Насос тесла принцип работы

Обновлено: 15.05.2024

Турбина Теслы. В чем ее преимущества?

Это статья не про автомобиль Тесла. Хотя, это слово сейчас все больше ассоциируется с производителем электромобилей. В электромобилях нет турбин. Речь пойдет про еще один патент, изобретение Николы Тесла – турбину уникальной, но простой конструкции:

Детали турбины явно отлиты и не похожи на кустарный опытный образец. Может быть, были даже серийные образцы. Патент был получен в мае 1913 г. Посмотрим конструкцию:

Ротор турбины Теслы не имеет лопаток, в которые под давлением через форсунки подается пар или жидкость. Ротор состоит из пластин с промежутками между ними. Работа турбины основа на так называемом эффекте пограничного слоя: жидкость (или газ), подается под давлением по касательной в прорези. Попадая между пластинами, начинает свое круговое движение и за счет трения о них, проворачивают ротор. Потом, передав всю энергию ротору, замедлив скорость – выходит из центрально-осевой части турбины. Схематично это можно изобразить так:

Скорость потока должна быть не высокой, иначе возникает турбулентность при трении о диски и КПД уменьшается. Вероятно, для этого Тесла придумал и гидравлический редуктор-клапан. Про него была статья здесь: Как работает клапан Теслы? И где его можно применить

С его помощью можно регулировать (уменьшать) скорость потока жидкости в системе без задвижек. Возможно, он даже гасит любую скорость до той, под какую рассчитана его конструкция протоков.

Демонстрация работы турбины от напора водопроводной воды:

Лопастная турбина таких размеров от такого же напора тоже бы вращалась. Но ротор лопастной турбины более сложен в изготовлении. И работает он на высоких скоростях, а оптимальные КПД достигаются только при больших габаритах установки. Характеристики же турбины Тесла до конца не изучены. Может быть, эта конструкция как раз из тех, которые позволяют в компактных размерах установки получить такие же большие КПД как у огромных современных паровых турбин.

Какие преимущества у этой конструкции? Я вижу простоту в изготовлении при возможно высоком КПД (нужно проверять). Думаю, на это тогда и полагался Н.Тесла. Т.к. грамотно рассчитывать и производить лопастные турбины тогда еще не умели. Как думаете, где можно применить эту турбину?

Движение жидкости по спирали внутри турбины мне напомнило принцип движителей в установках В.Шаубергера.

В.Шаубергер был исследователем спиралевидного движения воды в турбинах.

Вообще, с именем Н.Теслы связано мнение о существовании сверхединичных установках (КПД>1). Что он научился получать электричество из атмосферы и передавать его. Что катушки Тесла – это лишь часть его исследований. И что он даже катался на электромобиле с подобной установкой. А вот радиоуправление лодочной моделью – у него точно было. Об этом – как-нибудь в следующей статье…

Индустриальные насосы. Дисковые насосы для химической и нефтехимической промышленности

Нефтяная и газoвая прoмышленнocти – быcтрo развивающиеcя и прибыльные oтраcли. Отcюда такoй бoльшoй интереc к данным кoмпаниям co cтoрoны прoизвoдителей наcocнoгo oбoрудoвания. Но далеко не вcем удаетcя cоответcтвовать требованиям и удовлетворять запроcы заказчиков.

Диcковый наcоc решил некоторые из cамых cложных проблем в химической и нефтехимической отраслях. Дисковый насос способен перекачивать все виды как высоковязких, так и чувствительных к повреждениям среды. Способность перекачивать чувствительные к сдвигу материалы без их повреждения сделала дисковый насос единственно возможным выбором для многих крупнейших мировых химических компаний. Дисковый насос также способен перекачивать среды с высоким содержанием воздуха или газов, такие как химические пены или неочищенная нефть с попутными газами.

Дисковый насос относится к типу насосов для «тяжелых» применений. К этому типу также относятся вертикальные и горизонтальные грунтовые насосы, погружные, понтонные, объемные насосы, насосы для серной кислоты и водяные насосы.

Примечательно, что к изобретению дискового насоса приложил свой ум американец сербского происхождения изобретатель Никола Тесла. Концепция дискового насоса возникла к 1850 г.

Насос был изобретен Саржентом в США. Он поместил в оболочку из металлической полосы набор из 29 параллельных дисков, располагающихся с интервалом в несколько тысячных дюйма.

В металлической полосе Саржент проделал множество отверстий для свободного проникновения жидкости в конструкцию. Это был первый пример насоса, действующего исключительно на основе принципа пограничного слоя и вязкостного сопротивления. Что касается непосредственно перекачивания, то оно шло с небольшим успехом.

Никола Тесла идею развил в 1908 г. Он убрал металлическую полосу, располагавшуюся вокруг дисков, сохранив небольшое расстояние между дисками. Производительность насоса после этого несколько улучшилась. Тесла настаивал на сохранении маленького интервала между дисками, полагая, что если бы диски располагались слишком далеко друг от друга, то в определенный момент насос перестал бы качать. Это упорство в сохранении очень узкого промежутка между дисками значительно ограничивало возможности насоса по перекачке невязких жидкостей, которая происходила очень неэффективно. Так что идея насосного механизма, основанного на дисках, была почти забыта. Наиболее известное воплощение принципа – турбина Тесла.

В 70-е гг. XX в. изобретатель Макс Гурт из Южной Калифорнии вновь обратился к этой концепции. Он обнаружил, что интервал между дисками может быть увеличен вплоть до 500 мм, и, вопреки ожиданиям занимающихся насосами экспертов-теоретиков, при этих расстояниях принцип пограничного слоя вязкостного сопротивления все еще был применим. Более того, поток оставался свободным от пульсаций и ламинарным. Одним из наиболее интересных открытий изобретателя стало то, что, в отличие от других насосов, дисковый насос стал более эффективен при повышенной вязкости, превосходя эффективность аналогичных по размеру центробежных насосов при вязкостях жидкости выше, чем 250 cPs. Важно, что широкий спектр преимуществ по сравнению с другими типами насосов создает уникальная работа дискового насоса, обеспечивающая свободную от пульсаций, безударную перекачку.

