Неизвестное изобретение Никола Тесла

Непревзойденное открытие гениального ученого по имени Никола.

За свою жизнь Никола Тесла изобрел немало технических устройств, которые считаются революционными и по сей день. Одно из них – безлопастная турбина. Такое название она получила благодаря своей уникальной конструкции. В ее основу был заложен не традиционный эффект давления жидкости либо пара, как в привычной всем турбине, она функционирует совершенно иным образом, используя потенциал пограничного слоя. Именно поэтому это изобретение Николы Тесла по другому еще называется турбиной пограничного слоя.

Современные биоинженеры именуют данную турбину Тесла многодисковым центробежным насосом. С точки зрения архитектуры строения этого устройства подобное определение выглядит более корректным. Дело в том, что турбина пограничного слоя оснащена специальными дисками, причем их количество не регламентировано. Чем и пользуются современные изобретатели, которые не устают перекраивать на свое усмотрение великое творение Тесла.

В духе эпохи

В начале прошлого века было сделано столь много открытий и изобретений, что некоторые из них оказались просто незамеченными и были незаслуженно забыты на определенное время. Тем не менее, крупные компании, занимавшиеся индустриализацией промышленности, не проходили мимо новых мощных моторов, а также генераторов энергии. Обратили они внимание и на изобретение Тесла.

 

Первый обзор: 2016 Tesla Model X P90D Ludicrous

Мало кто знает, что первую рабочую модель своего будущего устройства Тесла соорудил еще в детстве. Но будучи человеком творческого склада ума, в голове которого постоянно возникают новые идеи, он вскоре забыл о своем изобретении и переключился на новые.

Новое – это хорошо забытое старое

О своем старом творении Тесла вспомнил под давлением обстоятельств. В противном случае оно так бы и осталось одной из его детских «поделок». В общем, великому изобретателю пришлось отыскать свою установку и протереть ее от пыли в те годы, когда традиционные турбины с низким КПД перестали соответствовать требованиям времени. Тогда весь мир остро нуждался в революционных идеях, которые смогли бы совершить настоящий прорыв в производстве — низкая скорость вращения старых турбин тормозила прогресс.

Обычная турбина тех времен работала на контрасте давления, которое образовывалось на входе и на выходе. Что же касается рабочего тела, то в его качестве она использовала горячий газ. Им мог быть и перегретый газ, через специальные форсунки он поступал к лопаткам турбины и приводил вал в движение.

А вот турбина Тесла сильно отличалась от стандартных устройств. Во-первых, в ее конструкции не было предусмотрено лопаток, которые сами по себе имели много недостатков. Во-вторых, она комплектовалась совершенно гладкими дисками, а также форсунками, направляющими горячий газ к самому краю диска.

Несмотря на то, что турбине Тесла были присущи некоторые недостатки, их с лихвой компенсировала высокая мощность. Благодаря уникальной конструкции она имела совершенно феноменальные характеристики. В частности, КПД турбины мог доходить до 60%. Безусловно, такое открытие не могло остаться незамеченным, и в 1913 г. Тесла получил патент на свое изобретение.

Нюансы работы турбины

Чтобы в рабочем теле не создавался эффект турбулентности, у дисков вала турбины Тесла должна быть особая конструкция. Их края необходимо было сделать предельно тонкими. В таком случае увеличивалась скорость потока. Также самого максимально КПД при таком устройстве турбины можно было достичь, если расстояние между дисками будет сопоставимо с толщиной пограничного слоя.

Современные осевые турбины, которыми в наше время оснащаются паровые установки и реактивные двигатели, могут достичь КПД в пределах 60-70%. Но если речь идет о силовой установке, то они способны вытянуть только от 25% до 42%. Казалось бы, увеличить эти показатели нереально, так как в современных установках используются самые передовые технологии.

Однако, в свое время Тесла сделал интригующее заявление. Он сказал, что одна из паровых версий его турбины может повысить КПД до целых 95%. К сожалению, тогда он не подкрепил свои слова доказательствами. Правда, не исключено, что его заявление носило лишь рекламный характер, как выразились бы в наше время маркетологи. А, возможно, он знал что-то, чего не знаем мы. Вот только ему не хватило времени подкрепить свои слова доказательной базой.

Но как бы там ни было, в свое время на заводах «Westinghouse» была проведена серия испытаний паровой версии турбины Тесла. Согласно им, был получен следующий результат. Устройство великого изобретателя показало паровую мощность равную 38 фунтам на 1 л. с. в час. Этот показатель соответствует КПД турбины в пределах 20%.

Иначе говоря, громкое заявление Тесла не нашло своего подтверждения. При этом его поклонники не исключают, что их кумир просто не раскрыл всех секретов своей турбины и унес с собой тайну в могилу. Что ж, и такую версию нельзя списывать со счетов, учитывая неординарную личность изобретателя.

Удачный эксперимент

В середине ХХ в. Уоррен Райс решил воспроизвести эксперименты Тесла. При этом он взял за основу не ту турбину, сконструированную согласно образцу, который официально запатентовал великий изобретатель. Для исследования ему потребовалась лишь однодисковая установка. Невероятно, но факт – эта турбина продемонстрировала немалую эффективность достигнув КПД в районе 40%. Столь потрясающий результат выглядит еще более необычным, если учесть то, что Уоррен Райс использовал турбину, которая была оснащена всего одним диском.

