Турбина Тесла была изобретена Николой Тесла в 1909 году. Это особая категория турбин, у которых нет лопастей. В отличие от других турбин, таких как Каплан и т. Д., Эта турбина имеет ограниченное и конкретное применение. Но по конструктивным соображениям это одна из самых универсальных турбин. Его изобретение привело к множеству крупных инженерных приложений. Он работает по принципу эффекта пограничного слоя, где за счет воздушного потока турбина вращается. Лучшая часть этой турбины - это то, что она может достигать КПД до 80%. Его диапазон скоростей может достигать 80 000 об / мин для небольших машин. В частности, этот брус турбины используется в электростанция операций, но может использоваться для общих приложений, таких как насосы и т. д.
Схема турбины Тесла
Базовая конструкция турбины Тесла показана на рисунке. Он состоит из безлопастной турбины, вход которой осуществляется через сопло воздуховода. Корпус турбины имеет два выхода: одно для входа воздуха, а другое - для выхода воздуха. Кроме того, вращающийся диск состоит из 3-4 слоев, которые соединены между собой. Между слоями есть тонкий воздушный зазор, по которому воздух проходит с очень высокой скоростью.
Тесла Турбина
Вращающийся диск имеет две стороны: внешнюю и заднюю. В обоих аспектах воздух не может выходить за пределы корпуса турбины. Воздух может входить только через впускную трубу и выходить через выпускную трубу. Корпус турбины состоит из многодискового ротора, соединенного между собой. Все диски ротора соединены на общем валу, на котором диск может вращаться.
Имеется внешний корпус для размещения дисков. Диски обычно соединяются болтами. На передней и задней части имеются выпускные отверстия для выпуска воздуха, через которые воздух может выходить из корпуса турбины. Расположение отверстий выполнено таким образом, что создается водоворот поступающего воздуха.
Теория турбины Тесла
На лопасти ротора подается воздух под высоким давлением. Используя воздушный шланг, который подсоединяется к входному отверстию турбина воздух поступает в корпус, который состоит из дисков ротора, которые размещены на валу и могут легко вращаться. Когда воздух входит в корпус турбины, он вынужден создавать вихрь из-за формы турбины.
Вихрь означает кружащуюся массу воздуха, подобную водовороту или вихрю. Из-за создания вихря воздух может вращаться с очень высокой скоростью. Образование вихря является фундаментальным из-за конструкции турбины. Корпус и задняя крышка турбины расположены так, что воздух должен выходить через отверстия в передней и задней крышках.
Выход воздуха в этой природе создает вихрь воздуха. И заставляет турбину вращаться. Когда молекулы воздуха проходят мимо диска, они создают сопротивление на диске. Это сопротивление тянет турбину вниз и заставляет ее вращаться. Можно отметить, что турбина может вращаться в обоих направлениях. Это просто зависит от того, какая входная труба используется для ввода воздуха.
Конструкция турбины Tesla
Конструкция состоит из двух входных патрубков, одна из которых соединена с патрубком воздушного шланга. Из двух входов любой может быть использован в качестве входа. Внутри корпуса размещены диски ротора, которые соединяются между собой болтами. Все диски размещены на одном общем валу, который соединен с внешним корпусом.
Например, если он используется в качестве насоса, то вал соединяется с двигателем. Между дисками есть тонкий воздушный зазор, по которому воздух течет и заставляет диски вращаться. Благодаря воздушному зазору молекулы воздуха могут создавать сопротивление диску. Передняя и задняя крышка имеют 4-5 отверстий, через которые поступающий воздух может выходить в атмосферу. Отверстия расположены так, что создается вихрь, и воздух может вращаться с очень высокой скоростью.
Конструкция турбины
Благодаря этой высокоскоростной воздушной среде он оказывает на диск высокоскоростное сопротивление и заставляет диск вращаться с очень высокой скоростью. Зазор диска - один из критических параметров конструкции и эффективности турбины. Оптимальный размер зазора, необходимый для поддержания слоя зазора, зависит от периферийная скорость диска.