Оригинальная конструкция механизма Discpac была запатентована в 1982 г. Она может состоять из 20 дисков, отстоящих друг от друга на расстояние от 203 мм до до 508 мм.

В 1988 г. было разработано и запатентовано второе поколение механизма Discpac, получившее название «высоконапорная конструкция» (high head Discpac). Она оказалась лучше приспособлена, чем плоские диски, к работе с сильно абразивными, насыщенными воздухом жидкостями и к работе в изменяющихся условиях перекачки – таких, как значительные или резкие изменения скорости потока.

С переходом на технологию DISCFLO потребители из химической и нефтеперерабатывающей промышленности получили преимущества в виде повышения качества продукции, снижения износа, технического обслуживания, эксплуатационных расходов, проблем с простоями. Используя уникальный принцип работы, основанный на явлении вязкостного трения и пограничного слоя, дисковый насос позволяет достичь роста производительности при низких эксплуатационных расходах в тяжелых для перекачки условиях химической, нефтехимической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Дисковый насос – высоко инновационный насос. Внешне, он выглядит как центробежный насос, при этом он выполняет работу не только центробежных, но и винтовых, лопастных и шестеренчатых насосов, а в некоторых случаях и насосов-измельчителей. Производительность дисковых насосов варьируется от 1 до 2 тыс. м 3 /ч, напор до 300 м. Принцип действия насосов основан на явлении пограничного слоя. Он образуется на диске, который вращается в жидкости. При поступлении жидкости в насос молекулы жидкости сцепляются с поверхностью насосных дисков, образуя пограничный слой. По мере того, как диски вращаются, происходит передача энергии последующим слоям молекул жидкости, находящейся между дисками, с генерированием градиентов давления и скорости, направленных поперек к ширине Discpac. Молекулы жидкости блокируются на поверхности вращающегося диска и за счет вязкостного трения передают энергию вращения от пограничного слоя молекулам других слоев. Вследствие этого образуется мощное поле центробежной силы, которое создает равномерный гидравлический профиль скоростей и обеспечивает перекачку без пульсаций и вибраций. Комбинация пограничного слоя и вязкостного сопротивления срабатывает эффективно. Образуется мощное поле динамической силы. Сила «протаскивает» продукт через насос плавным, свободным от пульсаций потоком. Жидкость движется параллельно дискам, а пограничный слой создает при этом молекулярный буфер между поверхностями дисков и жидкостью.

Характеристики дискового насоса DISCFLO

Производительность: 1–2 тыс. м 3 /ч, диаметр Discpac: от 203 мм до 508 мм, давление на выходе: до 300 м, давление на входе: низкая величина подпора (NPSH), рабочее давление: до 95 атм, вязкость: до 100 тыс. cPs, скорость насоса: до 3 600 об/мин, рабочая температура: до 523°C, размер частиц: до 250 мм, тип уплотнения в зависимости от условий эксплуатации: одинарные и двойные механические производства John Crane, Flowserve, Burgman, тип привода: электрический, дизельный, гидравлический, воздушный.

Насосы DISCFLO впервые установили на нефтеперерабатывающем заводе в 1993 г. Они перекачивают вязкий, абразивный шлам, используемый на стадии охлаждения в процессе коксования нефти с производительностью 90 м 3 /ч при напоре 141,7 м. Сам шлам состоит из воды, углеводородов и около 10–20% твердой фазы по весу. Вязкость шлама варьируется: иногда она, как у воды, а другой раз доходит до 1 тыс. cP.

Раньше применялись многоступенчатые центробежные насосы. Они часто ломались в связи с износом. Срок службы от ремонта до ремонта составлял всего лишь две-три недели. Дисковые насосы способны работать в широком диапазоне вязкостей без поломки, что является ключевым фактором при выборе насоса. При использовании дисковых насосов эффективность нефтепереработки проявилась в значительной экономии расходов. Экономия может быть до 10 млн долл. в год.

Дисковые насосы подходят не только для нефтедобывающей промышленности, но и для пищевой и фармацевтической, целлюлозно-бумажной, металлургической и горнодобывающей промышленности, для коммунального хозяйства и инженерных сетей.

Так, один из ведущих мировых производителей бумаги и отбеливающих химикатов Eka Nobel AB применяет дисковые насосы DISCFLO на нескольких предприятиях в Швеции. Первые насосы были установлены на обогатительном силикатном заводе, где существующие центробежные насосы были подвержены значительному абразивному износу, и кроме того еженедельно требовалась замена сальниковых уплотнений. Перекачиваемая среда содержит 39-52% песка, смешанного с 40% NaOH, что делает ее абразивной и плотной, а также щелочной. Также на этой фабрике дисковый насос установлен на линии, перекачивающей жидкое стекло (силикат натрия) с песком -плотной, щелочной, горячей и абразивной среды. Насос DISCFLO установлен взамен шестеренного насоса с наружным зацеплением, который требовал обслуживания каждые два месяца. Eka Nobel также приобрели насосы DISCFLO на линию по перекачке перборатного шлама в замен постоянно ломавшихся винтовых насосов. Во всех перечисленных случаях дисковые насосы решали проблемы существовавших ранее насосных систем, экономя средства предприятия.

12 дисковых насосов DISCFLO применяются на химических предприятиях России с 2005 г.

Турбина Тесла - Tesla turbine

Турбина Тесла представляет собой безлопастная центростремительный поток турбина запатентовала от Никола Тесла в 1913 году упоминаются как безлопастная турбина . Турбина Тесла также известна как пограничный слой турбина , когезии типа турбины и Прандтль слой турбина (после Прандтль ) , поскольку он использует эффект пограничного слоя , а не набегающих жидкость на лопасть , как в обычной турбине. Исследователи в области биоинженерии назвали его многодисковым центробежным насосом . Одним из желаний Tesla по реализации этой турбины была геотермальная энергия , о которой говорилось в книге «Наша будущая движущая сила» .

СОДЕРЖАНИЕ

Описание

Основная идея разработки турбины Тесла заключается в том, что для достижения максимальной эффективности изменения скорости и направления движения жидкости должны быть как можно более постепенными. Следовательно, рабочая жидкость турбины Тесла движется естественными путями или линиями тока с наименьшим сопротивлением.