 

2017 Tesla Model 3 — Официальный дебют

Но останавливаться на достигнутом Райс не стал. Вскоре он провел эксперимент и с многодисковой турбиной. Он выяснил, что при корректном применении так называемого ламинированного потока КПД такой установки может достигать 95% и более. Тем не менее, для этого необходимо задействовать множество дисков.

Примечательно, что все современные многоступенчатые лопастные турбины способны выдавать КПД не более 70%. А вот огромные турбины на пару, как показала практика, достигают и вовсе 90%.

Противостояние гениев

Считается, что в каждое столетие рождается по одному гению. Но так получилось, что XIX и XX века подарили истории много неординарных личностей. Так, в одно время с Тесла жил и другой не менее известный изобретатель — Томас Эдисон.

Когда в конце XIX в. Тесла покинул Европу и перебрался в Нью-Йорк, у него практически не было денег. Чтобы заработать на жизнь он устроился на работу к успешному предпринимателю и изобретателю Эдисону. Последний с радостью трудоустроил одаренного юношу. Однако должность Тесле досталась далеко не самая престижная. Он стал инженером в обязанности которого входил ремонт электрических двигателей, а также генераторов постоянного тока.

Поначалу ничего не предвещало беды. Но со временем между Тесла и Эдисоном стали возникать разногласия. Они не могли найти общий язык не только в подходе к работе, но и в понимании самих физических процессов. Оно и неудивительно, так как Эдисон был в первую очередь бизнесменом. На первое место он всегда ставил экономическую выгоду от того или иного проекта. Тесла же был типичным творческим человеком, в котором отсутствовала предпринимательская жилка.

Тесла и Эдисон проработали вместе около года, после чего разорвали всякие отношения. Одним словом, они окончательно и бесповоротно рассорились. Это пошло изобретателю уникальной турбины на пользу — вскоре он открыл свою компанию, которая называлась «Тесла Эрк Лайт Компани».

Дела Теслы сразу же пошли в гору. При этом он развернул масштабную агитацию против Эдисона и стал активно критиковать пропагандируемый им постоянный ток. Причем сам он был приверженцем переменного тока. Безусловно, бывший работодатель Тесла не мог ему уступить. В связи с чем между ними разгорелось настоящее противостояние, которое вошло в историю, как «война токов».

В итоге Тесла оказался прав. Благодаря его многочисленным изобретениям мир стал таким, каким он есть сейчас.

К великому изобретателю Тесле можно относиться по-разному. Но его заслуги перед наукой неоспоримы. К тому же множество его открытий до сих пор будоражат умы ученых. Кто знает, что было бы, если бы он прожил дольше и смог бы воплотить в жизнь еще несколько своих идей. Однако история не любит сослагательного наклонения. Тесла и так много сделал для человечества и за это люди должны быть ему благодарны.

 

Автор: Сергей Василенков

Турбина тесла — frwiki.wiki

Турбина Тесла представляет собой тип турбины без лопастей запатентованных от Никола Тесла в 1913 году . В нем используется эффект пограничного слоя, а не воздействие жидкости на лопасти, как в обычной турбине. Турбина Тесла также известна под именами пограничного слоя турбины , когезия турбины , и на английском языке: пограничный слой турбины , типа когезии турбины , и Прандтля слой турбины (после Прандтль ). Одним из пожеланий Tesla по поводу этой турбины была геотермальная энергия , которая описана в статье On Future Motive Power .

Резюме

  • 1 Описание
  • 2 Насос
  • 3 Приложения
  • 4 Урожайность
  • 5 Примечания и ссылки
  • 6 См. Также

    • 6.1 Внешние ссылки

Описание

Турбина Tesla состоит из набора гладких дисков с соплами, подающими сжатый газ к краям дисков. Газ оказывает трение на диск за счет вязкости и адгезии пограничного слоя газа. Когда газ замедляется и передает энергию дискам, он по спирали направляется к центральной выхлопной трубе. Поскольку ротор не имеет шероховатостей, он очень прочный.

Турбина Тесла: концепция без лопастей

Тесла пишет: «Эта турбина представляет собой эффективный двигатель, способный запускаться сам по себе, который можно свободно использовать в качестве паровой турбины или турбины со смешанной жидкостью без изменения ее конструкции, и в этом аспекте она очень практична. Некоторые изменения, отклоняющиеся от этой модели турбины, каждый раз навязываемые обстоятельствами, несомненно, будут происходить спонтанно, но развитие в соответствии с этими общими направлениями, безусловно, будет считаться очень прибыльным для владельцев паровой установки, позволяя повторно использовать их старую установку. Однако наилучшие экономические результаты в рамках развития эксплуатации пара турбиной Tesla будут получены на специально адаптированных электростанциях. »

Эту турбину также можно эффективно использовать в конденсационных установках, работающих при высоком вакууме. В этом случае, благодаря очень большой степени расширения, выхлопная смесь будет иметь относительно низкую температуру, подходящую для поступления в конденсатор.

