Турбината на Тесла е изобретена от Никола Тесла през 1909 г. Това е специална категория турбини, които нямат лопатки. За разлика от други турбини като Kaplan и т.н., тази турбина има ограничени и специфични приложения. Но поради съображенията си за дизайн, тя е една от универсалните турбини. Неговото изобретение е довело до много основни инженерни приложения. Работи на принципа на ефекта на граничния слой, където поради въздушния поток турбината се върти. Най-добрата част от тази турбина е, че тя може да постигне ефективност до 80%. Диапазонът на скоростта му може да бъде достигнат до нивото от 80 000 об / мин за малки номинални машини. По-конкретно, тази турбина не може да се използва в електроцентрала операции, но може да се използва за общи приложения като помпи и др.
Диаграма на турбината на Тесла
Основната структура на турбината на Тесла е показана на фигурата. Състои се от турбина без лопатки, която има вход през дюзата на въздушната тръба. Тялото на турбината има два изхода, единият е за входящия въздух, а другият за изходящия въздух. Освен това въртящият се диск се състои от 3 до 4 слоя, които са свързани заедно. Между слоевете има тънка въздушна междина, където въздухът се предава с много висока скорост.
Турбина на Тесла
Въртящият се диск има две повърхности, външна и задна страна. И в двата аспекта няма възможност въздухът да тече извън корпуса на турбината. Въздухът може да влезе само през входящата тръба и да излезе през изходната тръба. Тялото на турбината се състои от множество дискови ротори, които са свързани заедно. Всички роторни дискове са свързани заедно на общ вал, където дискът може да се върти.
Има външен корпус за поставяне на дисковете. Дисковете обикновено са свързани чрез болтове. Предният и задният край имат изходни отвори за отработени газове, през които въздухът може да излезе от корпуса на турбината. Поставянето на отворите е направено така, че да се създаде водовъртеж на входящия въздух.
Теория на турбините на Тесла
Входът към лопатките на ротора е въздух с високо налягане. Използване на въздушен маркуч, който е свързан към входа на турбина , въздухът е влязъл в тялото, което се състои от роторни дискове, които са поставени върху вала и могат лесно да се въртят. Когато въздухът навлиза в корпуса на турбината, той е принуден да създаде вихър поради формата на турбината.
Вихър означава въртяща се маса въздух като във водовъртеж или вихър. Поради създаването на вихър, въздухът е в състояние да се върти с много високи скорости. Образуването на вихър е от основно значение поради конструкцията на турбината. Шрифтът и корпусът на задния капак на турбината са поставени така, че въздухът трябва да излиза през отворите в предните и задните капаци.
Излизането на въздуха в тази природа създава водовъртеж. И кара турбината да се върти. Когато въздушните молекули преминат през диска, те създават съпротивление върху диска. Това съпротивление дърпа турбината надолу и я кара да се върти. Може да се отбележи, че турбината може да се върти и в двете посоки. Зависи само коя входяща тръба се използва за подаване на въздух.
Дизайн на турбина на Тесла
Дизайнът се състои от две входящи тръби, от които едната е свързана към тръбата за въздушен маркуч. От двата входа всеки може да се използва като вход. Вътре в корпуса са поставени роторните дискове, които са свързани заедно с помощта на болтове. Всички дискове са поставени на един общ вал, който е свързан с външното тяло.
Например, ако се използва като помпа, тогава валът е свързан към двигателя. Между дисковете има тънка въздушна междина, където въздухът тече и кара дисковете да се въртят. Поради въздушната междина въздушните молекули са в състояние да създадат съпротивление върху диска. Предният и задният капак имат 4-5 отвора, през които входящият въздух може да бъде преминат в атмосферата. Дупките са поставени така, че се създава вихър и въздухът може да се върти с много висока скорост.
Дизайн на турбина
Благодарение на този високоскоростен въздух, той упражнява високоскоростно съпротивление върху диска и кара диска да се върти с много високи скорости. Дисковата междина е един от критичните параметри за конструкцията и ефективността на турбината. Оптималният размер на процепа, необходим за поддържане на слоя на процепа, зависи от периферна скорост на диска.
