محاسبه توربین تسلا توربین دیسک بدون تیغه یا موتور دوار نیکولا تسلا. PS. برخی شفاف سازی ها
روتور فولادی.
دیسک های بیرونی توربین تسلا ضخیم تر شده اند، زیرا جریان گازی که از بین دیسک ها عبور می کند سعی می کند دیسک ها را از هم جدا کند و همچنین دیسک های باقی مانده را روی یکدیگر فشار دهد. همچنین، دیسک های بیرونی دارای برجستگی های شعاعی بالای پنجره ها هستند که به عنوان بخشی از مهر و موم عمل می کنند.
دیسک جانبی توربین تسلا با برآمدگی های شعاعی.
روتور در محفظه ای قرار می گیرد که دارای یک نازل ورودی و پوشش های جانبی با سوراخ هایی در مرکز است. دو قسمت دیگر به روکش ها وصل شده است، نمی دانم آنها را به درستی چه نامی بگذارم، من آنها را "گوش" نامیدم، که در آن بلبرینگ ها محکم شده و محیط زائد خارج می شود.
شیارهای شعاعی در سطح داخلی روکش ها بریده می شود. آنها را می توان با توجه به هدفشان به دو گروه تقسیم کرد. اولین گروه از شیارها نزدیک به مرکز قرار دارند، این شیارها برآمدگی های شعاعی دیسک های جانبی را در خود جای می دهند که آب بندی خوبی را تضمین می کند. شیارها و برجستگی هایی که مهر و موم را تشکیل می دهند باید به دقت با یکدیگر هماهنگ شوند. شکاف ها باید تا حد امکان کوچک باشند، اما همچنین بدون اجازه اصطکاک، که نیاز به دقت ساخت بالایی دارد. گروه دوم شیارها تقریباً در تمام سطح باقی مانده بریده می شوند و مشمول چنین الزامات سختگیرانه ای برای دقت ساخت نیستند. دیسک های جانبی نسبت به روکش های محفظه ثابت حرکت می کنند. برای اینکه مقاومت اضافی ایجاد نشود، باید فاصله بین دیسک ها و بدنه را افزایش داد. شیارهای شعاعی گروه دوم دقیقاً در خدمت این هدف هستند. از آنجایی که جریان همیشه به دنبال مسیری با کمترین مقاومت است و در مورد ما این شیارها بین پوشش ها و دیسک ها هستند، قسمت اصلی جریان از این طریق عبور می کند و تنها قسمت کوچکی از بین دیسک های روتور باقی مانده عبور می کند. به دلیل فشردگی، فشار بیشتری در شیارها ایجاد می شود که مانع از عبور محیط فقط از این طریق می شود و محیط در جایی که امکان دارد عبور می کند، یعنی. بین دیسک های دیگر می توان یک شیار گسترده ایجاد کرد، اما این باعث افزایش نشتی می شود. بنابراین با استفاده از چندین شیار می توان به نتایج بهتری دست یافت.
نازل توربین به صورت مماس قرار دارد، یعنی. مماس با سطح داخلی محفظه است و می تواند به شکل یک شکاف مستطیلی یا یک سوراخ باریک گرد ساخته شود.
نازل مستطیلی برای توربین تسلا.
فاصله در امتداد حاشیه بین محفظه و روتور با در نظر گرفتن افزایش جزئی در قطر روتور هنگام کار با سرعت بالا به حداقل می رسد.
حال، با داشتن یک ایده تقریبی از ساختار توربین، اجازه دهید مبانی نظری و فرآیند کار را در نظر بگیریم. اگر جریانی از مایع یا گاز را در امتداد یک سطح صاف هدایت کنید، آنگاه این جریان شروع به کشیدن این سطح به همراه خود می کند. این رفتار به این دلیل است که اولین لایه مولکول های مجاور هواپیما بی حرکت است. لایه بعدی بسیار آهسته حرکت می کند، لایه بعدی کمی سریعتر و غیره. در زیر گزیده ای کوتاه از آیرودینامیک می آورم.