Вид на турбинную систему Tesla

Все пластины и шайбы прикреплены к валу с резьбой на концах и снабжены гайками для затяжки узла. Такая конструкция допускает свободное расширение и сжатие каждой пластины по отдельности под различным воздействием тепла или центробежной силы. При заданной толщине получается большая поверхность пластины и, следовательно, большая мощность. Фактически исключается скручивание, и можно использовать меньшие боковые поля, что снижает утечку и потери на трение. Динамическая балансировка стала проще, а работа стала тише. Поскольку роторы не прикреплены жестко, они защищены от повреждений, которые в противном случае могли бы быть вызваны вибрацией или чрезмерной скоростью.

Турбина Тесла предназначена для работы на объекте, использующем смесь пара и продуктов сгорания. Турбинная установка Tesla, показанная напротив, представляет собой:

  • может начать только с пара,
  • подходит для работы с жидкостями при высоких температурах.

Для эффективной турбины Тесла требуется небольшое расстояние между дисками. Например, паровая модель должна выдерживать междисковый зазор 0,4  мм . Диски должны быть как можно более гладкими, чтобы минимизировать площадь поверхности и потери. Диски также должны быть как можно более тонкими, чтобы избежать лобового сопротивления и турбулентности по краям. К сожалению, во времена Tesla главной проблемой было предотвращение скручивания или деформации дисков. Считается, что эта неспособность избежать деформации диска способствовала коммерческому отказу этих турбин, поскольку металлургическая технология в то время не могла обеспечить диски достаточного качества и жесткости.

Насос

Если использовать аналогичный набор дисков и кожух в виде улитки (не круглой, как в турбине), то аппарат можно использовать как насос. В этой конфигурации двигатель соединен с валом. Жидкость входит около центра, получает энергию от вращающихся дисков и выходит на периферии. Турбина Теслы не использует трение в обычном смысле этого слова; именно он избегает этого и вместо этого использует адгезию ( эффект Коанды ) и вязкость. Он использует эффект пограничного слоя на дисках.

Изначально предлагались гладкие диски, но они давали низкий пусковой момент. Тесла позже обнаружили , что гладкий ротор с маленькими шайбами , соединяющие диски на 12 до 24  точек по периметру 25 см диска  и второго кольцо 6 до 12 шайб , расположенных ближе к центру при условии , улучшения. Значительный пусковой момент, не ставя под угрозой эффективности .

Приложения

Патенты Теслы указывают на то, что устройство предназначено для использования жидкостей в качестве движущих сил , а не как устройство для выталкивания или сжатия жидкостей (хотя устройство могло использоваться для этих приложений). В 2006 году турбина Теслы не использовалась полностью в коммерческих целях с момента ее изобретения. Сам Тесла не выиграл крупный производственный контракт. Как уже отмечалось, основным недостатком в то время было плохое знание материалов и поведение при высоких температурах . Лучшие металлургические технологии того времени не могли предотвратить вибрацию и скручивание дисков во время работы.

Сегодня многие любительские эксперименты проводились с турбинами Tesla, включая паровые турбины (использующие пар, производимый котлом или солнечной энергией ) или турбокомпрессоры для автомобилей . Одно из предлагаемых применений — это использование в качестве насоса для сточных вод или станков (для резки масла, содержащего стружку), где традиционный турбинный насос быстро заклинивает. Компания Discflo в настоящее время производит дисковые насосы для этих целей.

Урожай

Во времена Теслы эффективность обычных турбин была низкой, потому что теории механики жидкости, необходимые для разработки эффективных лопастей, еще не существовали, а низкое качество материалов, доступных в то время для изготовления таких лопаток, приводило к серьезным ограничениям рабочих скоростей и температур. Эффективность обычной паровой турбины связана с разницей температур на входе и выходе (см. КПД Карно ). Для этого необходимо, чтобы материалы, из которых он изготовлен, были способны выдерживать очень высокие температуры для достижения разумных характеристик.

Концепция Теслы позволяет обойти основные недостатки лопастной турбины. Однако он страдает от других проблем, таких как потери на сдвиг или ограничение рабочего потока. Некоторые из преимуществ турбины Тесла заключаются в приложениях с относительно низким расходом или там, где требуется низкая мощность. Диски должны быть как можно более тонкими по краям, чтобы не создавать турбулентности, когда жидкость покидает диски. Это приводит к необходимости увеличивать количество дисков по мере увеличения потока . Производительность этой системы максимальна, когда расстояние между дисками приближается к толщине пограничного слоя , а поскольку пограничный слой зависит от вязкости и режима потока , утверждение о том, что одна конструкция может эффективно использоваться для различных видов топлива и жидкостей, является неправомерным. . Турбина Тесла отличается от обычной турбины только механизмом, используемым для передачи энергии валу. Различные анализы показывают, что скорость потока между дисками должна быть относительно низкой для поддержания эффективности, это вызвано соотношением цилиндрического сечения между впуском и выпуском жидкости. КПД турбины Тесла уменьшается с увеличением нагрузки (т.е. крутящего момента на валу). При небольшой нагрузке спираль, принимаемая жидкостью, движущейся от входа к выходу, представляет собой плотную спираль, совершающую много оборотов. Под нагрузкой количество оборотов уменьшается, и спираль постепенно укорачивается. Это увеличивает потери на сдвиг и снижает эффективность.

