La turbina Tesla è stata inventata da Nikola Tesla, nell'anno 1909. È una categoria speciale di turbine che non hanno lame. A differenza di altre turbine come Kaplan ecc., Questa turbina ha applicazioni limitate e specifiche. Ma a causa delle sue considerazioni di progettazione, è una delle turbine versatili. La sua invenzione ha portato a molte importanti applicazioni ingegneristiche. Funziona sul principio dell'effetto strato limite, dove a causa del flusso d'aria, la turbina ruota. La parte migliore di questa turbina è che può raggiungere un'efficienza fino all'80%. La sua gamma di velocità può essere raggiunta fino al livello di 80.000 giri / min per macchine di piccole dimensioni. In particolare, questa sopraelevazione della turbina viene utilizzata in centrale elettrica ma può essere utilizzato per applicazioni generali come pompe, ecc.
Diagramma della turbina di Tesla
La struttura di base della turbina Tesla è mostrata in figura. Consiste in una turbina senza lama che ha un ingresso attraverso un ugello del tubo dell'aria. Il corpo della turbina ha due uscite, una per l'entrata dell'aria e l'altra per l'uscita dell'aria. A parte questo, il disco rotante è composto da 3 a 4 strati, che sono uniti insieme. C'è un sottile traferro tra gli strati dove l'aria viene fatta passare ad una velocità molto elevata.
Turbina Tesla
Il disco rotante ha due facce, quella esterna e quella posteriore. In entrambi gli aspetti, l'aria non può fluire all'esterno del corpo della turbina. L'aria può entrare solo attraverso il tubo di ingresso e rilasciare attraverso il tubo di uscita. Il corpo della turbina è costituito da un rotore a dischi multipli che è unito insieme. Tutti i dischi del rotore sono uniti insieme su un albero comune dove il disco può ruotare.
C'è un alloggiamento esterno per i dischi da posizionare. I dischi sono solitamente collegati tramite bulloni. La parte anteriore e la parte posteriore hanno porte di uscita di scarico attraverso le quali l'aria può uscire dal corpo della turbina. Il posizionamento dei fori è fatto in modo tale da creare un vortice di aria in ingresso.
Teoria della turbina di Tesla
L'ingresso alle pale del rotore è aria ad alta pressione. Utilizzando un tubo dell'aria, che è collegato all'ingresso del turbina , l'aria viene fatta entrare nel corpo che è costituito da dischi rotorici che sono posti sull'albero e possono essere facilmente ruotati. Quando l'aria entra nell'alloggiamento della turbina, è costretta a creare un vortice a causa della forma della turbina.
Vortice significa una massa d'aria vorticosa come in un vortice o in un vortice. A causa della creazione di un vortice, l'aria è in grado di ruotare a velocità molto elevate. La formazione di un vortice è fondamentale a causa del design della turbina. Il font e il corpo del coperchio posteriore della turbina sono posti in modo tale che l'aria debba uscire attraverso i fori presenti nei coperchi anteriore e posteriore.
L'uscita dell'aria in questa natura crea un vortice d'aria. E fa girare la turbina. Quando le molecole d'aria attraversano il disco, creano un trascinamento sul disco. Questo trascinamento abbassa la turbina e la fa ruotare. Si può notare che la turbina può ruotare in entrambe le direzioni. Dipende solo da quale tubo di ingresso viene utilizzato per l'immissione di aria.
Tesla Turbine Design
Il design è costituito da due tubi di ingresso, di cui uno è collegato al tubo del tubo dell'aria. Delle due entrate, chiunque può essere utilizzato come input. All'interno del corpo sono posti i dischi del rotore che vengono uniti tra loro con l'ausilio di bulloni. Tutti i dischi sono posti su un albero comune che è collegato al corpo esterno.
Ad esempio, se viene utilizzato come pompa, l'albero è collegato al motore. C'è un sottile spazio d'aria tra i dischi, dove l'aria scorre e fa ruotare i dischi. A causa del traferro, le molecole d'aria sono in grado di creare una resistenza sul disco. Il coperchio anteriore e quello posteriore hanno 4-5 fori attraverso i quali l'aria in ingresso può essere trasferita all'atmosfera. I fori sono posizionati in modo tale che si crei un vortice e l'aria possa ruotare ad altissima velocità.
Progettazione di turbine
A causa di questa aria ad alta velocità, esercita una resistenza ad alta velocità sul disco e fa ruotare il disco a velocità molto elevate. La distanza tra i dischi è uno dei parametri critici per la progettazione e l'efficienza della turbina. La dimensione ottimale della fessura richiesta per mantenere lo strato della fessura dipende da velocità periferica del disco.
