Výpočet Teslovy turbíny. Bezlopatková disková turbína, nebo rotační motor Nikola Tesla. PS. Nějaká upřesnění
Ocelový rotor.
Vnější disky Teslovy turbíny jsou vyrobeny tlustší, protože proud plynu procházející mezi disky se snaží disky roztlačit od sebe, stejně jako přitlačit zbývající disky proti sobě. Také vnější kotouče mají radiální výstupky nad okny, které slouží jako součást těsnění.
Boční kotouč Teslovy turbíny s radiálními výstupky.
Rotor je umístěn ve skříni, která má vstupní trysku a boční kryty s otvory ve středu. Ke krytům jsou připevněny další dva díly, nevím, jak je správněji nazvat, nazval jsem je „uši“, ve kterých jsou zajištěna ložiska a odstraněno odpadní médium.
Na vnitřním povrchu krytů jsou vyříznuty radiální drážky. Podle účelu je lze rozdělit do dvou skupin. První skupina drážek je umístěna blíže středu, tyto drážky pokrývají radiální výstupky bočních kotoučů, což zajišťuje dobré utěsnění. Drážky a hřebeny, které tvoří těsnění, musí být navzájem pečlivě sladěny. Mezery musí být co nejmenší, ale také bez umožnění tření, což vyžaduje vysokou přesnost výroby. Druhá skupina drážek je vyříznuta téměř po celé zbývající ploše a nejsou na ni kladeny tak přísné požadavky na přesnost výroby. Boční disky se pohybují vzhledem k pevným krytům skříně. Aby nevznikal další odpor, je třeba zvětšit vzdálenost mezi disky a tělem. Radiální drážky druhé skupiny slouží právě k tomuto účelu. Vzhledem k tomu, že proudění si vždy hledá cestu nejmenšího odporu a v našem případě se jedná o drážky mezi kryty a disky, hlavní část proudění by procházela tudy a jen malá část by procházela mezi zbývajícími rotorovými disky. Vlivem zhutnění vzniká v drážkách zvýšený tlak, který zabraňuje průchodu média pouze touto cestou a médium prochází tam, kde je to možné, tzn. mezi ostatními disky. Šlo by udělat jednu širokou drážku, ale tím by se zvýšila netěsnost. Lepších výsledků lze proto dosáhnout použitím několika drážek.
Turbínová tryska je umístěna tangenciálně, tzn. tangenciální k vnitřnímu povrchu pouzdra a může být vytvořen ve formě pravoúhlé štěrbiny nebo kulatého zužujícího se otvoru.
Obdélníková tryska pro Teslovu turbínu.
Obvodová vůle mezi skříní a rotorem je omezena na minimum s ohledem na mírné zvětšení průměru rotoru při provozu ve vysokých otáčkách.
Nyní, když máme hrubou představu o struktuře turbíny, pojďme zvážit teoretický základ a pracovní proces. Pokud nasměrujete tok kapaliny nebo plynu podél plochého povrchu, pak tento tok začne táhnout tento povrch spolu s ním. Toto chování je způsobeno tím, že úplně první vrstva molekul sousedících s rovinou je nehybná. Další vrstva se pohybuje velmi pomalu, další o něco rychleji a tak dále. Níže uvedu krátký úryvek z aerodynamiky.
Důležitou vlastností pohybujícího se média je jeho viskozita. Viskozita se projevuje vlastností kapaliny ulpívající na povrchu, zatímco neviskózní médium volně klouže po proudnicovém povrchu. Pro ilustraci vlivu viskozity, která generuje sílu, která zpomaluje tok (tažnou sílu), uvažujme dvě velké desky paralelně k sobě A A B
(obr. 1), z nichž jeden se vůči druhému pohybuje. Viskózní médium přilne ke každé z desek. Náhodné pohyby molekul vytvářejí „míchací“ efekt, který má tendenci vyrovnávat průměrnou rychlost proudění, jehož rychlost na desce B rovná PROTI a na talíři A– nula. Výsledné rozložení rychlosti je také znázorněno na Obr. 1, kde délka šipek je úměrná rychlosti v daném bodě proudění podél výšky mezi deskami. Tedy na pohyblivé desce B síla působí tak, že zpomalí její pohyb. Pro zajištění pohybu desky B když je přítomno brzdění, musí na něj působit protisíla. Stejná síla má tendenci uvést desku do pohybu A
Máte problém najít konkrétní video? Pak vám tato stránka pomůže najít video, které tolik potřebujete. Jednoduše zpracujeme vaše požadavky a poskytneme vám všechny výsledky. Nezáleží na tom, co vás zajímá nebo co hledáte, potřebné video snadno najdeme, bez ohledu na to, jaké je jeho zaměření.