Эффективность расширения турбины Tesla, работающей на газе, по оценкам, превышает 60%, а максимальная — 95% (согласно заявлениям Николы Теслы). Турбины, которые в настоящее время устанавливаются на тепловые электростанции или турбореактивные двигатели, имеют КПД более 80% в нормальных условиях эксплуатации . Дополнительные исследования, в частности диаграммы HS ( энтальпия энтропии ), потребуются для параметрической характеристики турбины.

В 1950-х годах Уоррен Райс пытался воссоздать эксперименты Теслы, но он не проводил эти тесты с насосом, построенным в полном соответствии с запатентованной Теслой конструкцией (кроме того, это не была многоступенчатая турбина Тесла, и в ней не было инжектор, разработанный Tesla). Его система была всего лишь одной экспериментальной ступенью, в которой в качестве рабочего тела использовался воздух. Турбины в тесте Райса, как он писал в тех ранних отчетах, имели общий КПД от 36% до 41% для одной ступени.

В своей последней работе над турбиной Тесла, отредактированной незадолго до выхода на пенсию, Райс провел анализ объема ламинарного потока в многодисковых турбинах. В этом документе, опубликованном в 1991 году в «Tesla Turbomachinery», утверждается, что для этой конструкции очень высокий КПД ротора (в отличие от общего КПД устройства). В этой статье говорится: При правильном использовании результатов анализа эффективность ротора с приводом от пограничного слоя может быть очень высокой и превышать 95%. Однако для достижения высокого КПД ротора производительность должна быть низкой, что означает, что высокий КПД ротора достигается за счет увеличения количества дисков и, следовательно, большего размера устройства.
Современные многоступенчатые лопаточные турбины достигают типичного КПД 60% — 90% . Ротор со спиральной головкой, соответствующий машинам типа Tesla разумного размера, использующим обычные жидкости (пар, газ и вода), также должен достичь этого диапазона эффективности (или даже выше).

Примечания и ссылки

  1. ↑ Никола Тесла, О движущей силе будущего .
  2. Разоблачая разоблачение, Дон Ланкастер снова вмешивается, Ассоциация производителей двигателей Tesla.
  3. ↑ Разоблачение разоблачителя, Дон Ланкастер
  4. Интересные факты о Tesla QnA: я слышал истории о турбине Tesla, в которых приводится показатель эффективности 95%. У вас есть какая-либо информация относительно этой претензии? И почему эти устройства не получили широкого распространения? . Книги двадцать первого века.
  5. ↑ Райс, Уоррен, Tesla Turbomachinery . Материалы конференции IV Международного симпозиума Тесла, 22-25 сентября 1991 г. Сербская академия наук и искусств, Белград, Югославия. ( PDF )
  6. ↑ Уоррен Райс, Tesla Turbomachinery .

Смотрите также

  • (ен) Тесла паровой турбины , Андре Троллер , Ла Природа , п о  2006 —
  • (в) Никола Тесла, D г Тесла переговоры газовых турбин , Motor World ,.
  • (ru) Паровая турбина Тесла , Scientific American , Нью-Йорк,.

Внешние ссылки

Патенты

Ты сдесь

  • Турбина US1061206 — Новые и полезные улучшения в роторных двигателях и турбинах
  • US1329559 клапанная Conduit — включает в себя Тесла газовой турбины
  • GB186082 Улучшения в конструкции паровых и газовых турбин — форма ротора
  • GB186083 Экономическое преобразование энергии пара турбинами — система Tesla Turbine