Расчет конструкции турбины
Многие аспекты дизайна важны для достижения высокой эффективности. Некоторые из основных проектных расчетов:
Рабочая жидкость или поступающий воздух должны иметь минимальное давление. Если это вода, то давление ожидается не менее 1000 кг на метр куб. Окружная скорость должна составлять 10-6 квадратных метров в секунду.
Зазор между диском рассчитывается на основе угловой скорости и окружной скорости диска. Это зависит от параметра Полльхаузена, который постоянно зависит от скоростей. Расход для каждого диска рассчитывается как произведение площади поперечного сечения каждого диска и скорости. На основании данных оценивается количество дисков. Опять же, диаметр диска также важен для обеспечения хорошей эффективности.
КПД турбины Тесла
КПД определяется отношением мощности выходного вала к мощности входного вала. Его значение выражается как
Эффективность зависит от многих факторов, таких как диаметр вала, скорость лопастей, количество лопастей, нагрузка, подключенная к валу, и т. Д. В общем, эффективность турбины высока по сравнению с другими обычными турбинами. Для небольших приложений эффективность может достигать даже 97%.
Как работает турбина?
Турбина Тесла работает по концепции пограничного слоя. Он состоит из двух входов. Обычно вода или воздух используется в качестве входа в турбину. Корпус турбины состоит из дисков ротора, соединенных между собой болтами. Все диски размещены на общем валу. Корпус турбины состоит из двух корпусов: переднего и заднего. В каждом корпусе от 4 до 4 отверстий. Все эти факторы, такие как количество дисков, диаметр диска и т. Д., Играют важную роль в оценке эффективности турбины.
Турбина работает
Когда воздух проходит через шланговую трубу, он попадает в корпус турбины. Внутри корпуса турбины размещены диски, которые соединены между собой. Между дисками есть тонкий воздушный зазор. Когда молекулы воздуха входят в корпус турбины, они оказывают сопротивление дискам. Из-за этого сопротивления диски начинают вращаться.
Передний и задний кожухи состоят из отверстий, через которые воздух выходит через эти отверстия. Отверстия расположены таким образом, что внутри корпуса диска образуется вихрь из воздуха или воды. Это заставляет воздух оказывать большее сопротивление дискам. Это заставляет диски вращаться с очень высокой скоростью.
Площадь контакта между вихрем и дисками мала на малых скоростях. Но по мере того, как воздух набирает скорость, этот контакт увеличивается, что позволяет дискам вращаться с очень высокой скоростью. Центробежная сила дисков пытается вытолкнуть воздух наружу. Но у воздуха нет пути, кроме отверстий в передней и задней части кожуха. Это делает выход воздуха, и вихрь становится более сильным. Скорость дисков почти равна скорости воздушного потока.
Преимущества и недостатки турбины Tesla
Преимущества
- Очень высокая эффективность
- Стоимость продукции меньше
- Простой дизайн
- Может вращаться в обоих направлениях
Недостатки:
- Невозможно для приложений с высокой мощностью
- Для высокого КПД расход должен быть небольшим.
- Эффективность зависит от притока и оттока рабочих жидкостей.
Приложения
Турбина Теслы из-за своей выходной мощности и технических характеристик имеет ограниченное применение. Некоторые из них упомянуты ниже.
- Сжатие жидкостей
- Насосы
- Применение турбин лопастного типа
- Насосы крови
Таким образом, мы рассмотрели конструктивные аспекты, принцип работы, дизайн и применение турбин Tesla. Его главный недостаток в том, что он компактен и имеет небольшие размеры, поэтому его применение ограничено по сравнению с обычными турбинами, такими как турбина Каплана. Поскольку его эффективность очень высока, следует подумать, что как Турбины тесла могут быть использованы для основных применений, например, на электростанциях. Это было бы большим стимулом для малоэффективных заводов.