Турбина Тесла состоит из набора гладких дисков с соплами, подающими движущуюся жидкость к краю диска. Жидкость тянется по диску за счет вязкости и адгезии поверхностного слоя жидкости. Когда жидкость замедляется и добавляет энергию дискам, она по спирали попадает в центральную выхлопную трубу. 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 жидкостная турбина по желанию, без изменений конструкции, и поэтому она очень удобна. Незначительные отклонения от турбины, которые могут быть продиктованы. в зависимости от обстоятельств в каждом конкретном случае, очевидно, напрашиваются сами собой, но если он будет проводиться по этим основным направлениям, он будет сочтен очень выгодным для владельцев паровой установки, позволяя использовать их старую установку. Однако наилучшие экономические результаты в выработка энергии из пара турбиной Тесла будет получена на установках, специально приспособленных для этой цели ».

Насос

Устройство может работать как насос при использовании аналогичного набора дисков и корпуса с эвольвентной формой (в отличие от круглой для турбины). В этой конфигурации к валу прикреплен двигатель. Жидкость входит около центра, получает энергию от дисков, а затем выходит на периферии. Турбина Тесла не использует трение в общепринятом смысле; точнее, он избегает этого и вместо этого использует адгезию ( эффект Коанды ) и вязкость . Он использует эффект пограничного слоя на лезвиях диска.

Первоначально предлагались гладкие диски ротора, но они давали плохой пусковой момент. Впоследствии Тесла обнаружил, что гладкие диски ротора с небольшими шайбами, перекрывающими диски в

12-24 местах по периметру 10-дюймового диска, и второе кольцо из 6-12 шайб меньшего диаметра, значительно улучшили пусковой крутящий момент без снижение эффективности.

Приложения

В патентах Теслы утверждается, что устройство предназначалось для использования жидкостей в качестве движущих сил , в отличие от их применения для приведения в движение или сжатия жидкостей (хотя устройство также можно использовать для этих целей). По состоянию на 2016 год турбина Tesla не получила широкого коммерческого использования с момента своего изобретения. Однако насос Tesla коммерчески доступен с 1982 года и используется для перекачивания абразивных, вязких, чувствительных к сдвигу жидкостей, содержащих твердые частицы или с которыми трудно работать с другими насосами. Сам Тесла не заключил крупного контракта на производство. Как уже упоминалось, главным недостатком его времени было плохое знание характеристик материалов и их поведения при высоких температурах . Лучшая металлургия того времени не могла предотвратить недопустимое перемещение и деформацию дисков турбины во время работы.

Сегодня многие любительские эксперименты в этой области были проведены с использованием турбин Тесла, в которых в качестве источника энергии используется сжатый воздух или пар (пар генерируется за счет тепла от сгорания топлива или солнечного излучения ). Проблема коробления дисков была частично решена с использованием новых материалов, таких как углеродное волокно.

Одно из предложенных приложением тока для устройства является тратой насос , на заводах и фабриках , где нормальная лопастного типа турбины насосы , как правило , блокируются.

Применение турбины Тесла в качестве многодискового центробежного насоса для крови дало многообещающие результаты из-за низкого пикового усилия сдвига.
Биомедицинские инженерные исследования таких приложений продолжаются в 21 веке.

Эффективность и расчеты

Во времена Теслы эффективность обычных турбин была низкой, потому что турбины использовали систему прямого привода, которая сильно ограничивала потенциальную скорость турбины в зависимости от того, что она приводила. На момент внедрения современные судовые турбины были массивными и включали в себя десятки или даже сотни ступеней турбин, но обеспечивали чрезвычайно низкий КПД из-за своей низкой скорости. Например, турбина на « Титанике» весила более 400 тонн, работала со скоростью всего 165 об / мин и использовала пар под давлением всего 6 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничивалось сбором отработанного пара от главных электростанций - пары поршневых паровых двигателей. Турбина Тесла также могла работать на газах с более высокой температурой, чем лопастные турбины того времени, что способствовало ее большей эффективности. В конце концов, осевые турбины получили зубчатую передачу, чтобы они могли работать на более высоких скоростях, но эффективность осевых турбин оставалась очень низкой по сравнению с турбиной Тесла.

Со временем конкурирующие осевые турбины стали значительно более эффективными и мощными, вторая ступень редукторов была введена на большинстве современных военно-морских кораблей США 1930-х годов. Усовершенствование паровой технологии дало авианосцам ВМС США явное преимущество в скорости над авианосцами как союзников, так и противника, и поэтому проверенные осевые паровые турбины стали предпочтительной формой двигателя до тех пор, пока не было введено нефтяное эмбарго 1973 года. Нефтяной кризис заставил большинство новых гражданских судов перейти на дизельные двигатели. К тому времени эффективность осевых паровых турбин еще не превышала 50%, поэтому гражданские корабли предпочитали использовать дизельные двигатели из-за их превосходного КПД. К этому времени сравнительно эффективной турбине Тесла исполнилось более 60 лет.

В конструкции Теслы была предпринята попытка обойти ключевые недостатки осевых турбин с лопастями, и даже самые низкие оценки эффективности по-прежнему значительно превосходили эффективность осевых паровых турбин того времени. Однако при тестировании с более современными двигателями эффективность расширения Tesla Turbine была намного ниже, чем у современных паровых турбин и намного ниже современных поршневых паровых двигателей. Он действительно страдает от других проблем, таких как потери на сдвиг и ограничения потока, но это частично компенсируется относительно значительным уменьшением веса и объема. Некоторые из преимуществ турбины Tesla заключаются в применении с относительно низким расходом или когда требуются небольшие приложения. Диски должны быть как можно более тонкими по краям, чтобы не создавать турбулентности, когда жидкость покидает диски. 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 единая конструкция может эффективно использоваться для различных видов топлива и жидкостей, является неверно. Турбина Тесла отличается от обычной турбины только механизмом передачи энергии валу. Различные анализы показывают, что скорость потока между дисками должна быть относительно низкой для поддержания эффективности. Сообщается, что эффективность турбины Tesla падает с увеличением нагрузки. При небольшой нагрузке спираль, принимаемая жидкостью, движущейся от впуска к выпуску, представляет собой плотную спираль, совершающую множество вращений. Под нагрузкой количество оборотов уменьшается, и спираль становится все короче. Это увеличит потери на сдвиг, а также снизит эффективность, поскольку газ контактирует с дисками на меньшем расстоянии.