Другой

  • (en) Патент США 6726442 , Вход дисковой турбины для облегчения самозапуска , Летурно (11 февраля 2002 г. )
  • (en) Патент США 6682077 , Лабиринтное уплотнение для дисковой турбины , Летурно (13 февраля 2002 г.)
  • (en) Патент США 6692232 , Узел ротора для дисковой турбины , Летурно (15 марта 2002 г.)
  • (ru) Патент США 6973792 , Способ и устройство для многоступенчатого двигателя с пограничным слоем и технологической ячейки , Хикс (13 декабря 2005 г.)
Фотографий
  • Турбина Тесла . Проект Tesla Wardenclyffe: Демонстрационная модель | Экспериментальные турбогенераторы | Турбогенератор Теслы I | Турбогенератор Теслы II | Турбина Pyle National Company
  • Турбина Тесла , PBS .
Наборы
  • Ассоциация производителей двигателей Tesla , Джефф Хейс в Милуоки ( Висконсин )
  • Клуб строителей турбин Феникса , Кен Риели в Феникс ( Миннесота )
  • Phoenix Navigation & Guidance Inc. из Мунисинга ( Миннесота )
Пограничный слой
  • Эффект пограничного слоя Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA ), отдела НАСА
Сайты Tesla Turbine
  • Редмонд, Стивен, Создание дисковой турбины .
  • Разоблачение разоблачителя Часть I — Часть II . Ассоциация производителей двигателей Tesla (TEBA).
  • Джермано, Фрэнк Д., «  Безлопастная турбина и насос с граничным диском  ». Международная турбина и мощность.
  • Свитенбанк, Алан, «  Турбина пограничного слоя Тесла  ». 19 июля 2003 г.
  • «  Турбина Тесла  ». RS Designs. ( оригинальный немецкий)
  • Хейс, Джеффри А., Прорыв в пограничном слое — безлопастная турбина Тесла .
  • Турбина Тесла из библиотеки дяди Таза.
  • Комплект турбины Tesla, турбогенератор , производства OBI Laser Products.
  • Турбина Тесла , от Gyroscopes Online
  • Гэри Л. Петерсон, «  Газовый двигатель завтрашнего дня с поворотным диском Николы Теслы  ». Линия подачи № 7, изданная Twenty First Century Books
  • Джефф Хейс, «  Двигатель Теслы — новое измерение мощности  », опубликованный издательством Twenty First Century Books ; Хейс также участвует в ассоциации Tesla Engine Builder’s Association, о которой уже упоминалось
  • Хейс, Джеффри А., «  пограничный слой прорыв — Тесла Bladeless турбин  » из физики нулевой точки, энергии вакуума, скалярная физика , в которой говорится , что все основные автомобильные компании сегодня работает на левитирующих транспортных средства.
  • Турбина Тесла . Авторы: Стерлинг Аллан и Крис Хорианополус из Greater Things , Стерлинг Аллен из Манти , Юта, на сайте которого говорится о «новых формах энергии»; см. также Pure Energy Systems Wiki
  • Tesla Turbine Wiki, посвященная турбинам Tesla — для публикации информации, проектов и опыта, наблюдений и т. Д.

Никола Тесла

Тесла (единица измерения)  · Катушки Тесла  · Турбина Тесла  · Оружие Тесла  · Wardenclyffe башня

<img src=»//fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Турбина Тесла

Турбина Тесла

Спенсер Нам

14 декабря 2012 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340,
Стэнфордский университет, осень 2012 г.

Введение

Рис. 1: Турбина Теслы. (Изображение в
общественный
домен. )

Николай Тесла (р. 1899) был одним из самых
новаторские и эксцентричные изобретатели, которые наиболее известны тем, что принесли
электричество миру, используя его систему переменного тока. [1] Среди
его менее известным изобретением является безлопастная турбина, также известная как
турбина Тесла, которую он запатентовал в 1913 году. Он считал, что
турбина будет иметь не только более высокий КПД, но и более низкий
себестоимость производства по сравнению с другими турбинами. [2]

Турбина Теслы отличается от обычных турбин
что вместо изогнутых лопастей, как у ветряной мельницы, он использует
гладкие параллельные диски, равномерно расположенные на валу, как у компакт-дисков
вдоль палки.

Как это работает

Турбины работают путем преобразования кинетической энергии
жидкости в другую форму энергии. В ветродвигателе ветер (т.
жидкости) заставляет лопасти вращаться. Лопасти в свою очередь вращаются
генератор, который преобразует энергию вращения в электричество. в
В турбине Теслы гладкие диски вращаются для выработки энергии (рис. 2А), а
в отличие от лопастей ветряной турбины.

Рис. 2: A) Поток жидкости заставляет диски и
вал вращается, что вырабатывает энергию. Б) Начальный поток
жидкости касается дисков. В) Направление
жидкость движется по спирали к центру между двумя дисками и
выходит через центральные вентиляционные отверстия (центральные вентиляционные отверстия не
на фото). (Источник:
«Википедия
Общины».)

Диски вращаются при обмене
импульс между жидкостью и дисками. Поток жидкости (воздух, вода,
и т. д.) направляется по касательной между дисками (рис. 2В).
молекулы жидкости, находящиеся ближе всего к диску, будут взаимодействовать с молекулами
металла, практически прилипшего к поверхности. Это создает
теоретически неподвижный слой называется пограничным слоем. Слой
выше (второй слой) будет тормозиться молекулами
пограничный слой (первый слой), а третий слой будет замедляться
вниз вторым слоем и так далее. Количество замедления
уменьшается от слоя к слою, поэтому слои, расположенные ближе к пластине,
медленнее, чем непосредственно между двумя пластинами. Это создает
что-то, называемое ламинарным потоком, при котором жидкость течет параллельно
слои без турбулентности (рис. 3).

Более быстрое движение верхних слоев по отношению к
более медленное движение слоев ниже создает сопротивление вязкому сдвигу
сил. Это приводит к тому, что нижние слои тянутся вместе с более быстрыми верхними слоями.
слоев, что в конечном итоге приводит к вращению дисков. Жидкие спирали
к центру от внешнего края диска к центральному отверстию
отверстия (рис. 2С). [3]

Проблемы

Хотя Tesla прогнозировала КПД до 97%,
Заявленная эффективность обычно составляет около 40%. Уоррен Райс, заслуженный
профессор Аризонского государственного университета проделал обширную работу по
Турбина Теслы и заявил о нескольких проблемах с турбиной. Во-первых, это
что «для достижения высокой эффективности ротора число расхода должно
сделать малым, что означает, что высокий КПД ротора достигается при
за счет использования большого количества дисков, а значит, и физически большого
ротора». Кроме того, «с обычными жидкостями требуемое расстояние между дисками составляет
пугающе малы, из-за чего роторы с ламинарным потоком имеют тенденцию быть большими и
тяжелым для заданной скорости потока». Он также заявил, что
собственные потери в потоке жидкости, поступающей в ротор и выходящей из него.
Даже если ротор полностью эффективен, неэффективность
вход и выход жидкости может поставить под угрозу общую эффективность.
[4]

Рис. 3: Ламинарное течение отдельных слоев. Слои
внизу медленнее, чем вблизи
середина.

