Tesla-turbiinin keksi Nikola Tesla vuonna 1909. Se on erityinen turbiinien luokka, jossa ei ole teriä. Toisin kuin muut turbiinit, kuten Kaplan jne., Tällä turbiinilla on rajalliset ja erityiset sovellukset. Mutta suunnittelunsa vuoksi se on yksi monipuolisista turbineista. Sen keksintö on johtanut moniin suuriin tekniikan sovelluksiin. Se toimii rajakerrosvaikutuksen periaatteella, jossa ilmavirran takia turbiini pyörii. Parasta tästä turbiinista on se, että se voi saavuttaa jopa 80%: n hyötysuhteen. Sen nopeusalue on saavutettavissa 80 000 rpm: n tasolle pienille koneille. Tätä turbiinin kallistusta käytetään erityisesti voimalaitos mutta sitä voidaan käyttää yleisiin sovelluksiin, kuten pumppuihin jne.
Teslan turbiinikaavio
Tesla-turbiinin perusrakenne on esitetty kuvassa. Se koostuu siipettömästä turbiinista, jonka tulo tapahtuu ilmaputkisuuttimen kautta. Turbiinin rungossa on kaksi ulostuloaukkoa, yksi on tarkoitettu ilman sisäänmenoon ja toinen ilman ulosmenoon. Sen lisäksi pyörivä kiekko koostuu 3-4 kerroksesta, jotka on liitetty toisiinsa. Kerrosten välillä on ohut ilmarako, jossa ilma kulkee erittäin suurella nopeudella.
Tesla-turbiini
Pyörivässä levyssä on kaksi pintaa, ulkopinta ja takapinta. Molemmissa suhteissa ilman virtaamiseen ei ole mahdollisuutta turbiinin rungon ulkopuolella. Ilma pääsee sisään vain imuputken kautta ja vapautumaan poistoputken kautta. Turbiinin runko koostuu useista levyroottoreista, jotka on liitetty toisiinsa. Kaikki roottorilevyt on liitetty toisiinsa yhteiselle akselille, jossa levy voi pyöriä.
Levyjen sijoittamiseksi on ulompi kotelo. Levyt liitetään yleensä pulttien kautta. Etu- ja takapäässä on pakoputken ulostuloportit, joiden kautta ilma voi poistua turbiinin rungosta. Reikien sijoitus tehdään siten, että muodostuu tuloilman pyörre.
Teslan turbiiniteoria
Roottorin siipien tulo on korkeapaineista ilmaa. Käytä ilmaletkua, joka on kytketty ilmanottoletkuun turbiini , ilma syötetään runkoon, joka koostuu akselille asetetuista roottorilevyistä, joita voidaan helposti pyörittää. Kun ilma pääsee turbiinin koteloon, se on pakko muodostaa pyörre turbiinin muodon vuoksi.
Pyörre tarkoittaa pyörreä ilmamassaa kuin pyörteessä tai pyörremyrskyssä. Pyörteen muodostumisen ansiosta ilma pystyy pyörimään erittäin suurilla nopeuksilla. Pyörrön muodostuminen on perustavanlaatuista turbiinin suunnittelun vuoksi. Turbiinin fontti ja takakannen runko on sijoitettu siten, että ilman on poistuttava etu- ja takakannessa olevien reikien kautta.
Ilman poistuminen tässä luonteessa luo ilmapyörteen. Ja saa turbiinin pyörimään. Kun ilmamolekyylit ohittavat levyn, ne luovat levylle vetoa. Tämä vetovoima vetää turbiinin alas ja saa sen pyörimään. Voidaan huomata, että turbiini voi pyöriä molempiin suuntiin. Se riippuu vain siitä, mitä tuloputkea käytetään ilman syöttöön.
Tesla-turbiinisuunnittelu
Rakenne koostuu kahdesta tuloputkesta, joista toinen on liitetty ilmaletkuputkeen. Kahdesta sisääntulosta ketään voidaan käyttää tulona. Rungon sisälle sijoitetaan roottorilevyt, jotka on liitetty toisiinsa pulttien avulla. Kaikki levyt on asetettu yhdelle akselille, joka on kytketty ulkokappaleeseen.
Esimerkiksi, jos sitä käytetään pumppuna, akseli on kytketty moottoriin. Levyjen välillä on ohut ilmarako, jossa ilma virtaa ja saa levyt pyörimään. Ilmarakosta johtuen ilmamolekyylit pystyvät luomaan levyn vastuksen. Etu- ja takakannessa on 4-5 reikää, joiden kautta tuloilma voidaan siirtää ilmakehään. Reiät on sijoitettu siten, että muodostuu pyörre ja ilma voi pyöriä erittäin suurella nopeudella.
Turbiinisuunnittelu
Tämän nopean ilman vuoksi se vetää levyä nopeasti ja saa levyn pyörimään erittäin suurilla nopeuksilla. Levyväli on yksi turbiinin suunnittelun ja tehokkuuden kriittisistä parametreista. Rakokerroksen ylläpitämiseksi vaadittava optimaalinen raon koko riippuu perifeerinen nopeus levyn.
