Tesla türbini, 1909 yılında Nikola Tesla tarafından icat edildi. Kanadı olmayan özel bir türbin kategorisidir. Kaplan vb. Gibi diğer türbinlerin aksine, bu türbin sınırlı ve özel uygulamalara sahiptir. Ancak tasarım hususları nedeniyle çok yönlü türbinlerden biridir. Buluşu birçok büyük mühendislik uygulamasına yol açmıştır. Hava akışı nedeniyle türbinin döndüğü sınır tabakası etkisi prensibine göre çalışır. Bu türbinin en iyi yanı,% 80'e varan verimlilik elde edebilmesidir. Küçük anma makinelerinde hız aralığı 80.000 dev / dak seviyesine kadar çıkabilmektedir. Spesifik olarak, bu türbin cantı, enerji santrali işlemler ancak pompalar vb. gibi genel uygulamalar için kullanılabilir.
Tesla Türbin Şeması
Tesla türbininin temel yapısı şekilde gösterilmiştir. Bir hava borusu nozulundan girişi olan kanatsız bir türbinden oluşur. Türbinin gövdesi, biri havanın içeri girmesi, diğeri de havanın dışarı çıkması için olmak üzere iki çıkışa sahiptir. Bunun dışında dönen disk, birbirine bağlanan 3 ila 4 katmandan oluşur. Havanın çok yüksek hızda geçtiği katmanlar arasında ince bir hava boşluğu vardır.
Tesla Türbini
Dönen diskin iki yüzü vardır, dış yüzü ve arka yüzü. Her iki durumda da, havanın türbin gövdesinin dışına akması için bir alan yoktur. Hava yalnızca giriş borusundan girebilir ve çıkış borusundan serbest bırakılabilir. Türbin gövdesi, birbirine bağlanan çok sayıda disk rotorundan oluşur. Tüm rotor diskleri, diskin dönebildiği ortak bir şaft üzerinde birleştirilir.
Yerleştirilecek diskler için dış muhafaza bulunmaktadır. Diskler genellikle cıvatalarla bağlanır. Ön uç ve arka uç, havanın türbin gövdesinden çıkabileceği egzoz çıkış portlarına sahiptir. Deliklerin yerleştirilmesi, bir giriş havası girdabı yaratılacak şekilde yapılır.
Tesla Türbin Teorisi
Rotor kanatlarına giriş, yüksek basınçlı havadır. Girişine bağlı bir hava hortumu kullanarak türbin Mil üzerine yerleştirilen ve kolaylıkla döndürülebilen rotor disklerinden oluşan gövde içerisine hava girişi yapılır. Hava türbin muhafazasına girdiğinde, türbinin şekli nedeniyle bir girdap oluşturmaya zorlanır.
Girdap, bir girdap veya kasırgadaki gibi dönen bir hava kütlesi anlamına gelir. Bir girdap oluşması nedeniyle hava çok yüksek hızlarda dönebilir. Türbin tasarımı nedeniyle girdap oluşumu esastır. Türbinin font ve arka kapak gövdesi, havanın ön ve arka kapaklarda bulunan deliklerden çıkması gerekecek şekilde yerleştirilmiştir.
Bu doğadaki havanın çıkışı bir hava girdabı yaratır. Ve türbini döndürür. Hava molekülleri diski geçtiklerinde diskte bir sürüklenme oluştururlar. Bu sürükleme, türbini aşağı çeker ve dönmesini sağlar. Türbinin her iki yönde de dönebileceği not edilebilir. Sadece hava girişi için hangi giriş borusunun kullanıldığına bağlıdır.
Tesla Türbin Tasarımı
Tasarım, biri hava hortumu borusuna bağlı olan iki giriş borusundan oluşur. İki girişten herhangi biri giriş olarak kullanılabilir. Gövde içerisine civatalar yardımı ile birbirine bağlanan rotor diskleri yerleştirilmiştir. Tüm diskler, dış gövdeye bağlı ortak bir şaft üzerine yerleştirilmiştir.
Örneğin pompa olarak kullanılıyorsa şaft motora bağlanır. Diskler arasında havanın aktığı ve disklerin dönmesini sağlayan ince bir hava boşluğu vardır. Hava boşluğu nedeniyle, hava molekülleri disk üzerinde bir sürüklenme oluşturabilir. Ön ve arka kapak, giriş havasının atmosfere geçebildiği 4-5 deliğe sahiptir. Delikler, girdap oluşacak ve hava çok yüksek hızda dönebilecek şekilde yerleştirilir.
Türbin Tasarımı
Bu yüksek hızlı hava sayesinde, diske yüksek hızda sürükleme uygular ve diskin çok yüksek hızlarda dönmesini sağlar. Disk aralığı, türbinin tasarımı ve verimliliği için kritik parametrelerden biridir. Boşluk katmanını korumak için gereken optimum boşluk boyutu, çevresel hız diskin.
