טורבינת טסלה הומצאה על ידי ניקולה טסלה, בשנת 1909. זוהי קטגוריה מיוחדת של טורבינות שאין להן להבים. בניגוד לטורבינות אחרות כמו קפלן וכו ', לטורבינה זו יש יישומים מוגבלים וספציפיים. אך בשל שיקולי העיצוב שלה, מדובר באחת הטורבינות המגוונות. המצאתו הובילה ליישומים הנדסיים עיקריים רבים. זה עובד על העיקרון של אפקט שכבת הגבול, כאשר בגלל זרימת האוויר, הטורבינה מסתובבת. החלק הטוב ביותר בטורבינה זו הוא שהיא יכולה להשיג יעילות של עד 80%. ניתן להגיע לטווח המהירות שלו עד לרמה של 80,000 סל'ד למכונות קטנות מדורגות. באופן ספציפי, צביעת טורבינה זו משמשת ב תחנת כוח פעולות אך ניתן להשתמש בהם ליישומים כלליים כמו משאבות וכו '.
תרשים טורבינות טסלה
המבנה הבסיסי של טורבינת הטסלה מוצג באיור. היא מורכבת מטורבינה ללא להב שיש בה כניסה דרך פיית צינור אוויר. לגוף הטורבינה שני שקעים, האחד מיועד לכניסת האוויר והשני ליציאת האוויר. מלבד זאת, הדיסק המסתובב מורכב מ -3 עד 4 שכבות, המחוברות זו לזו. יש פער אוויר דק בין השכבות בהן האוויר מועבר במהירות גבוהה מאוד.
טורבינת טסלה
הדיסק המסתובב כולל שני פנים, פנים וחלקו האחורי. בשני ההיבטים, אין מקום לאוויר לזרום מחוץ לגוף הטורבינה. האוויר יכול להיכנס רק דרך צינור הכניסה ולהשתחרר דרך צינור היציאה. גוף הטורבינה מורכב מרוטור דיסק מרובה המחובר יחד. כל דיסקי הרוטור מחוברים יחד על פיר משותף בו הדיסק יכול להסתובב.
יש מעטה חיצוני להצבת הדיסקים. הדיסקים מחוברים בדרך כלל באמצעות ברגים. בחזית ובחלק האחורי יש יציאות יציאת פליטה שדרכן יכול האוויר לצאת מגוף הטורבינה. מיקום החורים נעשה כך שנוצר מערבולת של אוויר כניסה.
תורת הטורבינות של טסלה
הכניסה להבי הרוטור היא אוויר בלחץ גבוה. באמצעות צינור אוויר, המחובר לכניסה של טוּרבִּינָה , האוויר נעשה כניסה לגוף המורכב מדיסקי רוטור המונחים על הפיר וניתנים לסיבוב. כאשר האוויר נכנס לבית הטורבינה הוא נאלץ ליצור מערבולת עקב צורת הטורבינה.
וורטקס פירושו מסת אוויר מסתחררת כמו בתוך מערבולת או מערבולת. בשל יצירת מערבולת, האוויר מסוגל להסתובב במהירות גבוהה מאוד. היווצרות מערבולת היא בסיסית בגלל תכנון הטורבינה. הגופן וגוף הכיסוי האחורי של הטורבינה ממוקמים כך, שהאוויר צריך לצאת דרך החורים הקיימים בכיסויים הקדמיים והאחוריים.
יציאת האוויר בטבע זה יוצרת מערבולת אוויר. וגורם לטורבינה להסתובב. כאשר מולקולות האוויר עוברות את הדיסק, הן יוצרות גרירה לדיסק. גרר זה מושך את הטורבינה מטה וגורם לה לסובב. ניתן לציין כי הטורבינה יכולה להסתובב בשני הכיוונים. זה רק תלוי באיזה צינור הכניסה משמש להזנת אוויר.
עיצוב טורבינות טסלה
העיצוב מורכב משני צינורות כניסה, שמתוכם אחד מחובר לצינור האוויר. מתוך שני הכניסות, כל אחד יכול לשמש כקלט. בתוך הגוף מוצבים דיסקי הרוטור המחוברים יחד בעזרת ברגים. כל הדיסקים מונחים על פיר משותף אחד המחובר לגוף החיצוני.
לדוגמא, אם הוא משמש כמשאבה, אז הפיר מחובר למנוע. יש פער אוויר דק בין הדיסקים, שם האוויר זורם וגורם לדיסקים להסתובב. בגלל פער האוויר, מולקולות האוויר מסוגלות ליצור גרירה לדיסק. בכיסוי הקדמי והאחורי יש 4-5 חורים שדרכם מסוגל להעביר את אוויר הכניסה לאווירה. החורים ממוקמים כך שנוצר מערבולת והאוויר יכול להסתובב במהירות גבוהה מאוד.
עיצוב טורבינות
בשל אוויר מהיר זה, הוא מפעיל גרירה מהירה על הדיסק וגורם לדיסק להסתובב במהירות גבוהה מאוד. פער הדיסק הוא אחד הפרמטרים הקריטיים לתכנון ויעילות הטורבינה. גודל הפער האופטימלי הנדרש לשמירה על שכבת הפער תלוי ב מהירות היקפית של הדיסק.