Calcoli di progettazione della turbina
Molti aspetti del design sono importanti per ottenere un'elevata efficienza. Alcuni dei principali calcoli di progettazione sono
Il fluido di lavoro o l'aria in ingresso deve avere una pressione minima. Se è acqua, la pressione dovrebbe essere di almeno 1000 kg per metro cubo. La velocità periferica deve essere di 10e-6 metri quadrati al secondo.
La distanza tra il disco viene calcolata in base alla velocità angolare e alla velocità periferica del disco. Dipende dal parametro pollhausen che è costantemente basato sulle velocità. La portata per ogni disco viene calcolata come prodotto dell'area della sezione trasversale di ciascun disco e della velocità. In base ai dati, viene stimato il numero di dischi. Anche in questo caso, anche il diametro del disco è importante per avere una buona efficienza.
Efficienza delle turbine Tesla
L'efficienza è data dal rapporto tra la potenza dell'albero di uscita e la potenza dell'albero di ingresso. La sua è espressa come
L'efficienza dipende da molti fattori come il diametro dell'albero, la velocità delle pale, il numero di pale, il carico collegato all'albero, ecc. In generale, l'efficienza della turbina è elevata rispetto ad altre turbine convenzionali. Per piccole applicazioni, l'efficienza può raggiungere anche il 97%.
Come funziona la turbina?
La turbina di Tesla lavora sul concetto di strato limite. Si compone di due ingressi. In generale, l'acqua dell'aria viene utilizzata come ingresso alla turbina. Il corpo della turbina è costituito da dischi del rotore che vengono uniti insieme con l'aiuto di bulloni. Tutti i dischi sono posti su un albero comune. Il corpo della turbina è costituito da due casi, il corpo anteriore e il corpo posteriore. In ogni custodia ci sono da 4 a 4 fori. Tutti questi fattori come il numero di dischi, il diametro del disco, ecc., Giocano un ruolo importante nella valutazione dell'efficienza della turbina.
Turbina funzionante
Quando l'aria viene lasciata fluire attraverso il tubo flessibile, entra nel corpo della turbina. All'interno del corpo turbina sono posti dei dischi collegati tra loro. C'è un sottile spazio d'aria tra i dischi. Quando le molecole d'aria entrano nel corpo della turbina esercitano un trascinamento sui dischi. A causa di questo trascinamento, i dischi iniziano a ruotare.
Gli involucri anteriore e posteriore sono costituiti da fori tali che quando l'aria entra esce da questi fori. I fori sono posizionati in modo tale che all'interno del corpo del disco venga stabilito un vortice di aria o acqua. Ciò fa sì che l'aria eserciti una maggiore resistenza sui dischi. Ciò fa sì che i dischi ruotino a una velocità molto elevata.
L'area di contatto tra il vortice e i dischi è bassa alle basse velocità. Ma man mano che l'aria guadagna velocità, questo contatto aumenta, il che consente ai dischi di ruotare ad una velocità molto elevata. La forza centrifuga dei dischi cerca di spingere l'aria verso l'esterno. Ma l'aria non ha percorso eccetto i fori sugli involucri anteriori e posteriori. Questo fa uscire l'aria e il vortice diventa più forte. La velocità dei dischi è quasi uguale alla velocità del flusso d'aria.
Vantaggi e svantaggi della turbina Tesla
I vantaggi sono
- Altissima efficienza
- Il costo di produzione è inferiore
- Design semplice
- Può essere ruotato in entrambe le direzioni
Gli svantaggi sono
- Non realizzabile per applicazioni ad alta potenza
- Per un'elevata efficienza, la portata deve essere piccola
- L'efficienza dipende dall'ingresso e dall'uscita dei fluidi di lavoro.
Applicazioni
La turbina di Tesla a causa della sua potenza di uscita e delle sue specifiche ha applicazioni limitate. Alcuni di loro sono menzionati di seguito.
- Compressione di liquidi
- Pompe
- Applicazioni di turbine a palette
- Pompe di sangue
Da qui abbiamo visto gli aspetti costruttivi, il principio di funzionamento, il design e le applicazioni delle turbine Tesla. Il suo principale svantaggio è che, essendo compatto e di piccole dimensioni, ha applicazioni limitate rispetto alle turbine convenzionali come la turbina Kaplan. Poiché la sua efficienza è molto alta, bisogna pensare che come Turbine Tesla può essere fatto per avere applicazioni importanti come nelle centrali elettriche. Sarebbe un grande impulso per le piante a bassa efficienza.