Türbin Tasarım Hesaplamaları
Yüksek verimlilik elde etmek için birçok tasarım yönü önemlidir. Başlıca tasarım hesaplamalarından bazıları
Çalışma sıvısı veya giriş havası minimum basınca sahip olmalıdır. Su ise, basıncın metre küp başına en az 1000 kg olması beklenir. Çevresel hız saniyede 10-6 metre kare olmalıdır.
Disk arasındaki boşluk, diskin açısal hızına ve çevresel hızına göre hesaplanır. Sürekli hızlara dayalı olan pollhausen parametresine bağlıdır. Her disk için akış hızı, her diskin enine kesit alanı ve hızın bir ürünü olarak hesaplanır. Verilere göre disk sayısı tahmin edilir. Yine, iyi bir verime sahip olmak için diskin çapı da önemlidir.
Tesla Türbin Verimliliği
Verimlilik, çıkış mili gücünün giriş mili gücüne oranı ile verilir.
Verimlilik, şaftın çapı, kanatların hızı, kanatların sayısı, şafta bağlanan yük vb. Gibi birçok faktöre bağlıdır. Genel olarak türbin verimi, diğer geleneksel türbinlere kıyasla yüksektir. Küçük uygulamalar için verimlilik% 97'ye kadar ulaşabilir.
Türbin Nasıl Çalışır?
Tesla türbini, sınır tabakası kavramı üzerinde çalışır. İki girişten oluşur. Genelde türbine giriş olarak hava suyu kullanılır. Türbin gövdesi, cıvatalar yardımıyla birbirine bağlanan rotor disklerinden oluşur. Tüm diskler ortak bir şaft üzerine yerleştirilmiştir. Türbin gövdesi, ön kasa ve arka kasa olmak üzere iki kasadan oluşur. Her kasada 4 ila 4 delik vardır. Disk sayısı, disk çapı gibi tüm bu faktörler türbinin verimliliğini değerlendirmede önemli bir rol oynar.
Türbin Çalışması
Havanın hortum borusundan geçmesine izin verildiğinde türbin gövdesine girer. Türbin gövdesinin içine birbirine bağlı diskler yerleştirilmiştir. Diskler arasında ince bir hava boşluğu var. Hava molekülleri türbin gövdesine girdiklerinde diskler üzerinde bir sürükleme yaparlar. Bu sürükleme nedeniyle diskler dönmeye başlar.
Ön ve arka kasalar, hava girdiğinde bu deliklerden dışarı çıkacak şekilde deliklerden oluşur. Delikler, disk gövdesi içinde bir hava veya su girdabı oluşacak şekilde yerleştirilir. Bu da havanın disklere daha fazla sürtünmesine neden olur. Bu, disklerin çok yüksek bir hızda dönmesine neden olur.
Düşük hızlarda girdap ve diskler arasındaki temas alanı düşüktür. Ancak hava hızlandıkça bu temas artar, bu da disklerin çok yüksek bir hızda dönmesini sağlar. Disklerin merkezkaç kuvveti havayı dışarı doğru itmeye çalışır. Ancak havanın ön ve arka kasalardaki delikler dışında bir yolu yoktur. Bu, hava çıkışını sağlar ve girdap daha güçlü hale gelir. Disklerin hızı neredeyse hava akış hızına eşittir.
Tesla Türbininin Avantaj ve Dezavantajları
Avantajlar
- Çok yüksek verimlilik
- Üretim maliyeti daha az
- Basit tasarım
- Her iki yönde de döndürülebilir
Dezavantajları
- Yüksek güçlü uygulamalar için uygun değil
- Yüksek verimlilik için akış hızı küçük olmalıdır
- Verimlilik, çalışma sıvılarının içeri ve dışarı akışına bağlıdır.
Uygulamalar
Tesla'nın türbini, çıkış gücü ve spesifikasyonları nedeniyle sınırlı uygulamalara sahiptir. Bazılarından aşağıda bahsedilmiştir.
- Sıvıların sıkıştırılması
- Pompalar
- Kanatlı türbin uygulamaları
- Kan pompaları
Böylece Tesla türbinlerinin yapısal yönlerini, çalışma prensibini, tasarımını ve uygulamalarını gördük. En büyük dezavantajı, kompakt ve küçük olması nedeniyle Kaplan türbini gibi geleneksel türbinlere göre sınırlı uygulama alanına sahip olmasıdır. Verimliliği çok yüksek olduğu için nasıl olduğu düşünülmelidir Tesla türbinleri santrallerde olduğu gibi büyük uygulamalara sahip olunabilir. Bu, düşük verimli tesislere büyük bir destek olur.
