Die Tesla-Turbine wurde 1909 von Nikola Tesla erfunden. Es handelt sich um eine spezielle Kategorie von Turbinen ohne Schaufeln. Im Gegensatz zu anderen Turbinen wie Kaplan usw. hat diese Turbine begrenzte und spezifische Anwendungen. Aufgrund seiner konstruktiven Überlegungen ist es jedoch eine der vielseitigsten Turbinen. Seine Erfindung hat zu vielen wichtigen technischen Anwendungen geführt. Es funktioniert nach dem Prinzip des Grenzschichteffekts, bei dem sich die Turbine aufgrund des Luftstroms dreht. Das Beste an dieser Turbine ist, dass sie einen Wirkungsgrad von bis zu 80% erreichen kann. Sein Drehzahlbereich kann für kleine Nennmaschinen bis zu 80.000 U / min erreicht werden. Insbesondere wird diese Turbinenverkantung in verwendet Kraftwerk Betrieb, kann aber für allgemeine Anwendungen wie Pumpen usw. verwendet werden.
Tesla-Turbinendiagramm
Die Grundstruktur der Tesla-Turbine ist in der Abbildung dargestellt. Es besteht aus einer schaufellosen Turbine, die über eine Luftrohrdüse eingespeist wird. Der Körper der Turbine hat zwei Auslässe, einen zum Einströmen der Luft und einen zum Ausströmen der Luft. Abgesehen davon besteht die rotierende Scheibe aus 3 bis 4 Schichten, die miteinander verbunden sind. Zwischen den Schichten befindet sich ein dünner Luftspalt, in dem die Luft mit sehr hoher Geschwindigkeit durchgelassen wird.
Tesla-Turbine
Die rotierende Scheibe hat zwei Seiten, die Außenseite und die Rückseite. In beiden Aspekten kann die Luft nicht außerhalb des Turbinenkörpers strömen. Die Luft kann nur durch das Einlassrohr eintreten und durch das Auslassrohr austreten. Der Turbinenkörper besteht aus mehreren Scheibenrotoren, die miteinander verbunden sind. Alle Rotorscheiben sind auf einer gemeinsamen Welle miteinander verbunden, auf der sich die Scheibe drehen kann.
Es gibt ein äußeres Gehäuse für die zu platzierenden Scheiben. Die Scheiben sind normalerweise durch Schrauben verbunden. Das vordere Ende und das hintere Ende haben Auslassöffnungen, durch die die Luft aus dem Turbinenkörper austreten kann. Die Platzierung der Löcher erfolgt so, dass ein Wirbel von Einlassluft erzeugt wird.
Tesla-Turbinentheorie
Der Eingang zu den Rotorblättern ist Luft mit hohem Druck. Mit einem Luftschlauch, der an den Einlass des angeschlossen ist Turbine wird die Luft in den Körper eingeführt, der aus Rotorscheiben besteht, die auf der Welle angeordnet sind und leicht gedreht werden können. Wenn die Luft in das Turbinengehäuse eintritt, wird sie aufgrund der Form der Turbine gezwungen, einen Wirbel zu erzeugen.
Vortex bedeutet eine wirbelnde Luftmasse wie in einem Whirlpool oder Wirbelwind. Durch die Erzeugung eines Wirbels kann sich die Luft mit sehr hohen Geschwindigkeiten drehen. Die Bildung eines Wirbels ist aufgrund der Auslegung der Turbine von grundlegender Bedeutung. Die Schriftart und der hintere Abdeckungskörper der Turbine sind so angeordnet, dass die Luft durch die Löcher in der vorderen und hinteren Abdeckung austreten muss.
Der Austritt von Luft in dieser Art erzeugt einen Luftwirbel. Und lässt die Turbine drehen. Wenn die Luftmoleküle die Scheibe passieren, erzeugen sie einen Widerstand auf der Scheibe. Dieser Widerstand zieht die Turbine nach unten und lässt sie sich drehen. Es ist zu beachten, dass sich die Turbine in beide Richtungen drehen kann. Es kommt nur darauf an, welches Einlassrohr für die Luftzufuhr verwendet wird.
Tesla Turbine Design
Die Konstruktion besteht aus zwei Einlassrohren, von denen eines mit dem Luftschlauchrohr verbunden ist. Von den beiden Eingängen kann jeder als Eingabe verwendet werden. Im Inneren des Körpers befinden sich die Rotorscheiben, die mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden werden. Alle Scheiben sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, die mit dem Außenkörper verbunden ist.
Wenn es beispielsweise als Pumpe verwendet wird, ist die Welle mit dem Motor verbunden. Zwischen den Scheiben befindet sich ein dünner Luftspalt, in dem die Luft strömt und die Scheiben rotieren lässt. Aufgrund des Luftspalts können die Luftmoleküle einen Widerstand auf der Scheibe erzeugen. Die vordere und hintere Abdeckung haben 4-5 Löcher, durch die die Einlassluft in die Atmosphäre geleitet werden kann. Die Löcher sind so angeordnet, dass ein Wirbel entsteht und sich die Luft mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen kann.
Turbinendesign
Aufgrund dieser Hochgeschwindigkeitsluft übt sie einen Hochgeschwindigkeitswiderstand auf die Scheibe aus und lässt die Scheibe mit sehr hohen Geschwindigkeiten drehen. Der Scheibenspalt ist einer der kritischen Parameter für das Design und den Wirkungsgrad der Turbine. Die optimale Spaltgröße, die zur Aufrechterhaltung der Spaltschicht erforderlich ist, hängt von der Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe.