یکی از ویژگی های مهم یک محیط متحرک ویسکوزیته آن است. ویسکوزیته خود را از طریق خاصیت چسبیدن سیال به سطح نشان می دهد، در حالی که یک محیط غیر چسبناک آزادانه در امتداد یک سطح صاف می لغزد. برای نشان دادن اثر ویسکوزیته، که نیرویی ایجاد می کند که جریان را کاهش می دهد (نیروی کشش)، دو صفحه بزرگ را به موازات یکدیگر در نظر بگیرید. آو ب
(شکل 1) که یکی از آنها نسبت به دیگری حرکت می کند. محیط چسبناک به هر یک از صفحات می چسبد. حرکات تصادفی مولکول ها یک اثر "همزن" ایجاد می کند، که تمایل دارد سرعت متوسط جریان را که سرعت آن روی صفحه است یکسان کند. بمساوی با V، و در بشقاب آ- صفر توزیع سرعت حاصل نیز در شکل 1 نشان داده شده است. 1، که در آن طول فلش ها متناسب با سرعت در یک نقطه معین از جریان در امتداد ارتفاع بین صفحات است. بنابراین، در صفحه متحرک بیک نیرو برای کند کردن حرکت آن عمل می کند. برای اطمینان از حرکت صفحه بهنگامی که ترمز وجود دارد، باید یک نیروی متقابل به آن اعمال شود. همین نیرو تمایل دارد صفحه را به حرکت درآورد آ
آیا در یافتن یک ویدیوی خاص مشکل دارید؟ سپس این صفحه به شما کمک می کند ویدیویی را که خیلی به آن نیاز دارید پیدا کنید. ما به راحتی درخواست های شما را پردازش می کنیم و همه نتایج را به شما می دهیم. مهم نیست به چه چیزی علاقه دارید یا به دنبال چه چیزی هستید، ما به راحتی می توانیم ویدیوی لازم را بدون توجه به تمرکز آن پیدا کنیم.
اگر به اخبار مدرن علاقه مند هستید، در حال حاضر آماده ارائه جدیدترین گزارش های خبری از همه جهت به شما هستیم. نتایج مسابقات فوتبال، رویدادهای سیاسی یا جهان، مشکلات جهانی. اگر از جستجوی فوق العاده ما استفاده کنید، همیشه از همه رویدادها آگاه خواهید بود. آگاهی از ویدیوهایی که ارائه می کنیم و کیفیت آنها به ما بستگی ندارد، بلکه به کسانی بستگی دارد که آنها را در اینترنت آپلود کرده اند. ما فقط آنچه را که به دنبالش هستید و می خواهید به شما عرضه می کنیم. در هر صورت، با استفاده از جستجوی ما، تمام اخبار دنیا را خواهید دانست.
با این حال، اقتصاد جهانی نیز موضوع نسبتاً جالبی است که بسیاری از مردم را نگران می کند. تا حد زیادی به وضعیت اقتصادی کشورهای مختلف بستگی دارد. به عنوان مثال واردات و صادرات هر نوع محصول یا تجهیزات غذایی. همان سطح زندگی به طور مستقیم به وضعیت کشور بستگی دارد، حقوق و غیره. چنین اطلاعاتی چگونه می تواند مفید باشد؟ این به شما کمک می کند نه تنها خود را با عواقب وفق دهید، بلکه ممکن است به شما در مورد سفر به یک کشور خاص هشدار دهد. اگر شما یک مسافر مشتاق هستید، حتما از جستجوی ما استفاده کنید.
امروزه درک دسیسه های سیاسی بسیار دشوار است و برای درک موقعیت باید اطلاعات مختلف زیادی را پیدا و مقایسه کرد. بنابراین، ما می توانیم به راحتی سخنرانی های مختلف نمایندگان دومای دولتی و اظهارات آنها در سال های گذشته را برای شما پیدا کنیم. شما قادر خواهید بود به راحتی سیاست و وضعیت موجود در عرصه سیاسی را درک کنید. سیاست های کشورهای مختلف برای شما روشن می شود و می توانید به راحتی خود را برای تغییرات پیش رو آماده کنید یا با واقعیت های ما سازگار شوید.
با این حال، شما می توانید در اینجا نه تنها اخبار مختلف از سراسر جهان را بیابید. همچنین می توانید به راحتی فیلمی را پیدا کنید که تماشای آن در عصر با یک بطری آبجو یا ذرت بو داده لذت بخش باشد. در پایگاه جستجوی ما فیلم هایی برای هر سلیقه و رنگی وجود دارد، می توانید بدون هیچ مشکلی یک تصویر جالب برای خود پیدا کنید. ما به راحتی می توانیم حتی قدیمی ترین و سخت ترین آثار و همچنین آثار کلاسیک شناخته شده را برای شما پیدا کنیم - مانند Star Wars: The Empire Strikes Back.
اگر فقط می خواهید کمی استراحت کنید و به دنبال ویدیوهای خنده دار هستید، ما می توانیم تشنگی شما را نیز در اینجا رفع کنیم. ما برای شما یک میلیون ویدیو سرگرم کننده مختلف از سراسر این سیاره پیدا خواهیم کرد. شوخی های کوتاه به راحتی روحیه شما را بالا می برد و شما را در تمام طول روز سرگرم می کند. با استفاده از یک سیستم جستجوی راحت، می توانید دقیقاً آنچه را که شما را به خنده می اندازد بیابید.
