A Tesla turbinát Nikola Tesla találta ki, 1909-ben. Ez egy speciális kategóriájú turbina, amelynek nincs lapátja. Más turbinákkal ellentétben, mint például a Kaplan stb., Ennek a turbinának korlátozott és specifikus alkalmazása van. De a tervezési szempontok miatt az egyik sokoldalú turbina. Találmánya számos nagy mérnöki alkalmazáshoz vezetett. A határréteg-elv elvén működik, ahol a légáramlás miatt a turbina forog. A turbina legjobb része, hogy akár 80% -os hatékonyságot is elérhet. Sebességtartománya 80 000 fordulat / perc szintig érhető el kis névleges gépeknél. Pontosabban, ezt a turbinaváltót használják erőmű műveletek, de felhasználható általános alkalmazásokhoz, például szivattyúkhoz stb.
Tesla turbinavázlat
A Tesla turbina alapszerkezetét az ábra mutatja. Egy lapát nélküli turbinából áll, amelynek bemenete a légcső fúvókáján keresztül történik. A turbina testének két kimenete van, az egyik a levegő beáramlásához, a másik a levegő kimenetéhez. Ettől eltekintve a forgótárcsa 3-4 rétegből áll, amelyek össze vannak kötve. A rétegek között vékony légrés van, ahol a levegőt nagyon nagy sebességgel vezetik át.
Tesla turbina
A forgótárcsának két oldala van, a külseje és a hátsó felülete. Mindkét szempontból nincs lehetőség a levegő áramlására a turbina testén kívül. A levegő csak a bemeneti csövön keresztül juthat be és a kimeneti csövön keresztül szabadulhat fel. A turbina test több tárcsás rotorból áll, amelyek össze vannak kapcsolva. Az összes rotorlemez egy közös tengelyen van összekötve, ahol a tárcsa foroghat.
A lemezek elhelyezéséhez külső ház van. A lemezeket általában csavarokon keresztül kötik össze. Az elülső és a hátsó végén kipufogó kimeneti nyílások vannak, amelyeken keresztül a levegő kiléphet a turbina testéből. A lyukak elhelyezése úgy történik, hogy a beáramló levegő örvénye keletkezzen.
Tesla turbinaelmélet
A rotorlapátok bemenete nagy nyomású levegő. Légtömlő segítségével, amely csatlakozik a légcsatorna bemenetéhez turbina , a levegő bejut a testbe, amely rotortárcsákból áll, amelyek a tengelyre helyezkednek és könnyen forgathatóak. Amint a levegő belép a turbina házába, a turbina alakja miatt örvényt kénytelen létrehozni.
Az örvény olyan örvénylő légtömeget jelent, mint egy örvényfürdőben vagy forgószélben. Az örvény létrejötte miatt a levegő nagyon nagy sebességgel képes forogni. Az örvény kialakulása alapvető a turbina kialakítása miatt. A turbina betűtípusát és hátsó burkolatát úgy kell elhelyezni, hogy a levegőnek az elülső és hátsó burkolaton lévő furatokon keresztül kell kilépnie.
A levegő kilépése ebben a természetben légörvényt hoz létre. És a turbina forogni kezd. Amikor a levegőmolekulák elhaladnak a korongon, ellenállást váltanak ki a lemezen. Ez a húzás lehúzza a turbinát és forogni kezd. Megjegyezhetjük, hogy a turbina mindkét irányban foroghat. Csak attól függ, hogy melyik bemeneti csövet használják a levegő beviteléhez.
Tesla turbina tervezés
A kialakítás két bemeneti csőből áll, amelyek közül az egyik a légtömlő csőhöz csatlakozik. A két bemenet közül bárki felhasználható bemenetként. A test belsejében a rotorlemezek vannak elhelyezve, amelyek csavarok segítségével vannak összekötve. Az összes lemezt egy közös tengelyre helyezzük, amely a külső testhez van csatlakoztatva.
Például, ha szivattyúként használják, akkor a tengely csatlakozik a motorhoz. A tárcsák között vékony légrés van, ahol a levegő áramlik és a korongok forognak. A légrés miatt a légmolekulák képesek meghúzni a lemezt. Az elülső és a hátsó burkolat 4-5 lyukkal rendelkezik, amelyeken keresztül a beáramló levegő átjuthat a légkörbe. A lyukakat úgy helyezik el, hogy örvény jön létre, és a levegő nagyon nagy sebességgel foroghat.
Turbina tervezés
Ennek a nagy sebességű levegőnek köszönhetően nagy sebességgel meghúzza a lemezt, és a lemezt nagyon nagy sebességgel forogtatja. A tárcsa rés az egyik kritikus paraméter a turbina tervezéséhez és hatékonyságához. A résréteg fenntartásához szükséges optimális résméret a periférikus sebesség a lemez.
Turbina tervezési számítások
Számos tervezési szempont fontos a nagy hatékonyság elérése érdekében. A főbb tervezési számítások közül néhány
A munkaközegnek vagy a beszívott levegőnek minimális nyomáson kell lennie. Ha vízről van szó, akkor a nyomás várhatóan legalább 1000 kg / kocka lesz. A perifériás sebességnek másodpercenként 10e-6 méter négyzetnek kell lennie.
A lemez közötti rést a korong szögsebessége és perifériás sebessége alapján számítják ki. Ez a pollhausen paramétertől függ, amely folyamatosan a sebességeken alapul. Az egyes lemezek áramlási sebességét az egyes lemezek keresztmetszeti területének és sebességének szorzataként számítják ki. Az adatok alapján megbecsülik a lemezek számát. A korong átmérője szintén fontos a jó hatékonyság érdekében.
Tesla turbina hatékonyság
A hatékonyságot a kimenő tengely teljesítményének és a bemenő tengely teljesítményének aránya adja
A hatékonyság számos tényezőtől függ, mint például a tengely átmérője, a lapátok sebessége, a lapátok száma, a tengelyhez csatlakoztatott terhelés stb. Kis alkalmazások esetén a hatékonyság akár 97% -ot is elérhet.
Hogyan működik a turbina?
A Tesla turbina a határréteg koncepcióján dolgozik. Két bemenetből áll. Általában a levegő vizet használják a turbina bemeneteként. A turbina test rotortárcsákból áll, amelyeket csavarok segítségével egyesítenek. Az összes lemezt egy közös tengelyre helyezzük. A turbina teste két házból áll, az első burkolatból és a hátsó burkolatból. Minden házban 4–4 lyuk van. Mindezek a tényezők, például a lemezek száma, a lemez átmérője stb., Fontos szerepet játszanak a turbina hatékonyságának értékelésében.
Turbina működik
Amikor a levegőt hagyják áramolni a tömlőcsövön keresztül, bejut a turbina testébe. A turbina testén belül tárcsák vannak elhelyezve, amelyek összekapcsolódnak egymással. A lemezek között vékony légrés van. Amikor a légmolekulák belépnek a turbina testébe, meghúzják a lemezeket. Ennek a húzásnak köszönhetően a lemezek forogni kezdenek.
Az elülső és a hátsó ház olyan lyukakból áll, hogy amikor a levegő belép, akkor ezeken a lyukakon keresztül jut ki. A lyukakat úgy helyezzük el, hogy levegő vagy víz örvény keletkezzen a korongtestben. Emiatt a levegő több húzóerőt gyakorol a lemezekre. Ez a lemezek nagyon nagy sebességgel forog.
Az örvény és a korongok érintkezési területe alacsony sebességnél alacsony. De a levegő sebességének növekedésével ez az érintkezés növekszik, ami lehetővé teszi a lemezek nagyon nagy sebességgel történő forgását. A korongok centrifugális ereje megpróbálja kifelé tolni a levegőt. De a levegőnek nincs útja, kivéve az első és hátsó burkolaton lévő lyukakat. Ezáltal a levegő kilép, és az örvény erősebbé válik. A lemezek sebessége majdnem megegyezik a légáramlás sebességével.
A Tesla turbina előnyei és hátrányai
Ennek előnyei
- Nagyon magas hatásfok
- A gyártási költség kevesebb
- Egyszerű kialakítás
- Mindkét irányban forgatható
A hátrányok
- Nagy teljesítményű alkalmazások esetén nem kivitelezhető
- A nagy hatékonyság érdekében az áramlási sebességnek kicsinek kell lennie
- A hatékonyság a munkafolyadékok be- és kiáramlásától függ.
Alkalmazások
A Tesla turbinája kimenő teljesítménye és specifikációi miatt korlátozott alkalmazásokkal rendelkezik. Ezek közül néhányat az alábbiakban említünk.
- Folyadékok összenyomása
- Szivattyúk
- Lapát típusú turbina alkalmazások
- Vérpumpák
Ezért láthattuk a Tesla turbinák konstrukciós szempontjait, működési elvét, kialakítását és alkalmazásait. Legfőbb hátránya, hogy kompakt és kis méretű, ezért korlátozottan alkalmazható olyan hagyományos turbinákkal szemben, mint a Kaplan turbina. Mivel hatékonysága nagyon magas, el kell gondolkodni, hogy hogyan Tesla turbinák főbb alkalmazásokra, mint az erőművekben. Ez nagy lendületet jelentene az alacsony hatékonyságú üzemek számára.