Заключение

Несмотря на свою неэффективность, турбина Теслы по-прежнему
имеет ряд преимуществ. Затраты на производство дисков намного ниже
чем для лопастей, да и общая конструкция проще и легче
изготовлено. Кроме того, турбину можно использовать для различных целей.
жидкостей без значительного повреждения дисков. К ним относятся смеси
с твердыми телами, жидкостями и газами, а также вязкими жидкостями, невязкими
жидкости, как ньютоновские, так и неньютоновские жидкости. Поток жидкости
в турбине тоже можно реверсировать в насос, а диски нет
страдают от проблем кавитации, которые часто возникают у лопастных турбин. [5] Эти
функции хорошо подходят для потенциального использования при создании
энергия от геотермального пара и промышленного газа с твердыми частицами. [4] Другое
потенциальное использование включает насосы для крови, а также ветряные турбины. [6,7]
Хотя турбина Теслы еще не доказала свою эффективность,
традиционные турбины, все еще есть потенциальное практическое применение.

© Спенсер Нам. Автор дает разрешение на
копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные
права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Ссылки

[1] В. Б. Карлсон, «Изобретатель
снов», Scientific American, 21 февраля 2005 г.

[2] Н. Тесла, «Жидкостное движение», патент США.
1061142, 6 19 мая13.

[3] Дж. А. К. Акройд, Б. П. Акселл и А. И. Рубан,
ред., Ранние разработки современной аэродинамики (Elsevier, 2001),
стр.77.

[4] В. Райс, «Tesla Turbomachinery», в справочнике .
Турбомашин
, изд. Э. Логан-младший и Р. Рой (Марсель Деккер,
2003), с. 861.

[5] А. К. Чаттопадхьяй, Д. Н. Рой и Г. Бисвас,
«Радиальное течение вязкой жидкости между двумя соосно вращающимися дисками».
Индиан Дж. Технол. 29 , 221 (1991).

[6] Э. Г. Миллер, Б. Д. Эттер и Дж. М. Дорси, «А.
Многодисковый центробежный насос как устройство кровотока», IEEE Trans.
Биомед. англ. 37 , 157 (1990).

[7] HJ Fuller, «Ветряная турбина для генерации
Electric Power», патент США 7695242, 13 апреля 2010 г.,

.

тесла_турбина

Турбина Тесла представляет собой безлопастную турбину, запатентованную Николой Тесла в 1913. Она упоминается как безлопастная турбина , поскольку в ней используется эффект пограничного слоя , а не жидкость, сталкивающаяся с лопастями, как в обычной турбине. Турбина Тесла также известна как турбина пограничного слоя , турбина когезионного типа и турбина слоя Прандтля (в честь Людвига Прандтля). Одним из пожеланий Теслы для реализации этой турбины была геотермальная энергия, описанная в «Наша будущая движущая сила». [1]

Дополнительные рекомендуемые знания

Содержимое

  • 1 Описание
  • 2 Насос
  • 3 Приложения
  • 4 Эффективность и расчеты
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Каталожные номера

Описание

Турбина Тесла состоит из набора гладких дисков с соплами, подающими движущийся газ к краю диска. Газы тянутся к диску за счет вязкости и прилипания поверхностного слоя газа. По мере того как газ замедляется и добавляет энергии дискам, он по спирали попадает в центральный выхлоп. Поскольку ротор не имеет выступов, он очень прочный.

Тесла писал: «Эта турбина представляет собой эффективный самозапускающийся первичный двигатель, который может работать как паровая или смешанная турбина по желанию, без изменений в конструкции, и в этом отношении она очень удобна. Незначительные отклонения от турбины, которые могут быть продиктованы обстоятельствами в каждом конкретном случае, будут, очевидно, напрашиваться сами собой, но если они будут осуществляться по этим общим направлениям, то они будут признаны весьма выгодными для владельцев паровой установки, позволяя использовать их старая установка. Однако наилучшие экономические результаты при выработке энергии из пара турбиной Теслы будут получены на специально приспособленных для этого установках. ‘

Эта турбина также может успешно применяться в конденсационных установках, работающих с высоким вакуумом. В таком случае из-за очень большой степени расширения выхлопная смесь будет иметь относительно низкую температуру и пригодна для поступления в конденсатор. Необходимо использовать более качественное топливо и предусматривать специальные насосные станции, но достигнутые экономические результаты вполне оправдают возросшие затраты.

Все пластины и шайбы крепятся и крепятся к втулке с резьбой на концах и снабжены гайками и кольцами для стягивания толстых концевых пластин вместе или, при желании, кольца могут быть просто насажены на нее и концы высажены . Втулка имеет отверстие, плотно прилегающее к валу, и крепится к нему так же, как обычно.