همانطور که قبلاً متوجه شده اید، ما به طور خستگی ناپذیر تلاش می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که شما همیشه دقیقاً آنچه را که نیاز دارید دریافت می کنید. ما این جستجوی فوق العاده را به خصوص برای شما ایجاد کردیم تا بتوانید اطلاعات لازم را در قالب یک ویدیو پیدا کنید و آن را در یک پخش کننده راحت تماشا کنید.
نیکولا تسلا چنان دانشمند بزرگی بود که بشریت هنوز واقعاً از مقیاس اکتشافات او قدردانی نکرده است. بیشتر اختراعات او که امروزه نیز افسانه ای هستند، مربوط به امکان انتقال از راه دور است. با این حال، در میان اختراعات، و بیش از هزار مورد از آنها وجود دارد که این نظریه پرداز برجسته و آزمایشگر-کارشناس دریافت کرده است، موارد دیگری نیز وجود دارد که منحصراً به اجزای مکانیکی ماشین ها مربوط می شود. یکی از آنها اصل عملکرد یک طراحی غیرمعمول را توصیف می کند که انرژی یک جریان گاز را به یک توربین تسلا تبدیل می کند - این نام این مکانیسم است.
هر اختراع باید منحصر به فرد باشد. اصالت اختراع تسلا در نبود پره هایی است که تقریباً به روتور هر توربین مجهز شده است. انتقال جریان هوا، یا هر گاز دیگر، نه به دلیل فشار مستقیم بر روی پره هایی که در زاویه ای نسبت به آن قرار می گیرند، بلکه با حرکت جریان مرزی محیط اطراف دیسک های کاملاً مسطح انجام می شود. توربین تسلا از خاصیت گازها به عنوان ویسکوزیته آنها استفاده می کند.
تمام اختراعات این مرد خارق العاده بسیار زیباست. توربین تسلا نیز از این قاعده مستثنی نیست. زیبایی آن در سادگی است، نه در بدوی بودن، بلکه دقیقاً در آن ایجاز و اختصار است که به نشانه نبوغ تبدیل شده است. پیش از این هرگز به ذهن کسی خطور نکرده بود که دیسکی را با جریان گازی که در همان صفحه هدایت می شود بچرخاند.
البته برای افزایش کارایی کل دستگاه، لازم بود تعداد دیسک ها افزایش یافته و فاصله بین آنها به حداقل برسد، بنابراین توربین تسلا روتوری است که بر روی محور محرک نصب شده است و از "صفحات" مسطح زیادی تشکیل شده است. استاتور فضایی است که در آن با نازل هایی که به صورت مماس جهت می شوند، یعنی عمود بر شعاع دیسک های روتور می چرخد. این طرح در مواقعی که نیاز به تغییر جهت چرخش باشد، مزیت بزرگی را فراهم می کند. برای انجام این کار کافی است لوله ورودی را به نازلی که قبلاً خروجی بود تغییر دهید و کل توربین شروع به چرخش در جهت معکوس می کند.
مزیت دیگر ماهیت حرکت گاز است، یعنی جریان های گردابی در آن ایجاد نمی شود، تا بر انرژی مفید غلبه شود و طراحان توربین به شدت با آن مبارزه می کنند. به طور کلی، در زمانی که تسلا توربین خود را اختراع کرد، مهندسان با موادی برای ساخت پره‌ها مشکلات زیادی داشتند، بنابراین او متوجه شد که چگونه بدون آنها کاملاً کار کند.
طراحی نیز دارای معایبی است. اینها شامل نرخ جریان گاز کم است که در آن توربین تسلا موثر است. با این حال، این به هیچ وجه از اهمیت این اختراع که ممکن است به طور ناگهانی مورد نیاز باشد و تبدیل به یک راه حل غیرقابل جایگزین برای یک مشکل فنی شود، کم نمی کند، همانطور که در مورد سایر اختراعات N. Tesla اتفاق افتاد.
سادگی طراحی کیفیت بارز توربین تسلا است. شما می توانید آن را با دستان خود بسازید، با این حال، این هنوز هم به صلاحیت های قابل توجه و دقت بالایی در انجام تمام کارها نیاز دارد. از این گذشته، کیفیت دیسک ها و شکاف کوچک بین آنها، که باید بسیار یکنواخت باشد، و همچنین پوشش با نازل، با استفاده از ساده ترین ابزارها عملا غیرممکن است.
توربین تسلا در موزه نیکولا تسلا.