Turbiinisuunnittelulaskelmat
Monet suunnittelunäkökohdat ovat tärkeitä korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi. Jotkut tärkeimmistä suunnittelulaskelmista ovat
Käyttöaineella tai tuloilmalla on oltava vähimmäispaine. Jos se on vettä, paineen odotetaan olevan vähintään 1000 kg kuutiometriä kohti. Kehänopeuden on oltava 10e-6 metriä neliö sekunnissa.
Levyn välinen rako lasketaan levyn kulmanopeuden ja kehänopeuden perusteella. Se riippuu pollhausen-parametrista, joka perustuu jatkuvasti nopeuksiin. Jokaisen levyn virtausnopeus lasketaan kunkin levyn poikkipinta-alan ja nopeuden tulona. Tietojen perusteella arvioidaan levyjen lukumäärä. Levyn halkaisija on jälleen tärkeä myös hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi.
Teslan turbiinitehokkuus
Tehokkuus saadaan lähtöakselin tehon suhde sisääntulevan akselin tehoon. Se ilmaistaan
Tehokkuus riippuu monista tekijöistä, kuten akselin halkaisijasta, terien nopeudesta, terien lukumäärästä, akseliin liitetystä kuormasta jne. Yleensä turbiinin hyötysuhde on korkea verrattuna muihin tavanomaisiin turbiineihin. Pienissä sovelluksissa hyötysuhde voi olla jopa 97%.
Kuinka turbiini toimii?
Teslan turbiini toimii rajakerroksen käsitteellä. Se koostuu kahdesta tuloaukosta. Yleensä ilmavettä käytetään turbiinin sisääntulona. Turbiinin runko koostuu roottorilevyistä, jotka on liitetty toisiinsa pulttien avulla. Kaikki levyt asetetaan yhteiselle akselille. Turbiinin runko koostuu kahdesta kotelosta, etukotelosta ja takakotelosta. Jokaisessa kotelossa on 4 - 4 reikää. Kaikilla näillä tekijöillä, kuten levyjen lukumäärällä, levyn halkaisijalla jne., On tärkeä rooli turbiinin tehokkuuden arvioinnissa.
Turbiini toimii
Kun ilman päästetään virtaamaan letkuputken läpi, se tulee turbiinin runkoon. Turbiinin rungon sisään on sijoitettu toisiinsa liitettyjä levyjä. Levyjen välillä on ohut ilmarako. Kun ilmamolekyylit saapuvat turbiinin runkoon, ne vaikuttavat levyihin. Tämän vetämisen takia levyt alkavat pyöriä.
Etu- ja takakotelot koostuvat rei'istä siten, että kun ilma pääsee sisään, se pääsee ulos näiden reikien kautta. Reiät sijoitetaan siten, että levyn runkoon muodostuu ilman tai veden pyörre. Mikä aiheuttaa ilman kohdistuvan enemmän vetovoimaa levyihin. Tämä saa levyt pyörimään erittäin suurella nopeudella.
Pyörteen ja levyjen kosketusalue on pieni matalilla nopeuksilla. Mutta kun ilma nousee nopeuteen, tämä kosketus kasvaa, mikä sallii levyjen pyörimisen erittäin suurella nopeudella. Levyjen keskipakovoima yrittää työntää ilmaa ulospäin. Ilmassa ei kuitenkaan ole reittiä lukuun ottamatta etu- ja takakotelon reikiä. Tämä tekee ilman poistumisesta ja pyörreestä tulee vahvempi. Levyjen nopeus on melkein sama kuin ilmavirran nopeus.
Tesla-turbiinin edut ja haitat
Edut ovat
- Erittäin korkea hyötysuhde
- Tuotantokustannukset ovat pienemmät
- Yksinkertainen muotoilu
- Voidaan kääntää molempiin suuntiin
Haitat ovat
- Ei mahdollista suuritehoisissa sovelluksissa
- Suuren hyötysuhteen saavuttamiseksi virtausnopeuden on oltava pieni
- Tehokkuus riippuu työnesteiden sisään- ja ulosvirtauksesta.
Sovellukset
Teslan turbiinilla on lähtötehonsa ja teknisten ominaisuuksiensa vuoksi rajalliset sovellukset. Jotkut niistä mainitaan alla.
- Nesteiden puristus
- Pumput
- Siipityyppiset turbiinisovellukset
- Veripumput
Siksi olemme nähneet Tesla-turbiinien rakenteen, toimintaperiaatteen, suunnittelun ja sovellukset. Sen suurin haittapuoli on, että se on pienikokoinen ja pienikokoinen, sillä on rajoitettuja sovelluksia perinteisiin turbiineihin, kuten Kaplan-turbiiniin. Koska sen tehokkuus on erittäin korkea, on ajateltava kuinka Teslan turbiinit voidaan tehdä merkittäviä sovelluksia kuten voimalaitoksissa. Se olisi suuri sysäys heikosti toimiville laitoksille.