Turbinenauslegungsberechnungen
Viele Designaspekte sind wichtig, um eine hohe Effizienz zu erreichen. Einige der wichtigsten Konstruktionsberechnungen sind
Das Arbeitsmedium oder die Einlassluft müssen einen Mindestdruck haben. Wenn es sich um Wasser handelt, wird ein Druck von mindestens 1000 kg pro Meter Würfel erwartet. Die Umfangsgeschwindigkeit muss 10e-6 Quadratmeter pro Sekunde betragen.
Der Spalt zwischen der Scheibe wird basierend auf der Winkelgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe berechnet. Dies hängt vom Pollhausen-Parameter ab, der ständig auf Geschwindigkeiten basiert. Die Durchflussrate für jede Scheibe wird als Produkt aus der Querschnittsfläche jeder Scheibe und der Geschwindigkeit berechnet. Basierend auf den Daten wird die Anzahl der Discs geschätzt. Auch hier ist der Durchmesser der Scheibe wichtig, um eine gute Effizienz zu haben.
Effizienz der Tesla-Turbine
Der Wirkungsgrad ergibt sich aus dem Verhältnis der Ausgangswellenleistung zur Eingangswellenleistung
Der Wirkungsgrad hängt von vielen Faktoren ab, wie dem Wellendurchmesser, der Geschwindigkeit der Schaufeln, der Anzahl der Schaufeln, der mit der Welle verbundenen Last usw. Im Allgemeinen ist der Turbinenwirkungsgrad im Vergleich zu anderen herkömmlichen Turbinen hoch. Bei kleinen Anwendungen kann der Wirkungsgrad sogar bis zu 97% erreichen.
Wie funktioniert die Turbine?
Die Tesla-Turbine arbeitet am Konzept der Grenzschicht. Es besteht aus zwei Einlässen. Im Allgemeinen wird das Luftwasser als Einlass zur Turbine verwendet. Der Turbinenkörper besteht aus Rotorscheiben, die mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden werden. Alle Scheiben sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der Turbinenkörper besteht aus zwei Gehäusen, dem vorderen Gehäuse und dem hinteren Gehäuse. In jedem Gehäuse befinden sich 4 bis 4 Löcher. All diese Faktoren wie die Anzahl der Scheiben, der Scheibendurchmesser usw. spielen eine wichtige Rolle bei der Bewertung des Wirkungsgrads der Turbine.
Turbinen arbeiten
Wenn die Luft durch das Schlauchrohr strömen darf, tritt sie in den Turbinenkörper ein. Im Inneren des Turbinenkörpers befinden sich Scheiben, die miteinander verbunden sind. Zwischen den Scheiben befindet sich ein dünner Luftspalt. Wenn die Luftmoleküle in den Turbinenkörper eintreten, üben sie einen Widerstand auf die Scheiben aus. Aufgrund dieses Widerstands beginnen sich die Scheiben zu drehen.
Das vordere und hintere Gehäuse bestehen aus Löchern, so dass beim Eintritt von Luft Luft durch diese Löcher austritt. Die Löcher sind so angeordnet, dass sich im Scheibenkörper ein Wirbel aus Luft oder Wasser bildet. Dadurch übt die Luft mehr Luftwiderstand auf die Scheiben aus. Dies bewirkt, dass sich die Scheiben mit einer sehr hohen Geschwindigkeit drehen.
Der Kontaktbereich zwischen Wirbel und Scheiben ist bei niedrigen Geschwindigkeiten gering. Mit zunehmender Geschwindigkeit der Luft nimmt dieser Kontakt jedoch zu, wodurch sich die Scheiben mit einer sehr hohen Geschwindigkeit drehen können. Die Zentrifugalkraft der Scheiben versucht, die Luft nach außen zu drücken. Aber die Luft hat keinen Weg außer den Löchern in den vorderen und hinteren Gehäusen. Dadurch tritt die Luft aus und der Wirbel wird stärker. Die Geschwindigkeit der Scheiben entspricht fast der Geschwindigkeit des Luftstroms.
Vor- und Nachteile der Tesla-Turbine
Die Vorteile sind
- Sehr hohe Effizienz
- Die Produktionskosten sind geringer
- Einfaches Design
- Kann in beide Richtungen gedreht werden
Die Nachteile sind
- Für Hochleistungsanwendungen nicht realisierbar
- Für einen hohen Wirkungsgrad muss die Durchflussmenge klein sein
- Die Effizienz hängt vom Ein- und Auslaufen der Arbeitsflüssigkeiten ab.
Anwendungen
Die Turbine von Tesla hat aufgrund ihrer Ausgangsleistung und Spezifikationen nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten. Einige von ihnen sind unten erwähnt.
- Kompression von Flüssigkeiten
- Pumps
- Flügelzellen-Turbinenanwendungen
- Blutpumpen
Daher haben wir die konstruktiven Aspekte, das Arbeitsprinzip, das Design und die Anwendungen von Tesla-Turbinen gesehen. Sein Hauptnachteil ist, dass es kompakt und klein ist und nur begrenzte Anwendungen gegenüber herkömmlichen Turbinen wie der Kaplan-Turbine hat. Da seine Effizienz sehr hoch ist, muss man sich vorstellen, wie Tesla-Turbinen kann für wichtige Anwendungen wie in Kraftwerken gemacht werden. Das wäre ein großer Schub für die Anlagen mit geringem Wirkungsgrad.