Эта конструкция допускает свободное расширение и сжатие каждой пластины в отдельности при различном воздействии тепла и центробежной силы и обладает рядом других преимуществ, имеющих большое практическое значение. При заданной ширине достигается большая активная площадь пластины и, следовательно, большая мощность, что повышает эффективность. Деформация практически исключена, и можно использовать меньшие боковые зазоры, что приводит к уменьшению утечек и потерь на трение. Ротор лучше приспособлен к динамической балансировке и за счет трения трения противостоит возмущающим воздействиям, обеспечивая более тихую работу. По этой причине, а также из-за того, что диски не соединены жестко, они защищены от повреждений, которые в противном случае могли бы быть вызваны вибрацией или чрезмерной скоростью.

Турбина Тесла находится в установке, обычно работающей со смесью пара и продуктов сгорания и в которой тепло выхлопа используется для получения пара, подаваемого в турбину, с клапаном, регулирующим подачу таких последний упомянутый пар, чтобы можно было отрегулировать давление и температуру для оптимальных рабочих условий.

Турбинная установка Теслы, как показано на схеме:

  1. Возможность запуска одним паром.
  2. Тип диска, приспособленный для работы с жидкостями при высокой температуре.

Эффективная турбина Тесла требует близкого расстояния между дисками. Например, паровой тип должен поддерживать расстояние между дисками 0,4 миллиметра. Диски должны быть максимально гладкими, чтобы свести к минимуму поверхностные и сдвиговые потери. Диски также должны быть максимально тонкими, чтобы предотвратить сопротивление и турбулентность по краям диска. К сожалению, предотвращение деформации и деформации дисков было серьезной проблемой во времена Теслы. Считается, что эта неспособность предотвратить деформацию дисков способствовала коммерческому провалу турбин, поскольку металлургическая технология того времени не могла производить диски достаточного качества и жесткости.

Насос

При использовании аналогичного набора дисков и корпуса эвольвентной формы (в отличие от круглой для турбины) устройство можно использовать в качестве насоса. В этой конфигурации двигатель прикреплен к валу. Жидкость входит около центра, получает энергию от дисков, затем выходит на периферии. Турбина Теслы не использует трение в обычном смысле; точнее, он избегает этого и вместо этого использует адгезию (эффект Коанды) и вязкость. Он использует эффект пограничного слоя на лопастях диска. Это важный момент настоящего изобретения.

Первоначально предлагались гладкие диски ротора, но они давали плохой пусковой момент. Впоследствии Тесла обнаружил, что гладкие роторные диски с небольшими шайбами, перекрывающими диски примерно в 12–24 местах по периметру 10-дюймового диска, и вторым кольцом из 6–12 шайб на меньшем диаметре значительно улучшают пусковой крутящий момент. без ущерба эффективности.

приложений

Эта статья нуждается в дополнительных ссылках для проверки.
Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив надежные ссылки. Неисходный материал может быть оспорен и удален. (июль 2006 г.)

Патенты Теслы утверждают, что устройство было предназначено для использования жидкостей в качестве движущих сил, в отличие от их применения для приведения в движение или сжатия жидкостей (хотя устройство может использоваться и для этих целей). По состоянию на 2006 год турбина Теслы не использовалась в полной мере в коммерческих целях с момента ее изобретения. Однако эквивалент насоса был коммерчески доступен с 1982 [1] Сам Тесла не заключал крупных контрактов на производство. Основным недостатком в его время, как уже упоминалось, было плохое знание характеристик материалов и их поведения при высоких температурах. Лучшая металлургия того времени не могла предотвратить недопустимое смещение и коробление дисков во время работы.

Сегодня было проведено много любительских экспериментов в этой области с использованием турбин Теслы, включая паровые турбины (использующие пар, вырабатываемый горелкой, или даже солнечную энергию) и турбины для автомобилей. Одно из предлагаемых текущих приложений для устройства — это насос для отходов на фабриках и заводах, где обычные турбинные насосы лопастного типа обычно блокируются.

Эффективность и расчеты

Во времена Теслы эффективность обычных турбин была низкой, потому что не существовало аэродинамической теории, необходимой для эффективной конструкции лопастей, а низкое качество материалов, доступных для изготовления этих лопастей, налагало серьезные ограничения на рабочие скорости и температуры. Эффективность обычной турбины связана с разницей температур между впуском и выпуском. Поскольку температура выхлопных газов обычно привязана к температуре наружного воздуха, это требует, чтобы материалы, используемые для его изготовления, были способны выдерживать очень высокие температуры для разумной эффективности.

