Turbinu Tesla izumio je Nikola Tesla 1909. godine. To je posebna kategorija turbina koje nemaju lopatice. Za razliku od ostalih turbina poput Kaplana itd., Ova turbina ima ograničene i specifične primjene. Ali zbog svojih dizajnerskih razmatranja, jedna je od svestranih turbina. Njegov je izum doveo do mnogih glavnih inženjerskih primjena. Radi na principu učinka graničnog sloja, gdje se zbog strujanja zraka turbina okreće. Najbolji dio ove turbine je što može postići učinkovitost do 80%. Raspon njegove brzine može se doseći do razine od 80 000 o / min za male strojeve. Konkretno, ova turbina se ne može koristiti u elektrana operacije, ali se može koristiti za opće primjene poput pumpi itd.
Dijagram Tesline turbine
Osnovna struktura Tesline turbine prikazana je na slici. Sastoji se od turbine bez lopatice koja ima ulaz kroz mlaznicu zračne cijevi. Tijelo turbine ima dva izlaza, jedan je za dovod zraka, a drugi za odlazak zraka. Osim toga, rotirajući disk sastoji se od 3 do 4 sloja koji su međusobno spojeni. Između slojeva postoji tanki zračni razmak kroz koji se zrak prolazi vrlo velikom brzinom.
Teslina turbina
Rotirajući disk ima dvije površine, vanjsku i stražnju stranu. U oba aspekta nema prostora za protok zraka izvan tijela turbine. Zrak može ući samo kroz ulaznu cijev i ispustiti se kroz izlaznu cijev. Tijelo turbine sastoji se od više diskovnih rotora koji su spojeni. Svi diskovi rotora spojeni su zajedno na zajedničkom vratilu gdje se disk može okretati.
Postoji vanjsko kućište za postavljanje diskova. Diskovi su obično povezani vijcima. Prednji i stražnji kraj imaju ispušne otvore kroz koje zrak može izaći iz tijela turbine. Postavljanje rupa vrši se tako da se stvori vrtlog ulaznog zraka.
Teorija Tesline turbine
U lopatice rotora ulazi zrak pod visokim tlakom. Korištenjem zračnog crijeva koje je spojeno na ulazni otvor turbina , zrak se ulazi u tijelo koje se sastoji od rotorskih diskova koji su postavljeni na osovinu i mogu se lako okretati. Kako zrak ulazi u kućište turbine, prisiljen je stvoriti vrtlog zbog oblika turbine.
Vrtlog znači vrtloženu masu zraka kao u vrtlogu ili vrtlogu. Zbog stvaranja vrtloga zrak se može okretati vrlo velikom brzinom. Stvaranje vrtloga ključno je zbog dizajna turbine. Krstionica i stražnji poklopac tijela turbine postavljeni su tako da zrak mora izlaziti kroz rupe na prednjem i stražnjem poklopcu.
Izlaz zraka u ovoj prirodi stvara vrtlog zraka. I tjera turbinu da se okreće. Kad molekule zraka prođu kroz disk, stvaraju povlačenje na disku. Ovaj povlačenje povlači turbinu prema dolje i čini je rotiranom. Može se primijetiti da se turbina može okretati u oba smjera. Ovisi samo o tome koja se dovodna cijev koristi za dovod zraka.
Dizajn Tesline turbine
Dizajn se sastoji od dvije ulazne cijevi, od kojih je jedna spojena na cijev za zračno crijevo. Od dva ulaza, svatko se može koristiti kao ulaz. Unutar tijela smješteni su rotorski diskovi koji su spojeni uz pomoć vijaka. Svi su diskovi postavljeni na jedno zajedničko vratilo koje je povezano s vanjskim tijelom.
Na primjer, ako se koristi kao pumpa, osovina je spojena na motor. Između diskova postoji tanki zračni razmak, gdje zrak struji i čini da se diskovi okreću. Zbog zračnog jaza, molekule zraka mogu stvoriti kočnicu na disku. Prednji i stražnji poklopac imaju 4-5 rupa kroz koje se ulazni zrak može propustiti u atmosferu. Rupe su postavljene tako da se stvori vrtlog i zrak se može okretati vrlo velikom brzinom.
Dizajn turbine
Zahvaljujući zraku velike brzine, on povlači disk velikom brzinom i čini da se disk okreće vrlo velikom brzinom. Zazor na disku jedan je od kritičnih parametara za dizajn i učinkovitost turbine. Optimalna veličina zazora potrebna za održavanje sloja zazora ovisi o periferna brzina diska.