Pokud vás zajímá moderní zpravodajství, pak jsme připraveni vám nabídnout nejaktuálnější zpravodajství ve všech směrech. Výsledky fotbalových zápasů, politické události nebo světové, globální problémy. Pokud použijete naše skvělé vyhledávání, budete vždy informováni o všech událostech. Povědomí o videích, která poskytujeme, a jejich kvalita nezávisí na nás, ale na těch, kteří je na internet nahráli. Dodáme vám jen to, co hledáte a požadujete. V každém případě se pomocí našeho vyhledávání dozvíte všechny novinky ze světa.
Světová ekonomika je však také poměrně zajímavé téma, které trápí mnoho lidí. Docela hodně záleží na ekonomickém stavu různých zemí. Například dovoz a vývoz jakýchkoli potravinářských výrobků nebo zařízení. Stejná životní úroveň přímo závisí na stavu země, stejně jako platy a tak dále. Jak mohou být takové informace užitečné? Pomůže vám nejen adaptovat se na následky, ale může vás také varovat před cestou do konkrétní země. Pokud jste vášnivými cestovateli, určitě využijte naše vyhledávání.
V dnešní době je velmi těžké porozumět politickým intrikám a porozumět situaci, kdy potřebujete najít a porovnat spoustu různých informací. Snadno pro vás proto najdeme různé projevy poslanců Státní dumy a jejich vyjádření za poslední roky. Budete schopni snadno porozumět politice a situaci na politické scéně. Politiky různých zemí vám budou jasné a můžete se snadno připravit na nadcházející změny nebo se přizpůsobit naší realitě.
Najdete zde však nejen různé novinky ze světa. K láhvi piva nebo popcornu také snadno najdete film, na který se bude večer příjemně dívat. V naší vyhledávací databázi jsou filmy pro každý vkus a barvu, můžete si bez problémů najít zajímavý obrázek pro sebe. Snadno pro vás najdeme i ta nejstarší a těžko dostupná díla, ale i známé klasiky – jako je Star Wars: The Empire Strikes Back.
Pokud si chcete jen trochu odpočinout a hledáte vtipná videa, tak i zde vám můžeme uhasit žízeň. Najdeme pro vás milion různých zábavných videí z celé planety. Krátké vtipy vám snadno zvednou náladu a zabaví vás na celý den. Pomocí pohodlného vyhledávacího systému můžete najít přesně to, co vás rozesměje.
Jak jste již pochopili, neúnavně pracujeme na tom, abychom vždy dostali přesně to, co potřebujete. Toto skvělé vyhledávání jsme vytvořili speciálně pro vás, abyste mohli najít potřebné informace ve formě videa a sledovat je na pohodlném přehrávači.
Nikola Tesla byl tak skvělý vědec, že lidstvo dosud skutečně ocenilo rozsah jeho objevů. Většina jeho vynálezů, které jsou dodnes legendární, se týká možnosti přenosu na dálku. Mezi patenty, a je jich mnohem více než tisíc, které tento vynikající teoretik a experimentátor-praktik obdržel, jsou však i další, které se týkají výhradně mechanických součástí strojů. Jeden z nich popisuje princip fungování neobvyklé konstrukce, která přeměňuje energii proudu plynu na Teslovu turbínu – tak se tento mechanismus nazývá.
Každý vynález musí být jedinečný; taková jsou moderní pravidla pro registraci patentu; Originalita Teslova vynálezu spočívá v absenci lopatek, kterými je osazen rotor téměř každé turbíny. Přenos proudu vzduchu nebo jakéhokoli jiného plynu se neprovádí přímým tlakem na lopatky umístěné pod úhlem, ale pohybem hraničního proudu média obklopujícího zcela ploché disky. Teslova turbína využívá takové vlastnosti plynů, jako je jejich viskozita.
Všechny vynálezy tohoto mimořádného muže jsou velmi krásné. Teslova turbína není výjimkou. Jeho krása spočívá v jednoduchosti, nikoli v primitivnosti, ale právě v oné rafinované stručnosti, která se stala podpisem geniality. Nikdy předtím nikoho nenapadlo roztočit disk s proudem plynu nasměrovaným ve stejné rovině jako on.
Pro zvýšení účinnosti celého zařízení bylo samozřejmě nutné zvýšit počet disků a minimalizovat vzdálenost mezi nimi, takže Teslova turbína je rotor namontovaný na hnací hřídeli, sestávající z mnoha plochých „desek“ a stator je prostor, ve kterém se otáčí tryskami nasměrovanými tangenciálně, tedy kolmo k poloměru rotorových kotoučů. Toto provedení poskytuje obrovskou výhodu, když je potřeba změnit směr otáčení. K tomu stačí přepnout přívodní potrubí na trysku, která byla dříve výstupní, a celá turbína se začne otáčet v opačném směru.