Эффективность - это функция выходной мощности. Умеренная нагрузка обеспечивает высокий КПД. Слишком большая нагрузка увеличивает скольжение турбины и снижает КПД; при слишком малой нагрузке на выход подается небольшая мощность, что также снижает КПД (до нуля на холостом ходу). Такое поведение характерно не только для турбин Tesla.

КПД турбины газовой турбины Тесла, по оценкам, свыше 60 процентов. КПД турбины отличается от КПД двигателя, использующего турбину. Осевые турбины, которые сегодня работают в паровых установках или реактивных двигателях, имеют КПД более 90%. Это отличается от КПД цикла установки или двигателя, который составляет примерно от 25% до 42%, и ограничен любыми необратимыми факторами, чтобы быть ниже КПД цикла Карно . Тесла утверждал, что паровая версия его устройства обеспечит эффективность около 95 процентов. Термодинамической эффективности является мерой того , насколько хорошо он выполняет по сравнению с изэнтропической случае . Это отношение идеального ввода / вывода к фактической работе. КПД турбины определяется как отношение идеального изменения энтальпии к реальной энтальпии при таком же изменении давления .

В 1950-х годах Уоррен Райс попытался воссоздать эксперименты Теслы, но он не проводил эти ранние испытания на насосе, построенном строго в соответствии с запатентованной конструкцией Теслы (среди прочего, это не была многоступенчатая турбина Тесла и не выполнялась. у него есть сопло Теслы). Рабочей жидкостью экспериментальной одноступенчатой системы Райса был воздух. Тестовые турбины Райса, опубликованные в ранних отчетах, дали общий измеренный КПД 36–41% для одной ступени . Можно было бы ожидать более высокой эффективности, если бы он был спроектирован так, как изначально предлагал Tesla.

В своей последней работе с турбиной Тесла, опубликованной незадолго до выхода на пенсию, Райс провел анализ объемных параметров модели ламинарного потока в многодисковых турбинах. Очень высокие требования к эффективности ротора (в отличие от общей эффективности устройства) для этой конструкции были опубликованы в 1991 году под названием «Tesla Turbomachinery». В этом документе говорится:

При правильном использовании результатов анализа эффективность ротора при ламинарном потоке может быть очень высокой, даже выше 95%. Однако для достижения высокого КПД ротора расход должен быть небольшим, что означает, что высокий КПД ротора достигается за счет использования большого количества дисков и, следовательно, ротора большего размера. Для каждого значения числа расхода существует оптимальное значение числа Рейнольдса для максимальной эффективности. При использовании обычных жидкостей требуемое расстояние между дисками ужасно мало, из-за чего [роторы, использующие] ламинарный поток, как правило, становятся большими и тяжелыми при заданной скорости потока. Были проведены обширные исследования жидкостных насосов типа Тесла с использованием роторов с ламинарным потоком. Было обнаружено, что общий КПД насоса был низким даже при высоком КПД ротора из-за потерь, возникающих на входе и выходе ротора, о которых говорилось ранее.

Современные многоступенчатые лопаточные турбины обычно достигают КПД 60–70%, в то время как большие паровые турбины на практике часто показывают КПД более 90%. Ротор со спиральным ротором, соответствующий машинам типа Тесла разумного размера с обычными жидкостями (пар, газ и вода), также, как ожидается, покажет КПД в районе 60–70% и, возможно, выше.

Теория

В насосе радиальное или статическое давление из-за центробежной силы добавляется к тангенциальному или динамическому (давлению), таким образом увеличивая эффективный напор и способствуя вытеснению жидкости. В двигателе, напротив, первое указанное давление, противоположное давлению подачи, снижает эффективный напор и скорость радиального потока к центру. Опять же, для движущейся машины всегда желателен большой крутящий момент, для чего требуется увеличенное количество дисков и меньшее расстояние разделения, в то время как в движущей машине по многочисленным экономическим причинам вращательное усилие должно быть наименьшим, а скорость - максимально возможной. .

В стандартной паровой турбине пар должен давить на лопасти, чтобы ротор извлекал энергию из скорости пара из-за разницы между относительной скоростью пара и лопастей. В паровой турбине с лопастями лопатки должны быть тщательно сориентированы в оптимальном скоростном режиме работы турбины таким образом, чтобы минимизировать угол атаки пара на поверхность лопатки. По их словам, в оптимальном режиме ориентация лопастей стараются минимизировать угол (шаг лопастей), с которым пар сталкивается с их площадью поверхности, чтобы создать плавный поток пара, чтобы попытаться минимизировать турбулентность. Эти водовороты создаются в результате воздействия пара (хотя угол минимизирован при оптимальной скорости вращения турбины) на поверхность лопастей. В этой динамике первые водовороты являются потерей полезной энергии, которая может быть извлечена из системы, а вторые, поскольку они находятся в противоположном направлении, они вычитаются из энергии входящего потока пара.

В турбине Тесла, учитывая, что нет лопастей, на которые можно воздействовать, механика сил реакции иная. Сила противодействия давлению парового напора относительно быстро нарастает в виде «пояса» давления пара по периферии турбины. Эта лента наиболее плотная и находится под давлением на периферии, так как ее давление, когда ротор не находится под нагрузкой, будет не намного меньше, чем давление (входящего) пара. В нормальном рабочем режиме это периферийное давление, как заметил Тесла, играет роль BEMF (обратная электродвижущая сила), ограничивая поток входящего потока, и, таким образом, турбина Тесла может считаться самоуправляемой. Когда ротор не находится под нагрузкой, относительные скорости между «спиралями сжатого пара» (SCS, пар, вращающийся по спирали между дисками) и дисками минимальны.