توربین تسلا- توربین گریز از مرکز بدون پره، ثبت اختراع نیکولا تسلا در سال 1913. اغلب به آن توربین بدون پره می گویند زیرا از یک اثر لایه مرزی به جای فشار مایع یا بخار بر روی پره ها مانند توربین های سنتی استفاده می کند. توربین تسلا نیز به نام توربین لایه مرزیو توربین لایه پرانتل(به افتخار لودویگ پراندتل). دانشمندان مهندسی زیستی آن را پمپ گریز از مرکز چند دیسکی می نامند. تسلا یکی از کاربردهای مورد نظر این توربین را در انرژی زمین گرمایی مشاهده کرد که در کتاب شرح داده شده است. نیروی محرکه آینده ما».
اصل عملیات، مزایا و معایب
در زمان تسلا، راندمان توربین‌های سنتی پایین بود، زیرا برای ایجاد پره‌های کارآمد نیازی به تئوری آیرودینامیکی نبود و کیفیت پایین مواد پره‌ها محدودیت‌های شدیدی را بر روی سرعت و دما اعمال می‌کرد. راندمان یک توربین سنتی به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی مربوط می شود. برای دستیابی به اختلاف فشار بالاتر، از گازهای داغ استفاده می شود، مانند بخار فوق گرم در توربین های بخار و محصولات احتراق در توربین های گاز، بنابراین برای دستیابی به راندمان بالا به مواد مقاوم در برابر حرارت نیاز است. اگر توربین از گازی استفاده کند که در دمای اتاق به مایع تبدیل شود، می توان از یک کندانسور در خروجی استفاده کرد تا اختلاف فشار را افزایش دهد.
توربین تسلا از نظر مکانیزم انتقال انرژی به شفت با توربین سنتی متفاوت است. این شامل مجموعه ای از دیسک ها و نازل های صاف است که گاز کار را به لبه دیسک هدایت می کند. گاز دیسک را از طریق چسبندگی لایه مرزی و اصطکاک ویسکوز می چرخاند و در حین مارپیچ سرعت آن کاهش می یابد.
توربین تسلا پره ندارد و معایب ناشی از آنها: روتور برجستگی ندارد و بنابراین بادوام است. با این حال، تلفات دینامیکی و محدودیت‌های سرعت جریان دارد. یک جریان (بار) کوچک راندمان بالایی می دهد و یک جریان قوی باعث افزایش تلفات در توربین و کاهش آن می شود که البته این ویژگی نه تنها برای توربین تسلا است.
دیسک ها باید در لبه ها بسیار نازک باشند تا در سیال کار تلاطم ایجاد نشود. این منجر به نیاز به افزایش تعداد دیسک ها با افزایش نرخ جریان می شود. حداکثر کارایی این سیستم زمانی حاصل می شود که فاصله بین دیسک تقریباً برابر با ضخامت لایه مرزی باشد. از آنجایی که ضخامت لایه مرزی به ویسکوزیته و فشار بستگی دارد، این نادرست است که بگوییم می توان از طراحی یکسان توربین به طور موثر برای مایعات و گازهای مختلف استفاده کرد.
تحقیقات نشان می دهد که برای حفظ راندمان بالا، سرعت جریان بین دیسک ها باید نسبتاً پایین نگه داشته شود. با جریان ضعیف، مسیر جریان سیال کار از ورودی توربین به خروجی دارای پیچ های زیادی است. با جریان قوی تعداد دورهای مارپیچ کاهش می یابد و کوتاهتر می شود که باعث کاهش راندمان می شود زیرا گاز (مایع) تماس کمتری با دیسک ها دارد و به این معنی است که انرژی کمتری را منتقل می کند.
راندمان توربین گازی تسلا بالای 60 درصد است و به بیش از 95 درصد می رسد. اما بازده توربین را با بازده کلی موتوری که از یک توربین معین استفاده می کند اشتباه نگیرید. توربین های محوری که هم اکنون در نیروگاه های بخار و موتورهای جت استفاده می شوند، بازدهی حدود 60-70 درصد دارند و با راندمان چرخه کارنو مربوطه محدود می شوند و برای یک نیروگاه فقط به 25-42 درصد می رسد. تسلا ادعا کرد که نسخه بخار توربین او می تواند به 95٪ برسد. آزمایش کامل توربین بخار تسلا در کارخانه وستینگهاوس خروجی بخار 38 پوند بر اسب بخار در ساعت را نشان داد که مربوط به راندمان توربین در محدوده 20٪ است.