Další výhodou je povaha pohybu plynu, je laminární, to znamená, že v něm nevznikají vírové proudy, k jejichž překonání se spotřebovává užitečná energie, se kterými konstruktéři turbín tak těžce bojují. Obecně platí, že v době, kdy Tesla vynalezl svou turbínu, měli inženýři mnoho problémů s materiály pro výrobu lopatek, a tak přišel na to, jak se bez nich obejít.
Design má také své nevýhody. Patří mezi ně nízký průtok plynu, při kterém je Tesla turbína účinná. To však nijak neubírá na významu tohoto vynálezu, který může být náhle potřeba a stane se jednoduše nenahraditelným řešením technického problému, jak se to stalo u jiných patentů N. Tesly.
Jednoduchost designu je zřejmou kvalitou, kterou turbína Tesla má. Můžete to udělat vlastníma rukama, ale to bude stále vyžadovat značnou kvalifikaci a vysokou přesnost při provádění všech prací. Ostatně kvalitu kotoučů a malou mezeru mezi nimi, která by měla být velmi rovnoměrná, stejně jako plášť s tryskami prakticky nelze dosáhnout pomocí těch nejjednodušších nástrojů.
Teslova turbína v muzeu Nikoly Tesly.
Tesla Turbína- bezlopatková dostředivá turbína, patentovaná Nikolou Teslou v roce 1913. Často se nazývá bezlopatková turbína, protože využívá spíše efekt mezní vrstvy než tlak kapaliny nebo páry na lopatky jako u tradiční turbíny. Teslova turbína je také známá jako turbína mezní vrstvy A Prandtlova vrstvená turbína(na počest Ludwiga Prandtla). Bioinženýrští vědci tomu říkají vícekotoučové odstředivé čerpadlo. Tesla viděl jednu z požadovaných aplikací této turbíny v geotermální energii, popsané v knize „ Naše budoucí hybná síla».
Princip fungování, výhody a nevýhody
V Teslově době byla účinnost tradičních turbín nízká, protože neexistovala žádná aerodynamická teorie potřebná k vytvoření účinných lopatek a špatná kvalita materiálů lopatek ukládala přísná omezení provozních rychlostí a teplot. Účinnost tradiční turbíny souvisí s tlakovým rozdílem mezi vstupem a výstupem. Pro dosažení vyšších tlakových rozdílů se používají horké plyny, jako je přehřátá pára v parních turbínách a zplodiny spalování v plynových turbínách, takže pro dosažení vysoké účinnosti jsou potřeba tepelně odolné materiály. Pokud turbína používá plyn, který se při pokojové teplotě stává kapalným, lze na výstupu použít kondenzátor pro zvýšení tlakového rozdílu.
Teslova turbína se od tradiční turbíny liší mechanismem přenosu energie na hřídel. Skládá se ze sady hladkých kotoučů a trysek, které usměrňují pracovní plyn na okraj kotouče. Plyn otáčí disk přes adhezi mezní vrstvy a viskózní tření a zpomaluje, když se spirálovitě zpomaluje.
Teslova turbína nemá lopatky a z nich plynoucí nevýhody: rotor nemá žádné výstupky a je tedy odolný. Má však dynamické ztráty a omezení průtoku. Malý průtok (zátěž) dává vysokou účinnost a silný průtok zvyšuje ztráty v turbíně a snižuje je, což je však charakteristické nejen pro Teslovu turbínu.
Kotouče musí být na okrajích velmi tenké, aby nevytvářely turbulence v pracovní tekutině. To vede k potřebě zvýšit počet disků se zvyšujícím se průtokem. Maximální účinnosti tohoto systému je dosaženo, když je mezidisková vzdálenost přibližně rovna tloušťce mezní vrstvy. Protože tloušťka mezní vrstvy závisí na viskozitě a tlaku, je nesprávné tvrdit, že stejnou konstrukci turbíny lze efektivně použít pro různé kapaliny a plyny.
Výzkum ukazuje, že pro udržení vysoké účinnosti musí být průtok mezi disky udržován relativně nízký. Při slabém průtoku má dráha proudění pracovní tekutiny od vstupu turbíny k výstupu mnoho závitů. Při silném proudění klesá počet otáček spirály a ta se zkracuje, což snižuje účinnost, protože plyn (kapalina) má menší kontakt s disky, takže přenáší méně energie.