Когда нагрузка прикладывается к валу турбины Тесла, он замедляется, то есть относительная скорость дисков по отношению к (движущейся) жидкости увеличивается, поскольку жидкость, по крайней мере на начальном этапе, сохраняет свой собственный угловой момент. Например, мы можем взять радиус 10 см (3,9 дюйма), где в 9000 PM скорость периферийных дисков составляет 90 м / с (300 футов / с), когда на ротор нет нагрузки, диски перемещаются примерно с той же скоростью. скорости с жидкостью, но когда ротор загружен, относительная разность скоростей (между SCS и металлическими дисками) увеличивается, и скорость ротора 45 м / с (150 футов / с) имеет относительную скорость 45 м / с по отношению к SCS. Это динамическая среда, и эти скорости достигают этих значений с течением времени, а не мгновенно. Здесь мы должны отметить, что жидкости начинают вести себя как твердые тела при высоких относительных скоростях, и в случае TT, мы также должны учитывать дополнительное давление. В старой литературе о паровых котлах говорится, что пар с высокой скоростью, возникающий из источника высокого давления, режет сталь, как «нож режет масло». Согласно логике, это давление и относительная скорость по направлению к граням дисков, пар должен начать вести себя как твердое тело (SCS), волочащееся по металлическим поверхностям дисков. Создаваемое «трение» может привести только к генерации дополнительного тепла непосредственно на диске и в SCS и будет наиболее выражено в периферийном слое, где относительная скорость между металлическими дисками и дисками SCS наиболее высока. Это повышение температуры из-за трения между дисками SCS и дисками турбины будет преобразовано в повышение температуры SCS, что приведет к расширению пара SCS и увеличению давления перпендикулярно металлическим дискам, а также в радиальном направлении. оси вращения (SCS пытается расшириться, чтобы поглотить дополнительную тепловую энергию), и поэтому эта гидродинамическая модель, по-видимому, является положительной обратной связью для передачи более сильного «затягивания» металлических дисков и, следовательно, увеличения крутящего момента на оси вращения.

Тесла турбина принцип работы

Основной принцип, заложенный в работу турбины Тесла– вязкость движущейся среды.

Что же представляет собой безлопастная турбина Тесла?

Ротор турбины – это вал с закрепленными на нем плоскими дисками.

Между дисками выдерживается определенное расстояние посредством разделяющих шайб, а так же небольших выступов, сделанных на каждом втором диске по обе стороны. Каждый диск имеет окна в центральной части для выхода рабочего тела.

Основной диск ротора

Собраный ротор

Расстояния между дисками

Стальной ротор

Крайние диски турбины Тесла делаются более толстыми, так как проходящяя между дисками струя газа пытается раздвинуть диски, а так же для прижимания остальных дисков друг к другу.

Боковой диск турбины Теслы с радиальными выступами

Ротор помещается в корпус, который имеет входящее сопло и боковые крышки с отверстиями в центре. К крышкам крепятся еще две детали, не знаю как их правильнее назвать, я их назвал «уши», в которых закрепляются подшипники и обеспечивается отвод отработанной среды.

Прямоугольное сопло для турбины Тесла

Есть у конструкции и свои недостатки. К их числу можно отнести низкую скорость потока газа, при которой турбина Тесла эффективна.

Простота конструкции – очевидное качество, которым обладает турбина Тесла. Своими руками ее изготовить можно, правда, для этого все же потребуется немалая квалификация и высокая точность выполнения всех работ. Ведь квалитет дисков и малый зазор между ними, который должен быть очень равномерным, а также кожух с соплами с помощью простейших инструментов выполнить практически нельзя.

Турбина без лопастей.Турбина Теслы

Американская компания Solar Aero Research создала турбину без лопастей Fuller Wind Turbine. По заявлению компании, изобретение отличается компактностью и невысокой стоимостью – на 1/3 дешевле классических ветровых установок той же мощности.

В основе ветровой установки лежит измененная турбина Теслы (Tesla turbine), изобретенная в 1913 г. для выработки энергии из пара или сжатого воздуха.

Турбина Теслы – это множество тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами.

Поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счет эффекта пограничного слоя сами диски.

В центре поток выходит через осевое отверстие.

В турбине Fuller Wind Turbine(Турбина Теслы) диски разделены прокладками в форме крыла – это улучшает прохождение потока и создает дополнительный крутящий момент на валу. Сама турбина установлена в коробе, захватывающем воздух, чтобы обрушить его течение на вращающиеся диски.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДИСКОВОГО НАСОСА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ КРОВООБРАЩЕНИЯ

С каждым годом возрастает актуальность использования систем вспомогательного кровообращения для лечения хронической сердечной недостаточности (ХСН). Ежегодно погибают более 20% пациентов из листа ожидания, так и не дождавшись донорского сердца. В нашей стране существует огромная потребность в системах механической поддержки сердца, однако приобретение зарубежных устройств связано с чрезмерными финансовыми затратами. Кроме этого, на сегодняшний день не существует ни одной системы, которая на 100% отвечала бы всем медико-техническим требованиям и обладала бы высокой безопасностью для пациента. Поэтому исследования в области разработки систем вспомогательного кровообращения являются актуальными и востребованными не только в нашей стране, но и за рубежом. Одним из перспективных направлений в этой сфере являются дисковые насосы вязкого трения, основанные на принципе работы насоса Тесла. В статье описаны создание и работа действующего макета дискового насоса. Результаты математических исследований и стендовых испытаний подтвердили, что расходно-напорные характеристики создаваемого насоса способны обеспечить необходимые параметры кровообращения. Полученные данные подтверждают перспективность выбранного направления исследований и дают основания для дальнейшей разработки и испытания этой модели насоса.

Ключевые слова

Об авторах

Адрес: 630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15. Тел. (960) 785-47-92

Список литературы

1. Фомин ИВ, Фомин КВ, Беленков ЮН и др. Распространенность хронической сердечной недостаточности в Европейской части Российской Федерации – данные ЭПОХА-ХСН. Сердечная недостаточность. 2006; 7 (3): 112–115. Fomin IV, Fomin KV, Belenkov YuN i dr. Rasprostranennost’ hronicheskoj serdechnoj nedostatochnosti v Evropejskoj chasti Rossijskoj Federacii – dannye EHPOHA-HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2006; 7 (3): 112–115.

