Tesla turbīnu izgudroja Nikola Tesla 1909. gadā. Tā ir īpaša turbīnu kategorija, kurai nav asmeņu. Atšķirībā no citām turbīnām, piemēram, Kaplan utt., Šai turbīnai ir ierobežots un specifisks pielietojums. Bet tā dizaina apsvērumu dēļ tā ir viena no daudzpusīgajām turbīnām. Tā izgudrojums ir novedis pie daudziem nozīmīgiem inženierijas pielietojumiem. Tas darbojas pēc robežslāņa efekta principa, kur gaisa plūsmas dēļ turbīna griežas. Labākā šīs turbīnas daļa ir tā, ka tā var sasniegt efektivitāti līdz 80%. Tās ātruma diapazonu var sasniegt līdz 80 000 apgr./min līmenim mazām nominālām mašīnām. Konkrēti, šo turbīnas aproci izmanto elektrostacija darbībām, bet to var izmantot vispārējiem lietojumiem, piemēram, sūkņiem utt.
Tesla turbīnu diagramma
Tesla turbīnas pamatstruktūra ir parādīta attēlā. Tas sastāv no bezplakņu turbīnas, kurai ir ievads caur gaisa caurules sprauslu. Turbīnas korpusam ir divas izejas, viena ir paredzēta gaisa ieplūdei, bet otra - gaisa izplūdei. Bez tam, rotējošais disks sastāv no 3 līdz 4 slāņiem, kas ir savienoti kopā. Starp slāņiem, kur gaiss tiek izlaists ļoti lielā ātrumā, ir plāna gaisa sprauga.
Teslas turbīna
Rotējošajam diskam ir divas sejas, ārējā un aizmugurējā puse. Abos aspektos nav iespējas gaisam plūst ārpus turbīnas korpusa. Gaiss var iekļūt tikai caur ieplūdes cauruli un izdalīties caur izplūdes cauruli. Turbīnas korpuss sastāv no vairākiem disku rotoriem, kas ir savienoti kopā. Visi rotora diski ir savienoti kopā uz kopīgas vārpstas, kur disks var pagriezties.
Disku ievietošanai ir ārējais korpuss. Diski parasti tiek savienoti caur skrūvēm. Priekšpusē un aizmugurē ir izplūdes atveres, caur kurām gaiss var iziet no turbīnas korpusa. Urbumu izvietojums tiek veikts tā, lai tiktu izveidots ieplūdes gaisa virpulis.
Teslas turbīnu teorija
Rotora lāpstiņu ieeja ir gaiss ar augstu spiedienu. Izmantojot gaisa šļūteni, kas savienota ar gaisa ieplūdes atveri turbīna , gaiss tiek ievadīts ķermenī, kas sastāv no rotora diskiem, kas novietoti uz vārpstas un kurus var viegli pagriezt. Kad gaiss ieplūst turbīnas korpusā, turbīnas formas dēļ tas ir spiests radīt virpuļu.
Virpulis nozīmē gaisa virpuļojošu masu kā virpulī vai viesulī. Virpuļa izveidošanās dēļ gaiss spēj griezties ļoti lielā ātrumā. Virpuļa veidošanās ir būtiska turbīnas konstrukcijas dēļ. Turbīnas fonts un aizmugures vāka korpuss ir novietots tā, lai gaisam būtu jāiziet caur caurumiem, kas atrodas priekšējos un aizmugurējos vākos.
Gaisa izeja šajā dabā rada gaisa virpuli. Un liek turbīnai griezties. Kad gaisa molekulas iet garām diskam, tās rada disku. Šī vilkšana velk turbīnu uz leju un liek tai griezties. Var atzīmēt, ka turbīna var griezties abos virzienos. Tas ir atkarīgs tikai no tā, kuru ieplūdes cauruli izmanto gaisa ievadīšanai.
Tesla turbīnu dizains
Konstrukcija sastāv no divām ieplūdes caurulēm, no kurām viena ir savienota ar gaisa šļūtenes cauruli. No divām ieejām ikvienu var izmantot kā ievadi. Korpusa iekšpusē ir ievietoti rotora diski, kas ir savienoti kopā ar skrūvju palīdzību. Visi diski ir novietoti uz vienas kopīgas vārpstas, kas savienota ar ārējo korpusu.
Piemēram, ja to izmanto kā sūkni, tad vārpsta ir savienota ar motoru. Starp diskiem ir plānā gaisa sprauga, kur gaiss plūst un liek diskiem griezties. Gaisa spraugas dēļ gaisa molekulas spēj radīt diska pretestību. Priekšējā un aizmugurējā pārsegā ir 4-5 caurumi, caur kuriem ieplūdes gaisu var vadīt atmosfērā. Atveres ir novietotas tā, lai izveidotos virpulis un gaiss varētu griezties ļoti lielā ātrumā.
Turbīnu dizains
Šī ātrgaitas gaisa dēļ tas rada ātru diska vilkšanu un liek diskam griezties ļoti lielā ātrumā. Diska atstarpe ir viens no kritiskajiem parametriem turbīnas konstrukcijai un efektivitātei. Optimālais spraugas lielums, kas nepieciešams spraugas slāņa uzturēšanai, ir atkarīgs no perifērais ātrums diska.
