Turbina Tesla

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Turbina Tesla

Turbina Tesla este o turbină fără lame, inventată de Nikola Tesla în 1913 . Pentru a funcționa, turbina exploatează unul dintre efectele stratului limită care constă în „aderența vâscoasă” sau încetinirea unui fluid care curge lângă o suprafață. Această încetinire duce la o reducere a energiei cinetice a fluidului, transferându-l pe suprafața însăși; dacă suprafața are forma unui disc, impulsul este transferat de la fluid la turbină, rezultând generarea unui cuplu de antrenare care face rotirea turbinei.

Turbina Tesla este, de asemenea, menționată ca turbină pentru a limita stratul (turbine cu strat de delimitare), pentru turbina de coeziune ( turbine de tip coeziune) sau stratul de turbină al lui Prandtl (turbină cu strat Prandtl). Unul dintre domeniile de aplicare pentru care Tesla proiectase această turbină a fost exploatarea energiei geotermale așa cum este descris în Forța noastră viitoare motivantă [1] .

Descriere

Design original al brevetului turbinei fără lame.

Designul prezintă o dublă alimentare, din părți opuse, care permite rotația în ambele direcții. Turbina Tesla este formată dintr-o serie de discuri perfect netede, traversate de un fluid care este introdus de duze plasate tangențial pe margine. Datorită vâscozității sale, fluidul tinde să adere la suprafață, transmițând o parte din energia cinetică către discuri: acest transfer de energie duce, pe de o parte, la producerea unui cuplu mecanic de către discuri și, pe de altă parte ,, la o încetinire a fluidului, care va tinde să facă o traiectorie în spirală spre centrul discurilor unde este localizată descărcarea.

Faptul că rotorul este format din discuri îl face doar extrem de robust și simplu de construit. Turbina Tesla poate funcționa indiferent atât cu fluidele calde, cât și cu cele reci, deoarece componenta energetică utilizată nu este termică, ci cinetică.
Acest lucru face important ca o turbină Tesla să proiecteze cu atenție canalul de intrare a fluidului în carterul care conține discurile turbinei. Această intrare, constând dintr-o duză , trebuie să permită transformarea, cu pierderi minime, a energiei potențiale a fluidului în energie cinetică.

Tesla a declarat că turbina pe care a proiectat-o ​​este foarte eficientă, până la 92% și că ar putea fi, de asemenea, mutată de vapori amestecați cu lichid, pentru funcționarea sa pe o instalație de abur, nu necesita transformări tehnologice speciale și, prin urmare, a fost posibil să folosiți-l.cu o actualizare tehnologică a unui sistem existent. Cu toate acestea, Tesla a recunoscut că cea mai bună performanță a fost obținută cu ajutorul implanturilor proiectate special.

Această turbină poate fi aplicată cu succes sistemelor cu condensatoare care funcționează la vid ridicat deoarece, datorită expansiunii mari, temperatura fluidelor la ieșirea turbinei este suficient de scăzută pentru introducerea directă în condensator. Deși este necesar să se utilizeze combustibili speciali și sisteme de presurizare, avantajul randamentului justifică în mod amplu costurile de construcție și exploatare.

Construcția rotorului

Rotorul este format dintr-o serie distanțată de discuri, găurite în centru pentru a permite evacuarea gazului, montate pe un arbore care este la rândul său montat pe rulmenți sau bucșe.

Nu este absolut necesar ca diametrul extern al discurilor să fie egal cu diametrul interior al carcasei care le conține, de aceea poate fi semnificativ mai mic, astfel încât să le permită o anumită posibilitate de expansiune. Toate acestea înseamnă că construcția dispozitivului este simplă și cu toleranțe largi, permițând o producție ușoară în masă.

Turbina Tesla, la fel ca turbinele cu palete utilizate pentru producerea de energie cu abur, generează o viteză de rotație foarte mare, dar pe de altă parte un cuplu moderat. Cuplul poate fi mărit prin creșterea numărului de plăci și a diametrului acestora: aceasta înseamnă că performanța unei turbine Tesla depinde în mod semnificativ de dimensiunea și tipul de fluid utilizat.