Proračuni konstrukcije turbine
Mnogi aspekti dizajna važni su za postizanje visoke učinkovitosti. Neki od glavnih proračuna dizajna su
Radna tekućina ili ulazni zrak moraju imati minimalni tlak. Ako je riječ o vodi, tada se očekuje da tlak bude najmanje 1000 kg po metru kocke. Periferna brzina mora biti 10e-6 metara kvadratnih u sekundi.
Razmak između diska izračunava se na temelju kutne brzine i periferne brzine diska. Ovisi o parametru pollhausen koji se neprestano temelji na brzinama. Brzina protoka za svaki disk izračunava se kao umnožak površine presjeka svakog diska i brzine. Na temelju podataka procjenjuje se broj diskova. Opet, promjer diska je također važan za dobru učinkovitost.
Učinkovitost Tesline turbine
Učinkovitost se daje omjerom izlazne snage vratila i ulazne snage vratila. Izražava se kao
Učinkovitost ovisi o mnogim čimbenicima kao što su promjer vratila, brzina lopatica, broj lopatica, opterećenje povezano s vratilom itd. Općenito, učinkovitost turbine je velika u usporedbi s drugim konvencionalnim turbinama. Za male primjene učinkovitost može doseći i do 97%.
Kako djeluje turbina?
Teslina turbina radi na konceptu graničnog sloja. Sastoji se od dva ulaza. Općenito se voda zraka koristi kao ulaz u turbinu. Tijelo turbine sastoji se od rotorskih diskova koji su spojeni uz pomoć vijaka. Svi su diskovi postavljeni na zajedničku osovinu. Tijelo turbine sastoji se od dva kućišta, prednjeg i stražnjeg kućišta. U svakom se kućištu nalaze 4 do 4 rupe. Svi ovi čimbenici poput broja diskova, promjera diska itd. Igraju važnu ulogu u procjeni učinkovitosti turbine.
Turbina radi
Kad se zraku dozvoli protok kroz cijev za cijev, on ulazi u tijelo turbine. Unutar tijela turbine smješteni su diskovi koji su međusobno povezani. Između diskova postoji tanki zračni razmak. Kad molekule zraka uđu u tijelo turbine, oni vrše kočenje na diskovima. Zbog tog povlačenja diskovi se počinju okretati.
Prednja i stražnja čahura sastoje se od rupa tako da kad zrak uđe izlazi kroz te rupe. Rupe su postavljene tako da se unutar tijela diska uspostavi vrtlog zraka ili vode. Zbog čega zrak vrši veće povlačenje diskova. To uzrokuje rotaciju diskova vrlo velikom brzinom.
Područje kontakta između vrtloga i diskova je malo pri malim brzinama. No kako zrak dobiva na brzini, taj se kontakt povećava, što omogućuje diskovima da se okreću vrlo velikom brzinom. Centrifugalna sila diskova pokušava potisnuti zrak prema van. Ali zrak nema put osim rupa na prednjem i stražnjem kućištu. To čini izlaz zraka i vrtlog postaje jači. Brzina diskova gotovo je jednaka brzini protoka zraka.
Prednosti i nedostaci Tesline turbine
Prednosti su
- Vrlo visoka učinkovitost
- Troškovi proizvodnje su manji
- Jednostavan dizajn
- Može se okretati u oba smjera
Mane su
- Nije izvedivo za aplikacije velike snage
- Za visoku učinkovitost, protok mora biti mali
- Učinkovitost ovisi o ulazu i odljevu radnih tekućina.
Prijave
Teslina turbina zbog svoje izlazne snage i specifikacija ima ograničene primjene. Neki od njih su spomenuti u nastavku.
- Kompresija tekućina
- Pumpe
- Primjene lopatica tipa turbine
- Pumpe za krv
Stoga smo vidjeli, konstrukcijske aspekte, princip rada, dizajn i primjenu Teslinih turbina. Njegov je glavni nedostatak jer je kompaktan i male veličine, a ima ograničenu primjenu u odnosu na konvencionalne turbine poput Kaplanove turbine. Budući da je njegova učinkovitost vrlo visoka, mora se pomisliti kako Tesline turbine mogu se postići velike primjene kao u elektranama. To bi bio sjajan poticaj nisko učinkovitim postrojenjima.
