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Turbine von Tesla

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Die Turbine von Tesla ist eine bladeless zentripetale Fluss-Turbine, die von Nikola Tesla 1913 patentiert ist. Es wird eine bladeless Turbine genannt, weil es die Grenzschicht-Wirkung und nicht eine Flüssigkeit verwendet, die auf die Klingen als in einer herkömmlichen Turbine stößt. Die Turbine von Tesla ist auch bekannt als die Grenzschicht-Turbine, Kohäsionstyp-Turbine und Schicht-Turbine von Prandtl (nach Ludwig Prandtl). Biotechnik-Forscher haben es als eine vielfache Platte Schleuderpumpe gekennzeichnet. Einer der Wünsche von Tesla nach der Durchführung dieser Turbine war für die geothermische Macht, die in "Unserer Zukünftigen Motiv-Macht" beschrieben wurde.

Beschreibung

Eine Tesla Turbine besteht aus einer Reihe glatter Platten mit Schnauzen, die ein bewegendes Benzin auf den Rand der Platte anwenden. Das Benzin zieht sich die Platte mittels der Viskosität und des Festklebens der Oberflächenschicht des Benzins in die Länge. Weil das Benzin verlangsamt und Energie zu den Platten, es Spiralen in zum Zentrum-Auslassventil hinzufügt. Da der Rotor keine Vorsprünge hat, ist es sehr kräftig.

Tesla hat geschrieben, "Diese Turbine ist eine effiziente primäre Selbststartenergiequelle, die als ein Dampf bedient werden kann oder flüssige Turbine nach Wunsch ohne Änderungen im Aufbau gemischt hat und auf dieser sehr günstigen Rechnung ist. Geringe Abfahrten von der Turbine, wie durch die Verhältnisse in jedem Fall diktiert werden kann, werden offensichtlich sich andeuten, aber wenn es auf diesen allgemeinen Linien ausgeführt wird, wird es hoch gewinnbringend den Eigentümern des Dampfwerks gefunden, während man den Gebrauch ihrer alten Installation erlauben wird. Jedoch werden die besten Wirtschaftsergebnisse in der Entwicklung der Macht vom Dampf durch die Turbine von Tesla in zum Zweck besonders angepassten Werken erhalten."

Diese Turbine kann auch auf sich verdichtende Werke erfolgreich angewandt werden, die mit dem Hochvakuum funktionieren. In solch einem Fall, infolge des sehr großen Vergrößerungsverhältnisses, wird die Auspuffmischung bei einer relativ niedrigen Temperatur und passend für die Aufnahme zum Kondensator sein. Besserer Brennstoff muss verwendet werden, und spezielle pumpende Möglichkeiten zur Verfügung gestellt, aber die erreichten Wirtschaftsergebnisse werden die vergrößerten Geldauslagen völlig rechtfertigen.

Alle Teller und Waschmaschinen werden darauf geeignet und zu einem Ärmel eingegeben hat an den Enden eingefädelt und hat mit Nüssen und Kragen ausgestattet, um die dicken Endteller oder, wenn gewünscht, anzuziehen, die Kragen können einfach darauf und das Endumkippen gezwungen werden. Der Ärmel hat ein Loch, das behaglich auf der Welle passt, und wird an demselben wie gewöhnlich befestigt.

Dieser Aufbau erlaubt freie Vergrößerung und Zusammenziehung jedes Tellers individuell unter dem unterschiedlichen Einfluss der Hitze und Zentrifugalkraft und besitzt mehrere andere Vorteile, die vom beträchtlichen praktischen Moment sind. Ein größeres aktives Teller-Gebiet und folglich mehr Macht werden für eine gegebene Breite erhalten, Leistungsfähigkeit verbessernd. Das Verwerfen wird eigentlich beseitigt, und kleinere Seitenabfertigungen können verwendet werden, der auf verringerte Leckage- und Reibungsverluste hinausläuft. Der Rotor wird an das dynamische Ausgleichen besser angepasst, und durch die reibende Reibung widersteht störenden Einflüssen, die dadurch das ruhigere Laufen sichern. Aus diesem Grund und auch weil die Scheiben nicht starr angeschlossen werden, wird es gegen den Schaden geschützt, der durch das Vibrieren oder die übermäßige Geschwindigkeit sonst verursacht werden könnte.

Die Tesla Turbine hat den Charakterzug, in einer Installation zu sein, die normalerweise mit einer Mischung des Dampfs und Produkten des Verbrennens arbeitet, und in dem die Auspuffhitze verwendet wird, um Dampf zur Verfügung zu stellen, der der Turbine geliefert wird, eine Klappe zur Verfügung stellend, die Versorgung solchen letztgenannten Dampfs regelnd, so dass der Druck und die Temperaturen den optimalen Arbeitsbedingungen angepasst werden können.

Wie schematisch dargestellt, ist eine Turbineninstallation von Tesla:

Fähig, mit dem Dampf allein anzufangen
Ein Scheibe-Typ hat sich angepasst, um mit Flüssigkeiten bei der hohen Temperatur zu arbeiten.

Eine effiziente Turbine von Tesla verlangt nahen Abstand der Platten. Zum Beispiel muss ein dampfangetriebener Typ 0.4 Millimeter (.016 Zoll) Zwischenplattenabstand aufrechterhalten. Die Platten müssen maximal glatt sein, um Oberfläche zu minimieren und Verluste zu scheren. Platten müssen auch maximal dünn sein, um Schinderei und Turbulenz an Plattenrändern zu verhindern. Leider Platten davon abzuhalten, sich zu wellen und zu verdrehen, war eine Hauptherausforderung in der Zeit von Tesla. Es wird gedacht, dass diese Unfähigkeit, das Plattenverzerren zu verhindern, zum kommerziellen Misserfolg der Turbinen beigetragen hat, weil metallurgische Technologie zurzeit nicht im Stande gewesen ist, Platten der genügend Qualität und Starrheit zu erzeugen.

Pumpe

Wenn ein ähnlicher Satz von Platten und einer Unterkunft mit einer Involute-Gestalt (gegen das Rundschreiben für die Turbine) verwendet wird, kann das Gerät als eine Pumpe verwendet werden. In dieser Konfiguration wird ein Motor der Welle beigefügt. Die Flüssigkeit geht in der Nähe vom Zentrum herein, wird Energie durch die Platten gegeben, geht dann an der Peripherie ab. Die Tesla Turbine verwendet Reibung im herkömmlichen Sinn nicht; genau vermeidet es es, und verwendet Festkleben (die Coandă Wirkung) und Viskosität stattdessen. Es verwertet die Grenzschicht-Wirkung auf die Scheibe-Klingen.

Glatte Rotor-Platten wurden ursprünglich vorgeschlagen, aber diese haben schlechtes Startdrehmoment gegeben. Tesla hat nachher entdeckt, dass glatte Rotor-Platten mit kleinen Waschmaschinen, die die Platten in ~12-24 Plätzen um den Umfang einer 10 Platte und eines zweiten Rings von 6-12 Waschmaschinen an einem Subdiameter überbrücken, für eine bedeutende Verbesserung im Startdrehmoment gemacht haben, ohne Leistungsfähigkeit in Verlegenheit zu bringen.

Anwendungen

Die Patente von Tesla stellen fest, dass das Gerät für den Gebrauch von Flüssigkeiten als Motiv-Agenten, im Unterschied zu die Anwendung von demselben für den Antrieb oder die Kompression von Flüssigkeiten beabsichtigt war (obwohl das Gerät zu jenen Zwecken ebenso verwendet werden kann). Vor 2006 hat die Turbine von Tesla weit verbreiteten kommerziellen Gebrauch seit seiner Erfindung nicht gesehen. Die Pumpe von Tesla ist jedoch seit 1982 gewerblich verfügbar gewesen und wird verwendet, um Flüssigkeiten zu pumpen, die abschleifend, klebrig sind, empfindlich scheren, Festkörper enthalten oder sonst schwierig sind, mit anderen Pumpen zu behandeln. Tesla selbst hat keinen großen Vertrag für die Produktion beschafft. Der Hauptnachteil in seiner Zeit, wie erwähnt, war die schlechten Kenntnisse von Material-Eigenschaften und Handlungsweisen bei hohen Temperaturen. Die beste Metallurgie des Tages konnte die Turbinenplatten nicht davon abhalten, sich zu bewegen und sich unannehmbar während der Operation zu wellen.

Heute sind viele Amateurexperimente im Feld mit Turbinen von Tesla, einschließlich Dampfturbinen durchgeführt worden (Dampf verwendend, der von einem Brenner oder sogar Sonnenmacht erzeugt ist) und turbos für Automobile. Eine vorgeschlagene aktuelle Anwendung für das Gerät ist eine überflüssige Pumpe, in Fabriken und Mühlen, wo normale Turbinenpumpen des Schaufel-Typs normalerweise blockiert werden.

Anwendungen der Turbine von Tesla als eine vielfache Platte Schleuderblutpumpe haben viel versprechende Ergebnisse nachgegeben. Die biomedizinische Technikforschung über solche Anwendungen ist ins 21. Jahrhundert fortgesetzt worden.

2010 wurde ein Patent für eine auf dem Design von Tesla gestützte Windturbine ausgegeben.

Eine ähnliche Pumpe wurde verwendet, um die Ölreinigung XPrize zu gewinnen.

Leistungsfähigkeit und Berechnungen

In der Zeit von Tesla war die Leistungsfähigkeit von herkömmlichen Turbinen niedrig, weil die aerodynamische für das wirksame Klinge-Design erforderliche Theorie nicht bestanden hat und die niedrige Qualität von Materialien, die verfügbar sind, um jene Klingen zu bauen, strenge Beschränkungen auf Betriebsgeschwindigkeiten und Temperaturen gestellt hat. Die Leistungsfähigkeit einer herkömmlichen Turbine ist mit dem Druck-Unterschied zwischen der Aufnahme und dem Auslassventil verbunden. Um einen höheren Druck-Unterschied zu erreichen, werden sehr heiße Flüssigkeiten wie überhitzter Dampf verwendet, der ist, warum die Verfügbarkeit von höheren Temperaturmaterialien höhere Wirksamkeit erlaubt. Wenn die Turbine ein Benzin verwendet, das Flüssigkeit bei der Raumtemperatur dann ist, können Sie einen Kondensator nach dem Auslassventil verwenden, um den Druck-Unterschied zu vergrößern.

Das Design von Tesla ist die Schlüsselnachteile der Turbine mit Halmen ausgewichen. Es erträgt wirklich unter anderen Problemen, die Verluste und Fluss-Beschränkungen scheren. Einige von Turbinenvorteilen von Tesla liegen in relativ niedrigen Durchfluss-Anwendungen, oder wenn kleine Anwendungen verlangt wird. Die Platten müssen so dünn sein wie möglich an den Rändern, um Turbulenz nicht einzuführen, weil die Flüssigkeit die Platten verlässt. Das übersetzt zum Müssen die Zahl von Platten steigern, als der Durchfluss zunimmt. Maximale Leistungsfähigkeit kommt in diesem System, wenn der Zwischenplattenabstand der Dicke der Grenzschicht näher kommt, und da Grenzschicht-Dicke von der Viskosität und dem Druck abhängig ist, ist der Anspruch, dass ein einzelnes Design effizient für eine Vielfalt von Brennstoffen und Flüssigkeiten verwendet werden kann, falsch. Eine Tesla Turbine unterscheidet sich von einer herkömmlichen Turbine nur im Mechanismus, der verwendet ist, um Energie der Welle zu übertragen. Verschiedene Analysen demonstrieren, dass der Durchfluss zwischen den Platten relativ niedrig behalten werden muss, um Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Wie verlautet fällt die Leistungsfähigkeit der Turbine von Tesla mit der vergrößerten Last. Unter der leichten Last ist die Spirale, die vom flüssigen Bewegen von der Aufnahme bis das Auslassventil genommen ist, eine dichte Spirale, viele Folgen erlebend. Unter der Last, der Zahl von Folge-Fällen und der Spirale wird progressiv kürzer. Das wird die scheren Verluste vergrößern und auch die Leistungsfähigkeit reduzieren, weil das Benzin im Kontakt mit den Scheiben für weniger Entfernung ist.

Leistungsfähigkeit ist eine Funktion der Macht-Produktion. Eine leichte Last macht für die hohe Leistungsfähigkeit und eine schwere Last, die das Gleiten in der Turbine vergrößert und die Leistungsfähigkeit senkt, obwohl das zu Turbinen von Tesla nicht exklusiv ist.

Wie man

schätzt, ist die Turbinenleistungsfähigkeit des Benzins Turbine von Tesla oben 60, ein Maximum von 95 Prozent erreichend. Beachten Sie, dass Turbinenleistungsfähigkeit von der Zyklus-Leistungsfähigkeit des Motors mit der Turbine verschieden ist. Axiale Turbinen, die heute in Dampfwerken oder Düsenantrieben funktionieren, haben Wirksamkeit von ungefähr 60 - 70 % (Siemens Turbinendaten). Das ist von der Zyklus-Wirksamkeit des Werks oder Motors verschieden, die zwischen etwa 25 % und 42 % sind, und durch jede Nichtumkehrbarkeit beschränkt werden, um unter der Zyklus-Leistungsfähigkeit von Carnot zu sein. Tesla hat behauptet, dass eine Dampfversion seines Geräts ungefähr 95 Prozent Leistungsfähigkeit erreichen würde. Wirkliche Tests einer Dampfturbine von Tesla bei den Arbeiten von Westinghouse haben eine Dampfrate von 38 Pfunden pro mit der Pferdestärke stündigen entsprechend einer Turbinenleistungsfähigkeit im Rahmen 20 % gezeigt, während zeitgenössische Dampfturbinen häufig Turbinenwirksamkeit von gut mehr als 50 % erreichen konnten. Die Methoden und der Apparat für den Antrieb von Flüssigkeiten und die thermodynamische Transformation der Energie wurden in verschiedenen Patenten bekannt gegeben. Die thermodynamische Leistungsfähigkeit ist ein Maß dessen, wie gut sie im Vergleich zu einem isentropic Fall leistet. Es ist das Verhältnis des Ideales zum wirklichen Arbeitseingang/Produktion. Das kann genommen werden, um das Verhältnis der idealen Änderung in enthalpy zum echten enthalpy für dieselbe Änderung im Druck zu sein.

In den 1950er Jahren hat Warren Rice versucht, die Experimente von Tesla zu erfrischen, aber er hat diese frühen Tests auf einer Pumpe gebaut ausschließlich in Übereinstimmung mit dem patentierten Design von Tesla nicht durchgeführt (es war unter anderem nicht Tesla vielfache inszenierte Turbine, noch es hat die Schnauze von Tesla besessen). Die Arbeitsflüssigkeit des Systems der experimentellen einzelnen Bühne von Rice war Luft. Die Testturbinen von Rice, wie veröffentlicht, in frühen Berichten, haben eine gesamte gemessene Leistungsfähigkeit von 36 % bis 41 % für eine einzelne Bühne erzeugt. Höhere Prozentsätze, würden wenn entworfen, wie ursprünglich vorgeschlagen, von Tesla erwartet.

In seiner Endarbeit mit der Turbine von Tesla und veröffentlicht gerade vor seinem Ruhestand hat Rice eine Analyse des Hauptteil-Parameters des Modells laminar Fluss in vielfachen Plattenturbinen geführt. Ein sehr hoher Anspruch auf die Rotor-Leistungsfähigkeit (im Vergleich mit der gesamten Gerät-Leistungsfähigkeit) für dieses Design wurde veröffentlicht 1991 hat "Tesla Turbomachinery" berechtigt. Dieses Papier Staaten:

: "Mit dem richtigen Gebrauch der analytischen Ergebnisse kann die Rotor-Leistungsfähigkeit mit laminar Fluss sogar über 95 % sehr hoch sein. Jedoch, um hohe Rotor-Leistungsfähigkeit zu erreichen, muss die flowrate Zahl klein gemacht werden, was bedeutet, dass hohe Rotor-Leistungsfähigkeit auf Kosten des Verwendens einer Vielzahl von Platten und folglich einem physisch größeren Rotor erreicht wird."

Turbinen mit Halmen der modernen vielfachen Bühne erreichen normalerweise 60-%-70%Leistungsfähigkeit, während große Dampfturbinen häufig Turbinenleistungsfähigkeit von mehr als 90 % in der Praxis zeigen. Spiralförmiger Rotor hat Tesla-Typ-Maschinen der angemessenen Größe mit allgemeinen Flüssigkeiten verglichen (Dampf, Benzin und Wasser) würde auch erwartet, Wirksamkeit in der Nähe von 60 % - 70 % und vielleicht höher zu zeigen.

2008 hat Dan Granett von Technik von Granett eine andere Turbine von Tesla gemacht.

Siehe auch

Die Liste von Tesla patentiert
Radiale Turbine
Tesla rollen auf

Bücher und Veröffentlichungen

Tesla, Nikola, "Dr Tesla Talks Von Gasturbinen". Motorwelt. Am 18. September 1911.

Patente

Tesla

US1061206 Turbine - Neue und nützliche Verbesserungen in Rotationskolbenmotoren und Turbinen
US1329559 Klappenröhre - Schließt die Gasturbine von Tesla Ein
GB186082 Verbesserungen im Aufbau des Dampfs und der Gasturbinen - Form des Rotors
GB186083 Wirtschaftstransformation der Energie des Dampfs durch Turbinen - Turbinensystem von Tesla

Anderer

Kleine

Scheibe-Turbinenbucht, um dem Selbststarten, Letourneau (am 11. Februar 2002) zu helfen

Irrgarten-Siegel für die Scheibe-Turbine, Letourneau (am 13. Februar 2002)

Rotor-Zusammenbau für die Scheibe-Turbine, Letourneau (am 15. März 2002)

Methode und Apparat für einen Mehrstufengrenzschicht-Motor und Prozess-Zelle, Hicks (am 13. Dezember 2005)

Fotos

"Turbine von Tesla". PBS.

Grenzschichten

Grenzschicht-Wirkung vom Nationalen Beratungsausschuss für die Luftfahrt, einer Abteilung der NASA

Außenverbindungen