Проектни изчисления на турбина
Много аспекти на дизайна са важни за постигане на висока ефективност. Някои от основните проектни изчисления са
Работната течност или входящият въздух трябва да имат минимално налягане. Ако е вода, тогава се очаква налягането да бъде най-малко 1000 кг на метър куб. Периферната скорост трябва да бъде 10e-6 метра квадратни в секунда.
Разстоянието между диска се изчислява въз основа на ъгловата скорост и периферната скорост на диска. Зависи от параметъра pollhausen, който постоянно се основава на скоростите. Дебитът за всеки диск се изчислява като произведение на площта на напречното сечение на всеки диск и скоростта. Въз основа на данните се изчислява броят на дисковете. Отново, диаметърът на диска също е важен, за да има добра ефективност.
Ефективност на турбината на Тесла
Ефективността се определя от съотношението на мощността на изходящия вал към мощността на входящия вал. Това се изразява като
Ефективността зависи от много фактори като диаметъра на вала, скоростта на лопатките, броя на лопатките, натоварването, свързано към вала и др. Като цяло ефективността на турбината е висока в сравнение с други конвенционални турбини. За малки приложения ефективността може да достигне дори до 97%.
Как работи турбината?
Турбината на Тесла работи по концепцията за граничния слой. Състои се от два входа. По принцип водата на въздуха се използва като вход за турбината. Тялото на турбината се състои от роторни дискове, които са свързани заедно с помощта на болтове. Всички дискове са поставени на общ вал. Корпусът на турбината се състои от два корпуса, отпред и отзад. Във всеки корпус има 4 до 4 отвора. Всички тези фактори като броя на дисковете, диаметъра на диска и т.н. играят важна роля при оценката на ефективността на турбината.
Турбина работи
Когато въздухът се остави да тече през маркуча, той навлиза в корпуса на турбината. Вътре в корпуса на турбината са поставени дискове, които са свързани помежду си. Между дисковете има тънка въздушна междина. Когато въздушните молекули навлязат в тялото на турбината, те упражняват съпротивление върху дисковете. Поради това влачене дисковете започват да се въртят.
Предната и задната обвивки се състоят от отвори, така че когато въздухът влезе, той излиза през тези отвори. Дупките са поставени така, че в тялото на диска да се установи водовъртеж от въздух или вода. Което кара въздуха да упражнява по-голямо съпротивление върху дисковете. Това кара дисковете да се въртят с много висока скорост.
Зоната на контакт между вихъра и дисковете е ниска при ниски скорости. Но докато въздухът набира скорост, този контакт се увеличава, което позволява на дисковете да се въртят с много висока скорост. Центробежната сила на дисковете се опитва да изтласка въздуха навън. Но въздухът няма път, освен дупките на предната и задната обвивка. Това прави изхода на въздуха и вихърът става по-силен. Скоростта на дисковете е почти равна на скоростта на въздушния поток.
Предимства и недостатъци на турбината Tesla
Предимствата са
- Много висока ефективност
- Производствените разходи са по-малко
- Опростен дизайн
- Може да се върти в двете посоки
Недостатъците са
- Не е възможно за приложения с висока мощност
- За висока ефективност дебитът трябва да е малък
- Ефективността зависи от входа и изхода на работните течности.
Приложения
Турбината на Tesla поради своята изходна мощност и спецификации има ограничени приложения. Някои от тях са споменати по-долу.
- Компресия на течности
- Помпи
- Лопаткови турбинни приложения
- Кръвни помпи
Следователно видяхме конструктивните аспекти, принципа на работа, дизайна и приложенията на турбините на Tesla. Основният му недостатък е, тъй като е компактен и с малки размери, има ограничени приложения в сравнение с конвенционалните турбини като турбината Kaplan. Тъй като ефективността му е много висока, трябва да се мисли как Турбини на Тесла може да бъде направено да има големи приложения като в електроцентралите. Това би било голям тласък за ниско ефективните инсталации.
