Tesla turbiini leiutas Nikola Tesla aastal 1909. See on spetsiaalne turbiinide kategooria, millel pole labasid. Erinevalt teistest turbiinidest, nagu Kaplan jne, on sellel turbiinil piiratud ja spetsiifiline rakendus. Kuid tänu oma disaini kaalutlustele on see üks mitmekülgsetest turbiinidest. Selle leiutis on toonud kaasa palju suuri insenerirakendusi. See töötab piirikihi efekti põhimõttel, kus õhuvoolu tõttu turbiin pöörleb. Selle turbiini parim osa on see, et see suudab saavutada efektiivsuse kuni 80%. Selle kiirusevahemiku võib saavutada väikeste nimimasinatega kuni 80 000 p / min. Täpsemalt, seda turbiinikallakut kasutatakse aastal elektrijaam toiminguteks, kuid seda saab kasutada üldistes rakendustes nagu pumbad jne.
Tesla turbiinide skeem
Tesla turbiini põhistruktuur on näidatud joonisel. See koosneb labadeta turbiinist, mille sisend on läbi õhutoru düüsi. Turbiini kerel on kaks väljalaskeava, üks on mõeldud õhu sissetulekuks ja teine õhu väljumiseks. Peale selle koosneb pöörlev ketas 3–4 kihist, mis on omavahel ühendatud. Kihtide vahel on õhuke õhuvahe, kus õhku läbitakse väga suure kiirusega.
Tesla turbiin
Pöörleval kettal on kaks nägu, välimine ja tagumine külg. Mõlemas aspektis pole õhu voolamiseks väljaspool turbiini kere ruumi. Õhk saab siseneda ainult läbi sisselasketoru ja vabaneda väljalasketoru kaudu. Turbiini korpus koosneb mitmest kettrootorist, mis on omavahel ühendatud. Kõik rootorikettad on ühendatud ühise võlli külge, kus ketas saab pöörelda.
Kettade paigutamiseks on välimine korpus. Plaadid ühendatakse tavaliselt poltide kaudu. Esi- ja tagaosas on väljalaskeava väljundavad, mille kaudu õhk turbiini kerest väljuda saab. Aukude paigutus toimub nii, et tekiks sisselaskeõhu keeris.
Tesla turbiiniteooria
Rootorilabade sisendiks on kõrge rõhu all olev õhk. Kasutades õhuvoolikut, mis on ühendatud õhu sisselaskeavaga turbiin , siseneb õhk korpusesse, mis koosneb rootorikettadest, mis on asetatud võllile ja mida saab hõlpsalt pöörata. Kui õhk siseneb turbiini korpusesse, on see turbiini kuju tõttu sunnitud tekitama pöörise.
Vortex tähendab pöörlevat õhumassi nagu mullivannis või tuulekeerises. Vortexi tekke tõttu on õhk võimeline pöörlema väga suurel kiirusel. Keerise moodustamine on turbiini konstruktsiooni tõttu põhiline. Turbiini kiri ja tagakaane korpus asetatakse nii, et õhk peab väljuma läbi esi- ja tagakaanel olevate aukude.
Õhu väljumine selles looduses tekitab õhukeerise. Ja paneb turbiini pöörlema. Kui õhumolekulid mööduvad kettast, tekitavad nad kettale vastupanu. See tõmme tõmbab turbiini alla ja paneb selle pöörlema. Võib märkida, et turbiin võib pöörelda mõlemas suunas. See sõltub lihtsalt sellest, millist sisselasketoru kasutatakse õhu sisestamiseks.
Tesla turbiinide disain
Disain koosneb kahest sisselasketorust, millest üks on ühendatud õhuvooliku toruga. Kahest sisendist saab sisendina kasutada kõiki inimesi. Kere sees asetatakse rootorkettad, mis on poltide abil ühendatud. Kõik kettad on paigutatud ühisele võllile, mis on ühendatud välimise korpusega.
Näiteks kui seda kasutatakse pumbana, siis on võll mootoriga ühendatud. Plaatide vahel on õhuke õhuvahe, kus õhk voolab ja paneb kettad pöörlema. Õhulõhe tõttu suudavad õhumolekulid tekitada kettale vastupanu. Esi- ja tagakaanel on 4-5 auku, mille kaudu on võimalik sisenevat õhku atmosfääri juhtida. Aukud asetatakse nii, et tekiks keeris ja õhk saaks pöörelda väga suure kiirusega.
Turbiini disain
Tänu sellele kiirele õhule avaldab see plaadile kiiret lohistamist ja paneb ketta pöörlema väga suurel kiirusel. Kettavahe on üks turbiini konstruktsiooni ja efektiivsuse kriitilisi parameetreid. Optimaalne vahe suurus, mis on vajalik vahe kihi säilitamiseks, sõltub perifeerne kiirus plaadi.