2. Беленков ЮН, Фомин ИВ, Мареев ВЮ. Первые результаты Российского эпидемиологического исследования по ХСН. Сердечная недостаточность. 2003; 4 (11): 26–30. Belenkov YuN, Fomin IV, Mareev VYu. Pervye rezul’taty Rossijskogo ehpidemiologicheskogo issledovaniya po HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2003; 4 (11): 26–30.

3. Даниелян МО. Прогноз и лечение хронической сер-дечной недостаточности (данные 20-летнего наблюдения). Медицинские науки. 2001: 36–33. Danielyan MO. Prognoz i lechenie hronicheskoj serdechnoj nedostatochnosti (dannye 20-letnego nablyudeniya). Medicinskie nauki. 2001: 36–33.

4. Мареев ВЮ, Агеев ФТ, Арутюнов ГП и др. Национальные рекомендации ОССН, РКО и РНМОТ по диагностике и лечению ХСН (четвертый пересмотр). Сердечная недостаточность. 2013; 14 (7): 379–472. Mareev VYu, Ageev FT, Arutyunov GP i dr. Nacional’nye rekomendacii OSSN, RKO i RNMOT po diagnostike i lecheniyu HSN (chetvertyj peresmotr). Serdechnaya nedostatochnost’. 2013; 14 (7): 379–472.

5. Stehlik J, Edwards LB. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: 29th official adult heart transplant report – 2012. The Journal of heart and lung transplantation. 2012; 31 (10): 1052–1064.

7. Garbade J, Bittner HB, Barten MJ et al. Current Trends in Implantable Left Ventricular Assist Devices. Cardiology Research and Practice. 2011; Vol. 2011, Article ID 290561, 9 pages, 2011. doi:10.4061/2011/290561.

8. Чернявский АМ, Ефремова ОС, Рузматов ТМ и др. Предикторы отдаленной летальности больных ишемической болезнью сердца с выраженной левожелудочковой дисфункцией. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2015; 19 (2): 49–55. Cherniavsky AM, Yefremova OS, Ruzmatov TM et al. Predictors of remote mortality of CHD patients with severe left ventricular dysfunction. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2015; 19 (2): 49–54 [English abstract].

9. Dembitsky WP, Tector AJ, Park S et al. Left ventricular assist device performance with long-term circulatory support: lessons from the REMATCH trial. The Annals of thoracic surgery. 2004; 78 (6): 2123–2130.

10. Magliato KE et al. Biventricular support in patients with profound cardiogenic shock: a single center experience. ASAIO Journal. 2003; 49: 475–479.

11. Иткин ГП. Устройства для вспомогательного кровообращения: прошлое, настоящее и будущее непульсирующих насосов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2009; 11 (3): 81–87. Itkin GР. Ventricle assist device: past, present, and future nonpulsatile pumps. Vestnik transplantologii i iskusstvennykh organov = Russian journal of transplantology and artificial organs. 2009; 11 (3): 81–87 [English abstract].

12. Tesla N. Fluid propulson. U.S. Patent 1,061,206, 1913.

13. Медведев АЕ, Фомин ВМ. Двухфазная модель течения крови в крупных и мелких сосудах. Доклады Академии наук. 2011; 441 (4): 476–479. Medvedev AE, Fomin VM. Dvuhfaznaya model’ techeniya krovi v krupnyh i melkih sosudah. Doklady Akademii nauk. 2011; 441 (4): 476–479.

14. Медведев АЕ. Двухфазная модель течения крови. Российский журнал биомеханики. 2013; 17, № 4 (62): 22–36. Medvedev AE. Dvuhfaznaja model’ techenija krovi. Rossijskij zhurnal biomehaniki. 2013; 17, № 4 (62): 22–36.

15. Miller GE, Etter BD, Dorsi JM. A multiple disk centrifugal pump as a blood fl ow device. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1990; 37 (2): 157–163.

16. Miller GE, Sidhu A, Fink R et al. Evaluation of a multiple disk centrifugal pump as an artifi cial ventricle. Artificial Organs. 1993; 17 (7): 590–592.

17. Miller GE, Madigan M, Fink R. A preliminary fl ow visualization study in a multiple disk centrifugal artificial ventricle. Artifi cial Organs. 1995; 19 (7): 680–684.

18. Miller GE, Fink R. Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump. Artificial Organs. 1999; 23 (6): 559–565.

19. Izraelev V, Weiss WJ, Fritz B et al. A passive-suspended Tesla pump left ventricular assist device. ASAIO Journal. 2009; 55 (6): 556–561.

20. Medvitz RB, Boger DA, Izraelev V et al. CFD Design and Analysis of a Passively Suspended Tesla Pump Left Ventricular Assist Device. Artifi cial Organs. 2011; 35 (5): 522–533.

21. Batista M. Steady flow of incompressible fluid between two co-rotating disks. Applied Mathematical Modelling. 2011; 35: 5225–5233.

22. Мисюра ВИ, Овсянников БВ, Присняков ВФ. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986. Misjura VI, Ovsjannikov BV, Prisnjakov VF. Diskovye nasosy. M.: Mashinostroenie, 1986.

23. Jhun C-S, Newswanger R, Cysyk J et al. Tesla-Based Blood Pump and Its Applications. Transactions of the ASME. 2013; 7: 040917-2.

24. Papaioannou TG, Stefanadis C. Vascular Wall Shear Stress: Basic Principles and Methods. Hellenic Journal of Cardiology. 2005; 46 (1): 9–15.