Účinnost plynové turbíny Tesla je nad 60 % a dosahuje více než 95 %. Nepleťte si ale účinnost turbíny s celkovou účinností motoru, který danou turbínu využívá. Axiální turbíny, které se dnes používají v parních zařízeních a proudových motorech, mají účinnost asi 60-70% a jsou omezeny účinností odpovídajícího Carnotova cyklu a pro elektrárnu dosahuje pouze 25-42%. Tesla tvrdil, že parní verze jeho turbíny může dosáhnout 95 %. Testování parní turbíny Tesla v továrnách Westinghouse v plném měřítku ukázalo výkon páry 38 liber na koňskou sílu za hodinu, což odpovídá účinnosti turbíny v rozsahu 20 %.
V 50. letech se Warren Rice pokusil zopakovat Teslovy experimenty, ale neprovedl je na turbíně postavené striktně podle Teslova patentovaného návrhu. Rice experimentoval s jednokotoučovým vzduchovým systémem. Testovaná Riceova turbína vykázala účinnost 36-41 % při použití jediného disku. Vyšší účinnosti by mělo být dosaženo pomocí konstrukce Tesly.
Ve své nejnovější práci na Teslově turbíně provedl Rice rozsáhlou analýzu modelu laminárního proudění ve vícekotoučové turbíně. Velmi silné prohlášení o účinnosti turbíny (v protikladu k celkové účinnosti zařízení) pro tuto konstrukci bylo publikováno v roce 1991 pod názvem "Tesla Turbomachine".
V roce 1913. Často se jí říká bezlopatková turbína, protože využívá spíše efekt mezní vrstvy než tlak kapaliny nebo páry na lopatky jako u tradiční turbíny. Teslova turbína je také známá jako turbína mezní vrstvy A Prandtlova vrstvená turbína(na počest Ludwiga Prandtla). Bioinženýrští vědci tomu říkají vícekotoučové odstředivé čerpadlo. Tesla viděl jednu z požadovaných aplikací této turbíny v geotermální energii, popsané v knize „ Naše budoucí hybná síla» .
Princip fungování, výhody a nevýhody
V Teslově době byla účinnost tradičních turbín nízká, protože neexistovala žádná aerodynamická teorie potřebná k vytvoření účinných lopatek a špatná kvalita materiálů lopatek ukládala přísná omezení provozních rychlostí a teplot. Účinnost tradiční turbíny souvisí s tlakovým rozdílem mezi vstupem a výstupem. Pro dosažení vyšších tlakových rozdílů se používají horké plyny, jako je přehřátá pára v parních turbínách a zplodiny spalování v plynových turbínách, takže pro dosažení vysoké účinnosti jsou potřeba tepelně odolné materiály. Pokud turbína používá plyn, který se při pokojové teplotě stává kapalným, lze na výstupu použít kondenzátor pro zvýšení tlakového rozdílu.
Teslova turbína se od tradiční turbíny liší mechanismem přenosu energie na hřídel. Skládá se ze sady hladkých kotoučů a trysek, které usměrňují pracovní plyn na okraj kotouče. Plyn otáčí disk přes adhezi mezní vrstvy a viskózní tření a zpomaluje, když se spirálovitě zpomaluje.
Teslova turbína nemá lopatky a z nich plynoucí nevýhody: rotor nemá žádné výstupky a je tedy odolný. Má však dynamické ztráty a omezení průtoku. Malý průtok (zátěž) dává vysokou účinnost a silný průtok zvyšuje ztráty v turbíně a snižuje je, což je však charakteristické nejen pro Teslovu turbínu.
Kotouče musí být na okrajích velmi tenké, aby nevytvářely turbulence v pracovní tekutině. To vede k potřebě zvýšit počet disků se zvyšujícím se průtokem. Maximální účinnosti tohoto systému je dosaženo, když je mezidisková vzdálenost přibližně rovna tloušťce mezní vrstvy. Protože tloušťka mezní vrstvy závisí na viskozitě a tlaku, je nesprávné tvrdit, že stejnou konstrukci turbíny lze efektivně použít pro různé kapaliny a plyny.
Poznámky
- Miller, G. E.; Sidhu, A; Fink, R.; Etter, B.D.Červenec). Hodnocení vícediskové odstředivé pumpy jako umělé komory (nedefinováno) // Umělé orgány. - 1993. - T. 17, č. 7. - s. 590-592. - DOI:10.1111/j.1525-1594.1993.tb00599.x. – PMID 8338431.
- Miller, G. E.; Fink, R.Červen). Analýza optimálních konfigurací návrhu pro vícekotoučovou odstředivou krevní pumpu (anglicky) // Artificial Organs: journal. - 1999. - Sv. 23, č. 6. - S. 559-565. - DOI:10.1046/j.1525-1594.1999.06403.x. – PMID 10392285.
- Nikola Tesla,"