חישובי תכנון טורבינות
היבטים רבים של עיצוב חשובים להשגת יעילות גבוהה. חלק מחישובי התכנון העיקריים הם
נוזל העבודה או אוויר הכניסה חייבים להיות בעלי לחץ מינימלי. אם מדובר במים, אזי הלחץ צפוי להיות לפחות 1000 ק'ג לקוביה מטר. המהירות ההיקפית חייבת להיות 10-6 מטר מרובע לשנייה.
הפער בין הדיסק מחושב על פי מהירות זוויתית ומהירות היקפית של הדיסק. זה תלוי בפרמטר pollhausen המבוסס כל הזמן על מהירויות. קצב הזרימה של כל דיסק מחושב כתוצר של שטח החתך של כל דיסק ומהירות. על פי הנתונים, מספר הדיסקים נאמד. שוב, קוטר הדיסק חשוב גם שיהיה לו יעילות טובה.
יעילות טורבינות בטסלה
היעילות ניתנת על ידי היחס בין כוח פיר המוצא לבין כוח פיר הקלט Its מתבטא כ-
היעילות תלויה בגורמים רבים כמו קוטר הציר, מהירות הלהבים, מספר הלהבים, העומס המחובר לפיר וכו '. באופן כללי יעילות הטורבינה גבוהה בהשוואה לטורבינות קונבנציונליות אחרות. עבור יישומים קטנים, היעילות יכולה להגיע אפילו ל -97%.
כיצד עובדת הטורבינה?
טורבינת טסלה עובדת על הרעיון של שכבת הגבול. הוא מורכב משני כניסות. באופן כללי, מי האוויר משמשים ככניסה לטורבינה. גוף הטורבינה מורכב מדיסקות רוטור המחוברות יחד בעזרת ברגים. כל הדיסקים מונחים על פיר משותף. גוף הטורבינה מורכב משני מארזים, המעטפת הקדמית והמארז האחורי. בכל מעטפת ישנם 4 עד 4 חורים. כל הגורמים הללו כמו מספר הדיסקים, קוטר הדיסק וכו 'ממלאים תפקיד חשוב בהערכת יעילות הטורבינה.
עבודה בטורבינה
כאשר מותר לאוויר לזרום דרך צינור הצינור, הוא נכנס לגוף הטורבינה. בתוך גוף הטורבינה ממוקמים דיסקים המחוברים זה לזה. יש פער אוויר דק בין הדיסקים. כאשר מולקולות האוויר נכנסות לגוף הטורבינה הן מפעילות גרירה על הדיסקים. בגלל גרירה זו, הדיסקים מתחילים להסתובב.
המעטפות הקדמיות והאחוריות מורכבות מחורים שכאשר נכנס אוויר הוא יוצא דרך החורים הללו. החורים ממוקמים כך שמערבולת האוויר או המים נוצרת בתוך גוף הדיסק. מה שגורם לאוויר להפעיל גרור רב יותר על הדיסקים. זה גורם לדיסקים להסתובב במהירות גבוהה מאוד.
אזור המגע בין מערבולת לדיסקים נמוך במהירות נמוכה. אך ככל שהאוויר צובר מהירות, מגע זה גדל, מה שמאפשר לדיסקים להסתובב במהירות גבוהה מאוד. הכוח הצנטריפוגלי של הדיסקים מנסה לדחוף את האוויר החוצה. אבל לאוויר אין שביל מלבד החורים במעטפות הקדמיות והאחוריות. זה גורם ליציאת האוויר, והמערבולת מתחזקת יותר. מהירות הדיסקים כמעט שווה למהירות זרימת האוויר.
יתרונות וחסרונות של טורבינת הטסלה
היתרונות הם
- יעילות גבוהה מאוד
- עלות הייצור נמוכה יותר
- עיצוב פשוט
- ניתן לסיבוב לשני הכיוונים
החסרונות הם
- לא אפשרי ליישומי הספק גבוה
- ליעילות גבוהה, קצב הזרימה חייב להיות קטן
- היעילות תלויה בזרימת נוזלי העבודה ובזרימתם.
יישומים
הטורבינה של טסלה בשל כוח המוצא והמפרט שלה כוללת יישומים מוגבלים. חלקם מוזכרים להלן.
- דחיסת נוזלים
- משאבות
- יישומי טורבינות מסוג ויין
- משאבות דם
מכאן שראינו את ההיבטים הקונסטרוקטיביים, עקרון העבודה, העיצוב והיישומים של טורבינות טסלה. החיסרון העיקרי שלה הוא מכיוון שהוא קומפקטי וקטן בגודלו, יש לו יישומים מוגבלים על פני טורבינות קונבנציונליות כמו טורבינת קפלן. מכיוון שהיעילות שלו גבוהה מאוד, יש לחשוב שכך טורבינות טסלה ניתן לגרום ליישומים גדולים כמו בתחנות כוח. זה יהווה דחיפה נהדרת למפעלים היעילים ביותר.