В конструкции Теслы были устранены основные недостатки лопастной турбины. Он страдает от других проблем, таких как потери на сдвиг и ограничения потока. [ citation required ] Некоторые из преимуществ турбины Теслы заключаются в применении с относительно низким расходом или когда требуются небольшие приложения. Диски должны быть как можно тоньше по краям, чтобы не создавать турбулентности при выходе жидкости из дисков. Это означает необходимость увеличения количества дисков по мере увеличения скорости потока. Максимальная эффективность достигается в этой системе, когда расстояние между дисками приблизительно равно толщине пограничного слоя, а поскольку толщина пограничного слоя зависит от вязкости и давления, утверждение о том, что одна и та же конструкция может эффективно использоваться для различных видов топлива и жидкостей, несостоятельна. неправильно. [ citation required ] Турбина Тесла отличается от обычной турбины только механизмом, используемым для передачи энергии на вал. Различные анализы показывают, что скорость потока между дисками должна быть относительно низкой для поддержания эффективности. [ citation required ] Сообщается, что эффективность турбины Теслы падает с увеличением нагрузки. [ citation required ] При небольшой нагрузке спираль, по которой движется жидкость от впуска к выпуску, представляет собой тугую спираль, совершающую множество оборотов. Под нагрузкой число оборотов падает, и спираль становится все короче. Это увеличивает потери на сдвиг и снижает эффективность. [ ссылка необходима ]

КПД газовой турбины Теслы оценивается выше 60, достигая максимум 95 процентов. Имейте в виду, что КПД турбины отличается от КПД цикла двигателя, использующего турбину. Осевые турбины, которые сегодня работают в паровых установках или реактивных двигателях, имеют КПД около 80-98 %. Это отличается от эффективности цикла установки или двигателя, которая составляет примерно от 25% до 42% и ограничена любой необратимостью, чтобы быть ниже эффективности цикла Карно. Тесла утверждал, что паровая версия его устройства будет достигать около 9КПД 5 процентов. [2] [3] Способы и устройства для движения жидкостей и термодинамического преобразования энергии были раскрыты в различных патентах. Термодинамическая эффективность является мерой того, насколько хорошо он работает по сравнению с изоэнтропическим случаем. Это отношение идеального к фактическому входу/выходу работы. Это можно принять как отношение идеального изменения энтальпии к реальной энтальпии при том же изменении давления.

В 1950-х годах Уоррен Райс попытался воссоздать эксперименты Теслы, но ему не удалось не проводил эти ранние испытания на насосе, построенном строго в соответствии с запатентованной конструкцией Теслы (помимо всего прочего, это не была многоступенчатая турбина Теслы и не было сопла Теслы). [4] В экспериментальной одноступенчатой ​​системе Райса в качестве рабочей жидкости использовался воздух. Испытательные турбины Райса, опубликованные в ранних отчетах, дали общий измеренный КПД в качестве рабочего тела от 36% до 41% для одноступенчатого . [4] Можно было бы ожидать более высоких процентов, если бы конструкция была разработана так, как первоначально предлагала Тесла.

В своей последней работе с турбиной Теслы, опубликованной незадолго до выхода на пенсию, Райс провел анализ объемных параметров модельного ламинарного потока в многодисковых турбинах . Очень высокое требование к эффективности ротора (в отличие от общей эффективности устройства) для этой конструкции было опубликовано в 1991 году под названием «Tesla Turbomachinery». [5] В этом документе говорится:

» При правильном использовании аналитических результатов эффективность ротора с ламинарным потоком может быть очень высокой, даже выше 95%. Однако для достижения высокого КПД ротора число расхода должно быть небольшим, что означает, что высокий КПД ротора достигается за счет использования большого количества дисков и, следовательно, физически большего ротора. » [6]

Фактические современные многоступенчатые лопастные турбины обычно достигают эффективности 60–70%. Фактические спиральные роторы соответствуют машинам типа Тесла разумного размера с обычными жидкостями (пар, газ и вода). также ожидается, что она будет примерно в этом диапазоне (если не выше)9.0114 [6]

Реальный опыт эксплуатации турбины GE LM1600/F404 показывает, что максимальная тепловая эффективность работы составляет не более 40 % в идеальных условиях с поправкой на уровень моря, при новом состоянии во время испытаний. Rolls-Royce Avon 76 и Avon 101 имели в лучшем случае максимальную тепловую эффективность от 35 до 37%. GE Frame III будет работать с эффективностью от 30 до 32%. Эффективность Frame III может быть увеличена до 37–38% за счет добавления системы рекуперации тепла в секцию холодного сжатия турбины. В 19 а б Райс, Уоррен, «Тесла Турбомашинери». Материалы конференции IV Международного симпозиума по Тесле, 22-25 сентября 1991 г. Сербская академия наук и искусств, Белград, Югославия. (PDF)

Ссылки

Книги и публикации
  • Тесла, Никола, «Доктор Тесла рассказывает о газовых турбинах». Моторный мир. 18 сентября 1911 года.
  • « Паровая турбина Теслы «. Scientific American, Нью-Йорк. 30 сентября 1911 г.
  • Уолтер Хайнс Пейдж и Артур Уилсон Пейдж, The World’s Work , «Турбина Теслы, машина размером с шляпу котелка, вырабатывающая 110 лошадиных сил». Doubleday, Page & Company, 1912. Стр. 543–548.
Патенты

Тесла

  • US1061206 Турбина — новые и полезные улучшения в роторных двигателях и турбинах
  • US1329559 Клапанный трубопровод — включает газовую турбину Tesla
  • GB186082 Усовершенствования конструкции паровых и газовых турбин — Форма ротора
  • GB186083 Экономическое преобразование энергии пара с помощью турбин — турбинная система Теслы

Прочее