Для цитирования:

For citation:

alt="Creative Commons License" width="" />

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Дисковым насосом называется насос трения, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии. Конструктивная схема такого насоса изображена на рис. 2.20. Подводящее и отводящее устройства дискового насоса аналогичны рассмотренным ранее устройствам центробежного насоса. Рабочее колесо представляет собой совокупность тонких кольцевых дисков, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, на небольшом расстоянии друг от друга. Крепежные элементы размещены в периферийной части дисков, чтобы не загромождать входное сечение. [3]

Как устроен дисковый насос и где такие насосы могут найти применение. [4]

К преимуществам дисковых насосов относятся: возможность перекачивания высоковязких жидкостей, а также жидкостей с включением мелких абразивных примесей; простота конструкции; высокие кавитаци-онные качества и малошумность. [5]

В автомобильной промышленности дисковый насос может использоваться как водяной, топливный, масляный. [6]

Наиболее типичными насосами трения являются дисковые насосы t предложенные еще в 1911 г. Эти насосы весьма просты по устройству и обладают некоторыми преимуществами перед насосами других типов. [7]

Однако, несмотря на невысокие энергетические показатели, дисковый насос , предложенный в 1911 году знаменитым югославским изобретателем Николой Тесла, имеет неоспоримое преимущество по кавитационным качествам. [8]

Так как скорость Frl в отличие от относительной скорости не зависит от частоты вращения, то; дисковый насос является чемпионом по быстроходности: максимальная достигнутая частота вращения вала насоса равна 600000 об / мин при наружном диаметре D2 20 мм. КПД такого насоса остается постоянным при снижении размеров, он отличается малым уровнем шума, простотой изготовления, низкой стоимостью. Дисковый насос при сравнительно малом износе способен перекачивать суспензии металла и жидкости. [9]

Дисковые вентиляторы благодаря своей малошум-ности устанавливаются в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум, и в других специальных установках. Разработаны конструкции дисковых насосов , обладающих высокими антикавитацион-ными качествами. [10]

Заметим, что это вращение может быть осуществлено не только лопастями. В так называемом дисковом насосе жидкость увлекается во вращение трением о близко расположенные безлопастные диски. [12]

Насос тесла принцип работы

Турбина Tesla представляет собой бесступенчатую центростремительную проточную турбину, запатентованную Никола Теслой в 1913 году. Она называется бесплодной турбиной. Турбина Tesla известна также как турбина турбины пограничного слоя, турбина сплошного типа и турбина турбины Прандтль (после Людвига Прандтля), поскольку она использует эффект пограничного слоя, а не жидкость, падающую на лопасти, как в обычной турбине. Исследователи биоинженерии назвали его многоцентровым центробежным насосом. Одним из желаний Теслы для реализации этой турбины было использование геотермальной энергии, которая была описана в «Нашей будущей движущей силе».

Описание
Руководящей идеей разработки турбины Тесла является тот факт, что для достижения наивысшей экономики изменения скорости и направления движения жидкости должны быть как можно более постепенными. Поэтому движущая жидкость турбины Тесла движется по естественным путям или линиям тока наименьшего сопротивления.

Турбина Tesla состоит из набора гладких дисков, при этом сопла применяют движущуюся жидкость к краю диска. Жидкость перемещается на диск посредством вязкости и адгезии поверхностного слоя жидкости. По мере того как жидкость замедляется и добавляет энергию к дискам, она вращается в центр выхлопа. Поскольку у ротора нет выступов, он очень прочный.

Тесла писал: «Эта турбина представляет собой эффективный самонаводящийся первичный двигатель, который может управляться как паровая или смешанная флюидная турбина по желанию без изменений в конструкции и на этом счет очень удобна. Небольшие отклонения от турбины, которые могут быть продиктованы по обстоятельствам в каждом случае, очевидно, будут предлагать сами, но если они будут выполняться по этим общим линиям, они будут признаны высокоприбыльными владельцам паровой установки, позволяя использовать их старую установку. Однако лучшие экономические результаты в развитие мощности от пара турбиной Тесла будет достигнуто на специально предназначенных для этой цели установках ».

Эта турбина также может быть применена к конденсационным установкам, работающим с высоким вакуумом. В этом случае из-за очень большого коэффициента расширения выхлопная смесь будет находиться при относительно низкой температуре и пригодна для поступления в конденсатор.

Все пластины и шайбы установлены и прикреплены к рукаву, навинчиваемому на концах, и снабжены гайками и хомутами для соединения толстых концевых пластин вместе, или хомуты могут быть просто вынуждены на него, а концы опрокинуты. Втулка плотно прилегает к валу, к которому она прикрепляется, как обычно.

Эта конструкция позволяет свободно расширять и сокращать каждую пластину индивидуально под воздействием тепловой и центробежной силы и обладает рядом других преимуществ, которые имеют практическое значение. Более высокая площадь активной пластины и, следовательно, больше мощности получается для заданной ширины, что повышает эффективность. Деформирование практически устраняется, и могут использоваться меньшие боковые зазоры, что приводит к уменьшению потерь утечки и трения. Ротор лучше приспособлен для динамической балансировки, а трение трения сопротивляется нарушающим воздействиям, тем самым обеспечивая более тихую работу. По этой причине, а также потому, что диски не жестко соединены, они защищены от повреждений, которые могут быть вызваны вибрацией или чрезмерной скоростью.

Турбина Tesla имеет свойство находиться в установке, обычно работающей со смесью пара и продуктов сгорания, и в которой выхлопное тепло используется для подачи пара, который подается в турбину, обеспечивая клапан, регулирующий подачу пара, таким образом что давления и температуры можно настроить на оптимальные условия работы.

Как показано на рисунке, турбинная установка Tesla:

Возможность запускать только пар
Тип диска, приспособленный для работы с жидкостями при высокой температуре.
Эффективная турбина Tesla требует близкого расстояния между дисками. Например, тип с паровым питанием должен поддерживать междисковое расстояние 0,4 мм (0,016 дюйма). Диски должны быть чрезвычайно гладкими, чтобы минимизировать потери поверхности и сдвига. Диски также должны быть очень тонкими, чтобы предотвратить перетаскивание и турбулентность на краях диска. К сожалению, предотвращение деформаций и искажений дисков было серьезной проблемой во времена Теслы. Считается, что эта неспособность предотвратить искажение дисков способствовала коммерческому провалу турбин, потому что металлургические технологии в то время не могли производить диски достаточного качества и жесткости.