Turbiini kujunduse arvutused
Paljud efektiivsuse saavutamiseks on olulised paljud kujundusaspektid. Mõned peamised projekteerimisarvutused on
Töövedelikul või sisselaskeõhul peab olema minimaalne rõhk. Kui see on vesi, siis eeldatakse, et rõhk on vähemalt 1000 kg kuupmeetri kohta. Perifeerne kiirus peab olema ruut ruut sekundis.
Plaadi vahe arvutatakse ketta nurkkiiruse ja perifeerse kiiruse põhjal. See sõltub pollhauseni parameetrist, mis põhineb pidevalt kiirustel. Iga ketta voolukiirus arvutatakse iga ketta ristlõikepinna ja kiiruse korrutisena. Andmete põhjal hinnatakse ketaste arvu. Jällegi on hea efektiivsuse saavutamiseks oluline ka ketta läbimõõt.
Tesla turbiini efektiivsus
Efektiivsuse annab väljundvõlli võimsuse ja sisendvõlli võimsuse suhe. Seda väljendatakse järgmiselt
Efektiivsus sõltub paljudest teguritest, nagu võlli läbimõõt, labade kiirus, labade arv, võlliga ühendatud koormus jne. Üldiselt on turbiini efektiivsus võrreldes teiste tavapäraste turbiinidega kõrge. Väikeste rakenduste korral võib efektiivsus ulatuda isegi 97% -ni.
Kuidas turbiin töötab?
Tesla turbiin töötab piirikihi kontseptsioonil. See koosneb kahest sisselaskeavast. Üldiselt kasutatakse õhuvett turbiini sisselaskeavana. Turbiini kere koosneb rootorketastest, mis on poltide abil ühendatud. Kõik kettad asetatakse ühisele võllile. Turbiini kere koosneb kahest korpusest, eesmisest ja tagumisest korpusest. Igas korpuses on 4 kuni 4 auku. Kõik need tegurid, nagu ketaste arv, ketta läbimõõt jne, mängivad turbiini efektiivsuse hindamisel olulist rolli.
Turbiin töötab
Kui õhul lastakse voolikutoru läbi voolata, siseneb see turbiini korpusesse. Turbiini korpuse sisse on paigutatud kettad, mis on omavahel ühendatud. Plaatide vahel on õhuke õhuvahe. Kui õhumolekulid sisenevad turbiini korpusesse, avaldavad nad ketastele lohistust. Selle lohise tõttu hakkavad kettad pöörlema.
Eesmine ja tagumine korpus koosnevad aukudest, nii et kui õhk siseneb, saab see nende aukude kaudu välja. Aukud asetatakse nii, et ketta korpusesse tekib õhu või vee keeris. Mis põhjustab õhu plaatide suuremat lohistamist. See põhjustab ketaste pöörlemist väga suure kiirusega.
Keerise ja ketaste kokkupuuteala on madalal kiirusel madal. Kuid õhu kiiruse kasvades see kontakt suureneb, mis võimaldab ketastel pöörelda väga suure kiirusega. Kettade tsentrifugaaljõud üritab õhku väljapoole suruda. Kuid õhul pole teed, välja arvatud esi- ja tagakesta augud. See muudab õhu väljapääsu ja keeris muutub tugevamaks. Plaatide kiirus on peaaegu võrdne õhuvoolu kiirusega.
Tesla turbiini eelised ja puudused
Eelised on
- Väga kõrge kasutegur
- Tootmiskulud on väiksemad
- Lihtne disain
- Saab pöörata mõlemas suunas
Puudused on
- Pole võimalik suure võimsusega rakenduste jaoks
- Kõrge efektiivsuse saavutamiseks peab vooluhulk olema väike
- Efektiivsus sõltub töövedelike sisse- ja väljavoolust.
Rakendused
Tesla turbiinil on väljundvõimsuse ja spetsifikatsioonide tõttu piiratud rakendused. Mõnda neist mainitakse allpool.
- Vedelike kokkusurumine
- Pumbad
- Vane tüüpi turbiinirakendused
- Verepumbad
Seetõttu oleme näinud Tesla turbiinide konstruktsioonilisi aspekte, tööpõhimõtet, disaini ja rakendusi. Selle peamine puudus on see, et kuna see on kompaktne ja väikese suurusega, on see tavapäraste turbiinide, näiteks Kaplani turbiinide, suhtes piiratud. Kuna selle efektiivsus on väga kõrge, tuleb mõelda, et kuidas Tesla turbiinid saab teha peamisi rakendusi nagu elektrijaamades. See oleks suur jõud madala efektiivsusega tehastele.