Turbīnu konstrukcijas aprēķini
Daudzi dizaina aspekti ir svarīgi, lai sasniegtu augstu efektivitāti. Daži no galvenajiem projektēšanas aprēķiniem ir
Darba šķidrumam vai ieplūdes gaisam jābūt ar minimālu spiedienu. Ja tas ir ūdens, paredzams, ka spiediens būs vismaz 1000 kg uz kuba metru. Perifērajam ātrumam jābūt 10e-6 metru kvadrātam sekundē.
Plaisu starp disku aprēķina, pamatojoties uz diska leņķisko ātrumu un perifēro ātrumu. Tas ir atkarīgs no pollhauzena parametra, kas pastāvīgi balstās uz ātrumiem. Katra diska plūsmas ātrumu aprēķina kā katra diska šķērsgriezuma laukuma un ātruma reizinājumu. Pamatojoties uz datiem, tiek aprēķināts disku skaits. Arī šoreiz diska diametrs ir svarīgs, lai būtu laba efektivitāte.
Tesla turbīnu efektivitāte
Efektivitāti nosaka izejas vārpstas jaudas attiecība pret ieejas vārpstas jaudu. To izsaka kā
Efektivitāte ir atkarīga no daudziem faktoriem, piemēram, vārpstas diametra, asmeņu ātruma, asmeņu skaita, slodzes, kas savienota ar vārpstu utt. Parasti turbīnas efektivitāte ir augsta, salīdzinot ar citām parastajām turbīnām. Nelieliem lietojumiem efektivitāte var sasniegt pat 97%.
Kā darbojas turbīna?
Tesla turbīna strādā pie robežas slāņa koncepcijas. Tas sastāv no divām ieejām. Parasti turbīnas ieplūdē tiek izmantots gaisa ūdens. Turbīnas korpuss sastāv no rotora diskiem, kas savienoti kopā ar skrūvju palīdzību. Visi diski ir novietoti uz kopīgas vārpstas. Turbīnas korpuss sastāv no diviem korpusiem, priekšējā apvalka un aizmugurējā apvalka. Katrā apvalkā ir 4 līdz 4 caurumi. Visiem šiem faktoriem, piemēram, disku skaitam, diska diametram utt., Ir liela nozīme turbīnas efektivitātes novērtēšanā.
Darbojas turbīna
Kad gaisam ir atļauts plūst caur šļūtenes cauruli, tas nonāk turbīnas korpusā. Turbīnas korpusa iekšpusē ir izvietoti diski, kas ir savienoti viens ar otru. Starp diskiem ir plānā gaisa sprauga. Kad gaisa molekulas nonāk turbīnas korpusā, tās iedarbina diskus. Šīs vilkšanas dēļ diski sāk griezties.
Priekšējais un aizmugurējais apvalks sastāv no caurumiem tā, ka, ieplūstot gaisam, tas caur šīm atverēm iziet. Atveres ir novietotas tā, lai diska korpusā izveidotos gaisa vai ūdens virpulis. Kas izraisa gaisa lielāku slodzi uz diskiem. Tas izraisa disku griešanos ļoti lielā ātrumā.
Virpuļa un disku saskares laukums ir mazs pie neliela ātruma. Bet, gaisam iegūstot ātrumu, šis kontakts palielinās, kas ļauj diskiem griezties ļoti lielā ātrumā. Disku centrbēdzes spēks mēģina virzīt gaisu uz āru. Bet gaisam nav ceļa, izņemot atveres priekšējā un aizmugurējā apvalkā. Tas padara gaisa izeju, un virpulis kļūst stiprāks. Disku ātrums ir gandrīz vienāds ar gaisa plūsmas ātrumu.
Tesla turbīnas priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības ir
- Ļoti augsta efektivitāte
- Ražošanas izmaksas ir mazākas
- Vienkāršs dizains
- Var pagriezt abos virzienos
Trūkumi ir
- Nav iespējams lieljaudas lietojumiem
- Lai panāktu augstu efektivitāti, plūsmas ātrumam jābūt mazam
- Efektivitāte ir atkarīga no darba šķidrumu ieplūdes un aizplūšanas.
Pieteikumi
Teslas turbīnai izejas jaudas un specifikāciju dēļ ir ierobežoti pielietojumi. Daži no tiem ir minēti turpmāk.
- Šķidrumu saspiešana
- Sūkņi
- Lāpstiņu turbīnu pielietojums
- Asins pumpas
Tādējādi mēs esam redzējuši Tesla turbīnu konstrukcijas aspektus, darbības principu, dizainu un pielietojumu. Tā galvenais trūkums ir tas, ka tā ir kompakta un maza izmēra, tāpēc to ir ierobežoti izmantot parastajās turbīnās, piemēram, Kaplan turbīnā. Tā kā tā efektivitāte ir ļoti augsta, jādomā, kā Tesla turbīnas piemēram, elektrostacijās. Tas būtu liels stimuls zemas efektivitātes iekārtām.
