, aby sa vytvoril vír a vzduch sa mohol otáčať veľmi vysokou rýchlosťou.
Dizajn turbíny
Vďaka tomuto vysokorýchlostnému vzduchu vyvíja na disk vysokorýchlostný odpor a spôsobuje, že sa disk otáča veľmi vysokou rýchlosťou. Medzera disku je jedným z rozhodujúcich parametrov pre konštrukciu a účinnosť turbíny. Optimálna veľkosť medzery potrebná na udržanie vrstvy medzery závisí od periférna rýchlosť disku.
Výpočty návrhu turbíny
Pre dosiahnutie vysokej účinnosti je dôležitých veľa dizajnových aspektov. Niektoré z hlavných výpočtov návrhu sú
Pracovná kvapalina alebo privádzaný vzduch musia mať minimálny tlak. Ak je to voda, potom sa očakáva tlak najmenej 1 000 kg na meter kocky. Obvodová rýchlosť musí byť 10 e-6 metrov štvorcových za sekundu.
Medzera medzi diskom sa počíta na základe uhlovej a periférnej rýchlosti disku. Závisí to od parametra pollhausen, ktorý je neustále založený na rýchlostiach. Prietoková rýchlosť pre každý disk sa počíta ako súčin plochy prierezu každého disku a rýchlosti. Na základe údajov sa odhaduje počet diskov. Z dôvodu dobrej účinnosti je opäť dôležitý aj priemer disku.
Účinnosť turbíny Tesla
Účinnosť je daná pomerom výkonu výstupného hriadeľa k výkonu vstupného hriadeľa Jeho je vyjadrená ako
Účinnosť závisí od mnohých faktorov, ako je priemer hriadeľa, rýchlosť lopatiek, počet lopatiek, zaťaženie spojené s hriadeľom atď. Účinnosť turbíny je všeobecne vysoká v porovnaní s inými konvenčnými turbínami. U malých aplikácií môže účinnosť dosiahnuť až 97%.
Ako funguje Turbine?
Teslova turbína pracuje na koncepcii medznej vrstvy. Skladá sa z dvoch prívodov. Všeobecne sa voda vzduchu používa ako vstup do turbíny. Telo turbíny pozostáva z kotúčov rotora, ktoré sú navzájom spojené pomocou skrutiek. Všetky disky sú umiestnené na spoločnom hriadeli. Telo turbíny sa skladá z dvoch puzdier, predného krytu a zadného krytu. V každom plášti sú 4 až 4 otvory. Všetky tieto faktory, ako je počet diskov, priemer disku atď., Hrajú dôležitú úlohu pri hodnotení účinnosti turbíny.
Turbína pracuje
Keď je vzduch umožnený prúdeniu cez hadicové potrubie, vstupuje do tela turbíny. Vo vnútri tela turbíny sú umiestnené disky, ktoré sú navzájom spojené. Medzi diskami je tenká vzduchová medzera. Keď molekuly vzduchu vstúpia do tela turbíny, vyvíjajú tlak na disky. Vďaka tomuto odporu sa disky začnú otáčať.
Predný a zadný kryt pozostávajú z otvorov, ktoré pri vstupe vzduchu cez tieto otvory vystupujú. Otvory sú umiestnené tak, aby sa v tele disku vytvoril vír vzduchu alebo vody. Čo spôsobí, že vzduch bude na disky vyvíjať väčší odpor. To spôsobí, že sa disky budú otáčať veľmi vysokou rýchlosťou.
Kontaktná plocha medzi vírom a diskami je pri nízkych rýchlostiach nízka. Ale ako vzduch získava rýchlosť, tento kontakt sa zvyšuje, čo umožňuje diskom otáčať sa veľmi vysokou rýchlosťou. Odstredivá sila diskov sa snaží vytlačiť vzduch smerom von. Ale vzduch nemá žiadnu cestu okrem otvorov na prednom a zadnom kryte. Vďaka tomu vyteká vzduch a vír sa stáva silnejším. Rýchlosť diskov sa takmer rovná rýchlosti prúdenia vzduchu.
Výhody a nevýhody turbíny Tesla
Výhody sú
- Veľmi vysoká účinnosť
- Výrobné náklady sú nižšie
- Jednoduchý dizajn
- Dá sa otočiť v oboch smeroch
Nevýhody sú
- Nie je to možné pre aplikácie s vysokým výkonom
- Pre vysokú účinnosť musí byť prietok malý
- Účinnosť závisí od prívodu a odtoku pracovných kvapalín.
Aplikácie
Turbína spoločnosti Tesla má vzhľadom na svoj výstupný výkon a technické parametre obmedzené využitie. Niektoré z nich sú uvedené nižšie.
- Stlačenie kvapalín
- Čerpadlá
- Lopatkové turbíny
- Krvné pumpy
Preto sme videli konštrukčné aspekty, pracovný princíp, dizajn a aplikácie Teslových turbín. Jeho hlavnou nevýhodou je, že je kompaktný a malých rozmerov, má obmedzené použitie oproti konvenčným turbínam, ako je napríklad Kaplanova turbína. Pretože jeho účinnosť je veľmi vysoká, treba si myslieť, že ako Turbíny Tesla môžu byť vyrobené tak, aby mali hlavné použitie ako v elektrárňach. To by bola veľká podpora pre nízko efektívne elektrárne.