насос
Устройство может работать как насос, если используется аналогичный набор дисков и корпус с эвольвентной формой (по сравнению с циркуляром для турбины). В этой конфигурации двигатель прикреплен к валу. Жидкость входит в центр, дается энергия дисками, а затем выходит на периферию. Турбина Tesla не использует трение в обычном смысле; именно он избегает этого и использует адгезию (эффект Coandă) и вязкость. Он использует эффект пограничного слоя на дисковых лезвиях.

Гладкие роторные диски были первоначально предложены, но они дали плохой пусковой момент. Тесла впоследствии обнаружил, что гладкие роторные диски с небольшими шайбами, соединяющими диски в

12-24 местах по периметру 10-дюймового диска, и второе кольцо из 6-12 шайб на поддиапазоне, сделанное для значительного улучшения пускового момента без компрометирующая эффективность.

Приложения
Патенты Tesla заявляют, что устройство предназначено для использования жидкостей в качестве движущих агентов, в отличие от их применения для движения или сжатия жидкостей (хотя устройство также может использоваться для этих целей). По состоянию на 2016 год турбина Тесла не имела широкого коммерческого использования с момента ее изобретения. Тем не менее, насос Tesla был коммерчески доступен с 1982 года и используется для перекачивания жидкостей, которые являются абразивными, вязкими, чувствительными к сдвигу, содержат твердые вещества или иным образом трудно обрабатывать другими насосами. Сам Тесла не получил крупного контракта на производство. Главным недостатком его времени, как уже упоминалось, было плохое знание характеристик материалов и поведения при высоких температурах. Лучшая металлургия в тот день не могла предотвратить перемещение турбинных дисков и деформирование во время эксплуатации.

Сегодня многие любительские эксперименты в полевых условиях были проведены с использованием турбин Tesla, которые используют сжатый воздух, пар в качестве источника энергии (пар, образующийся при нагревании от сжигания топлива, от турбонагнетателя транспортного средства или от солнечного излучения). Вопрос о деформации дисков был частично решен с использованием новых материалов, таких как углеродное волокно.

Одной из предложенных текущих приложений для устройства является отработанный насос, на заводах и мельницах, где обычно блокируются обычные лопастные турбинные насосы.

Турбины Тесла являются идеальными, по многим причинам, для вне сети, мини-паровой турбины, электрических станций генерации домашних животных и с некоторым опытом, могут быть довольно легко спроектированы любителями.

Применение турбины Тесла в качестве центробежного насоса с несколькими дисками принесло многообещающие результаты.
Биомедицинские инженерные исследования таких применений были продолжены в XXI веке.

В 2010 году американский патент 7,695,242 был выпущен Говарду Фуллеру для ветровой турбины на основе конструкции Tesla.

Эффективность и расчеты
Турбина Tesla имеет очень высокий теоретический урожай, около 92%, но на самом деле существует несколько конструктивных ограничений, которые конкурируют за снижение их общей производительности. Чтобы лучше прояснить эти ограничения, ниже приводится краткий список:

Во времена Теслы эффективность обычных турбин была низкой, потому что турбины использовали систему прямого привода, которая сильно ограничивала потенциальную скорость турбины до того, что она двигала. Во время внедрения современные судовые турбины были массивными и включали в себя десятки или даже сотни этапов турбин, но при этом обеспечивали крайне низкую эффективность из-за их низкой скорости. Например, турбина на «Титанике» весила более 400 тонн, работала всего 165 оборотов в минуту и использовала пар под давлением всего 6 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничивало его уборку отработанного пара от основных электростанций, пару возвратно-поступательных паровых двигателей. Турбина Tesla также имела возможность работать на высокотемпературных газах, чем лопастные турбины того времени, что способствовало ее большей эффективности. В конце концов осевые турбины получили передачу, позволяющую им работать на более высоких скоростях, но эффективность осевых турбин оставалась очень низкой по сравнению с турбиной Тесла.

Со временем конкурирующие осевые турбины стали значительно более эффективными и мощными, вторая стадия редукторов была введена на большинстве ультрасовременных морских кораблей США 1930-х годов. Улучшение паровой технологии дало авианосцам ВМС США явное преимущество в скорости по сравнению с союзными и вражескими авианосцами, и поэтому доказанные осевые паровые турбины стали предпочтительной формой движения до тех пор, пока не произойдет эмбарго на нефть 1973 года. Нефтяной кризис заставил большинство новых гражданских судов превратиться в дизельные двигатели. К тому времени осевые паровые турбины по-прежнему не превышали 50% эффективности, поэтому гражданские суда решили использовать дизельные двигатели из-за их превосходной эффективности. К этому времени сравнительно эффективная турбина Тесла была старше 60 лет.

Конструкция Теслы попыталась обойти основные недостатки лопастных осевых турбин, и даже самые низкие оценки эффективности все же значительно превзошли эффективность осевых паровых турбин в день. Тем не менее, при испытаниях на более современные двигатели, Tesla Turbine имела эффективность расширения намного ниже современных паровых турбин и значительно ниже современных поршневых паровых двигателей. Он страдает от других проблем, таких как потери сдвига и ограничения потока, но это частично компенсируется относительно массовым снижением веса и объема. Некоторые из преимуществ турбины Tesla заключаются в относительно низких расходах или когда требуются небольшие приложения. Диски должны быть как можно меньше на краях, чтобы не создавать турбулентность, так как жидкость выходит из дисков. Это приводит к необходимости увеличения количества дисков при увеличении скорости потока. Максимальная эффективность достигается в этой системе, когда междисковое расстояние приближается к толщине пограничного слоя, а так как толщина пограничного слоя зависит от вязкости и давления, утверждение о том, что единая конструкция может эффективно использоваться для различных видов топлива и жидкостей, неверен. 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. Сообщается, что эффективность турбины Тесла снижается с увеличением нагрузки. При легкой нагрузке спираль, перемещаемая жидкостью, движущейся от впуска к выхлопному трубопроводу, является плотной спиралью, подвергающейся большому количеству оборотов. При нагрузке число вращений падает, и спираль становится все короче. Это увеличит потери на сдвиг, а также уменьшит эффективность, потому что газ находится в контакте с дисками для меньшего расстояния.

Эффективность турбины газовой турбины Тесла оценивается выше 60, достигая максимума 95 процентов. