テスラタービンは、1909年にニコラテスラによって発明されました。これは、ブレードを持たない特別なカテゴリのタービンです。カプランなどの他のタービンとは異なり、このタービンには限られた特定の用途があります。しかし、その設計上の考慮事項により、それは用途の広いタービンの1つです。その発明は、多くの主要なエンジニアリングアプリケーションにつながりました。これは、気流によってタービンが回転する境界層効果の原理に基づいて機能します。このタービンの最良の部分は、最大80％の効率を達成できることです。その速度範囲は、小型の定格機械では80,000rpmのレベルまで到達できます。具体的には、このタービンカントは 発電所 操作が、ポンプなどの一般的なアプリケーションに使用できます。
テスラタービン図
テスラタービンの基本構造を図に示します。これは、エアパイプノズルからの入力を持つブレードレスタービンで構成されています。タービン本体には2つの出口があり、1つは空気の流入用で、もう1つは空気の流出用です。それとは別に、回転ディスクは3〜4層で構成されており、それらは互いに結合されています。空気が非常に高速で通過する層間には薄いエアギャップがあります。
テスラタービン
回転ディスクには、外面と後面の2つの面があります。どちらの側面でも、空気がタービン本体の外側に流れる余地はありません。空気は、入口パイプからのみ入り、出口パイプから放出されます。タービン本体は、互いに結合された複数のディスクローターで構成されています。すべてのローターディスクは、ディスクが回転できる共通のシャフトで結合されています。
ディスクを配置するための外部ハウジングがあります。ディスクは通常、ボルトで接続されています。フロントエンドとリアエンドには、空気がタービン本体から出ることができる排気出力ポートがあります。穴の配置は、入口空気の渦が発生するように行われます。
テスラタービン理論
ローターブレードへの入力は、高圧の空気です。の入口に接続されているエアホースを使用する タービン 、空気はシャフトに配置され、簡単に回転できるローターディスクで構成されるボディに流入します。空気がタービンハウジングに入ると、タービンの形状により渦が発生します。
渦とは、渦や旋風のように渦巻く空気の塊を意味します。渦が発生するため、空気は非常に高速で回転することができます。タービンの設計上、渦の形成は基本的です。タービンのフォントとリアカバー本体は、フロントカバーとリアカバーにある穴から空気が出なければならないように配置されています。
この性質の空気の出口は空気の渦を作成します。そしてタービンを回転させます。空気分子がディスクを通過すると、ディスクに抗力が生じます。この抗力によりタービンが引き下げられ、回転します。タービンは両方向に回転できることに留意されたい。それは、どのインレットパイプが空気の入力に使用されるかによって異なります。
テスラタービンの設計
この設計は2つのインレットパイプで構成されており、そのうちの1つはエアホースパイプに接続されています。 2つのインレットのうち、誰でも入力として使用できます。ボディの内側には、ボルトを使って結合されたローターディスクが配置されています。すべてのディスクは、外側のボディに接続されている1つの共通シャフトに配置されます。
たとえば、ポンプとして使用する場合、シャフトはモーターに接続されます。ディスク間には薄いエアギャップがあり、空気が流れてディスクを回転させます。エアギャップのために、空気分子はディスクに抗力を生み出すことができます。前面カバーと背面カバーには4〜5個の穴があり、そこから吸気を大気に送ることができます。渦が発生し、空気が非常に高速で回転できるように穴が配置されます。
タービン設計
この高速の空気により、ディスクに高速の抗力がかかり、ディスクが非常に高速で回転します。ディスクギャップは、タービンの設計と効率にとって重要なパラメータの1つです。ギャップ層を維持するために必要な最適なギャップサイズは、 周辺速度 ディスクの。
タービン設計の計算
高効率を達成するには、多くの設計面が重要です。主要な設計計算のいくつかは次のとおりです。
作動流体または吸入空気は最小圧力でなければなりません。それが水である場合、圧力は1立方メートルあたり少なくとも1000kgであると予想されます。周辺速度は毎秒10e-6平方メートルでなければなりません。
ディスク間のギャップは、ディスクの角速度と周速度に基づいて計算されます。それは常に速度に基づいているpollhausenパラメータに依存します。各ディスクの流量は、各ディスクの断面積と速度の積として計算されます。データに基づいて、ディスクの数が推定されます。繰り返しになりますが、ディスクの直径も効率を上げるために重要です。
テスラタービンの効率
効率は、入力軸出力に対する出力軸出力の比率で与えられます。
効率は、シャフトの直径、ブレードの速度、ブレードの数、シャフトに接続される負荷などの多くの要因に依存します。一般に、タービン効率は他の従来のタービンと比較して高いです。小規模なアプリケーションの場合、効率は最大97％に達することもあります。
タービンはどのように機能しますか？
テスラタービンは境界層の概念に取り組んでいます。 2つの注入口で構成されています。一般的に、空気の水はタービンへの入口として使用されます。タービン本体は、ボルトを使用して結合されたローターディスクで構成されています。すべてのディスクは共通のシャフトに配置されます。タービン本体は、フロントケーシングとリアケーシングの2つのケースで構成されています。各ケーシングには、4〜4個の穴があります。ディスクの数、ディスクの直径などのこれらすべての要因は、タービンの効率を評価する上で重要な役割を果たします。
タービン作業
空気がホースパイプを通って流れることができるとき、それはタービン本体に入ります。タービン本体の内部には、互いに接続されたディスクが配置されています。ディスク間には薄いエアギャップがあります。空気分子がタービン本体に入ると、ディスクに抗力を及ぼします。この抗力により、ディスクが回転し始めます。
フロントケーシングとリアケーシングは、空気が入るとこれらの穴から出るように穴で構成されています。穴は、空気または水の渦がディスク本体内に確立されるように配置されます。これにより、空気がディスクにより多くの抗力を及ぼします。これにより、ディスクが非常に高速で回転します。
渦とディスクの接触面積は低速では低くなります。しかし、空気の速度が上がると、この接触が増加し、ディスクが非常に高速で回転できるようになります。ディスクの遠心力が空気を外側に押し出そうとします。しかし、空気は前部と後部のケーシングの穴を除いて経路がありません。これにより空気が排出され、渦がより強くなります。ディスクの速度は、気流の速度とほぼ同じです。
テスラタービンの長所と短所
利点は
- 非常に高い効率
- 製造コストが少ない
- シンプルなデザイン
- 両方向に回転可能
短所は
- 高電力アプリケーションには適していません
- 高効率のためには、流量を小さくする必要があります
- 効率は作動流体の流入と流出に依存します。
アプリケーション
テスラのタービンは、その出力と仕様により、用途が限られています。それらのいくつかを以下に示します。
- 液体の圧縮
- パンプス
- ベーンタイプのタービンアプリケーション
- 血液ポンプ
したがって、テスラタービンの構造的側面、動作原理、設計、および用途を見てきました。その主な欠点は、コンパクトでサイズが小さいため、カプラン水車などの従来のタービンに比べて用途が限られていることです。その効率は非常に高いので、どのように考える必要があります テスラタービン 発電所のように主要な用途を持つようにすることができます。それは低効率の植物への大きな後押しになるでしょう。