در دهه 1950، وارن رایس تلاش کرد آزمایش‌های تسلا را تکرار کند، اما او آنها را روی توربین‌هایی که کاملاً بر اساس طرح ثبت اختراع تسلا ساخته شده بود، انجام نداد. رایس با یک سیستم هوای تک دیسکی آزمایش کرد. توربین برنج آزمایش شده با استفاده از یک دیسک بازده 36-41 درصد را نشان داد. راندمان بالاتری باید با استفاده از طراحی تسلا حاصل شود.
رایس در آخرین کار خود بر روی توربین تسلا، تحلیل گسترده ای از مدل جریان آرام در یک توربین چند دیسکی انجام داد. یک بیانیه بسیار قوی برای بازده توربین (در مقابل بازده کلی دستگاه) برای این طرح در سال 1991 تحت عنوان "Tesla Turbomachine" منتشر شد.
در سال 1913 اغلب به آن توربین بدون پره می گویند زیرا از اثر لایه مرزی به جای فشار مایع یا بخار بر روی پره ها مانند یک توربین سنتی استفاده می کند. توربین تسلا نیز به نام توربین لایه مرزیو توربین لایه پرانتل(به افتخار لودویگ پراندتل). دانشمندان مهندسی زیستی آن را پمپ گریز از مرکز چند دیسکی می نامند. تسلا یکی از کاربردهای مورد نظر این توربین را در انرژی زمین گرمایی مشاهده کرد که در کتاب شرح داده شده است. نیروی محرکه آینده ما» .
اصل عملیات، مزایا و معایب
در زمان تسلا، راندمان توربین‌های سنتی پایین بود، زیرا برای ایجاد پره‌های کارآمد نیازی به تئوری آیرودینامیکی نبود و کیفیت پایین مواد پره‌ها محدودیت‌های شدیدی را بر روی سرعت و دما اعمال می‌کرد. راندمان یک توربین سنتی به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی مربوط می شود. برای دستیابی به اختلاف فشار بالاتر، از گازهای داغ استفاده می شود، مانند بخار فوق گرم در توربین های بخار و محصولات احتراق در توربین های گاز، بنابراین برای دستیابی به راندمان بالا به مواد مقاوم در برابر حرارت نیاز است. اگر توربین از گازی استفاده کند که در دمای اتاق به مایع تبدیل شود، می توان از یک کندانسور در خروجی استفاده کرد تا اختلاف فشار را افزایش دهد.
توربین تسلا از نظر مکانیزم انتقال انرژی به شفت با توربین سنتی متفاوت است. این شامل مجموعه ای از دیسک ها و نازل های صاف است که گاز کار را به لبه دیسک هدایت می کند. گاز دیسک را از طریق چسبندگی لایه مرزی و اصطکاک ویسکوز می چرخاند و در حین مارپیچ سرعت آن کاهش می یابد.
توربین تسلا پره ندارد و معایب ناشی از آنها: روتور برجستگی ندارد و بنابراین بادوام است. با این حال، تلفات دینامیکی و محدودیت‌های سرعت جریان دارد. یک جریان (بار) کوچک راندمان بالایی می دهد و یک جریان قوی باعث افزایش تلفات در توربین و کاهش آن می شود که البته این ویژگی نه تنها برای توربین تسلا است.
دیسک ها باید در لبه ها بسیار نازک باشند تا در سیال کار تلاطم ایجاد نشود. این منجر به نیاز به افزایش تعداد دیسک ها با افزایش نرخ جریان می شود. حداکثر کارایی این سیستم زمانی حاصل می شود که فاصله بین دیسک تقریباً برابر با ضخامت لایه مرزی باشد. از آنجایی که ضخامت لایه مرزی به ویسکوزیته و فشار بستگی دارد، این نادرست است که بگوییم می توان از طراحی یکسان توربین به طور موثر برای مایعات و گازهای مختلف استفاده کرد.
یادداشت
- میلر، جی.ای. سیدو، ا. فینک، آر. اتر، بی. دی.جولای). ارزیابی یک پمپ گریز از مرکز چند دیسکی به عنوان یک بطن مصنوعی (تعریف نشده) // ارگان های مصنوعی. - 1993. - T. 17، شماره 7. - ص 590-592. - DOI:10.1111/j.1525-1594.1993.tb00599.x. - PMID 8338431.
- میلر، جی.ای. فینک، آر.ژوئن). تجزیه و تحلیل تنظیمات طراحی بهینه برای پمپ خون گریز از مرکز چند دیسکی (انگلیسی) // Artificial Organs: journal. - 1999. - جلد. 23، شماره 6. - ص 559-565. - DOI: 10.1046/j.1525-1594.1999.06403.x. - PMID 10392285.
- نیکولا تسلا، "