Eficiența turbinei

Turbina Tesla are o eficiență teoretică foarte mare, aproximativ 92% [ este necesară citarea ] , dar de fapt există mai multe constrângeri constructive care îi reduc performanța generală. Pentru a clarifica mai bine aceste constrângeri:

  • Diametrul rotorului : nu trebuie să fie separat de caracteristicile fizice ale fluidului care va fi utilizat. Această constrângere înseamnă că teoretic este posibil să se determine un diametru optim al rotorului: de fapt un rotor care este prea mic nu poate converti efectiv toată energia cinetică prezentă în fluidul introdus. Pe de altă parte, un rotor care este prea mare poate genera un traseu excesiv pentru fluid, cu consecințele căderilor de presiune. Nu numai asta, dar un disc prea mare este dificil de construit și, datorită eforturilor centrifuge ridicate la care este supus, viteza maximă de rotație va fi limitată.
  • Spațiul dintre suprafețele discurilor care alcătuiesc rotorul : de exemplu, este necesară o distanță de aproximativ 0,4 mm pentru abur; de asemenea, este crucial ca discurile să aibă o grosime minimă, o problemă pentru discurile mari care funcționează la viteze mari de rotație. De fapt, prevenirea posibilității de aprindere a oscilațiilor pe discuri este una dintre problemele majore ale acestei turbine. Dificultatea în conținerea fluctuațiilor este principala cauză a eșecului comercial al acestei invenții. Cu toate acestea, în ultimii ani, cu noile tehnologii derivate adesea din turboreactoare , este posibil să se creeze discuri mai subțiri și mai rigide, cu o bună finisare a suprafeței, elemente care pot contribui la îmbunătățirea eficienței dispozitivului.
  • Finisarea suprafeței discurilor : o suprafață aspră a discurilor poate genera cu ușurință vârtejuri care reduc eficiența turbinei, deci este important să fie realizate cu suprafețe netede foarte bine finisate.
  • Poziționarea și geometria duzei de admisie : fiind turbina Tesla un dispozitiv care exploatează energia cinetică a fluidului injectat, caracteristicile duzei care aduc fluidul să aibă o viteză mare și, prin urmare, energie cinetică, sunt decisive; realizarea unor astfel de duze fără turbulențe este deosebit de importantă.
  • Geometria marginii de intrare a discurilor : viteza fluidului care coboară marginea discului poate fi supersonică și, prin urmare, în această zonă pot fi create unde de compresie care pot genera pierderi și modificări în calea fluidului.
  • Mărimea și geometria deschiderii conductelor de eșapament : chiar dacă viteza fluidului este mai mică la ieșirea turbinei, proiectarea eșapamentului este esențială, iar în această fază pot apărea și învârtiri dăunătoare cu pierderile care rezultă; de fapt fluxul este centripet (de la periferie la centrul discului), și apoi axial (aliniat cu axa de rotație); cu discuri rotative de mare viteză, transportul unui fluid rotativ într-un canal axial fără turbulențe nu este ușor.

Se utilizează ca pompă

Este posibilă utilizarea turbinei Tesla ca pompă, în acest caz arborele trebuie deplasat cu ajutorul unui motor de mare viteză. Datorită efectului Coandă, fluidul, făcut să intre din centru, este târât treptat de discurile rotative, realizând o traiectorie spirală, astfel încât o parte din energia de rotație a discurilor este transmisă fluidului, care va fi apoi expulzat. din orificiul de centură extern.

Curiozitate

Constructorii de ambarcațiuni ale modelelor de turbine Tesla pot construi cu ușurință modele funcționale ale turbinei utilizând o serie de discuri optice (CD sau disc compact ) pentru a compune roata, evident cu distanțieri interpuse și cu o gaură centrală adecvată, plăci lucrate în polimetilmetacrilat (Plexiglas) sau o serie întreagă de analogi, pentru carcasă și duză, care, printre altele, au avantajul de a fi transparent și aer comprimat de înaltă presiune ca fluid al motorului.

Notă

  1. ^ Nikola Tesla, Puterea noastră motivantă pentru viitor Arhivat la 24 aprilie 2008 în Internet Archive ..

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe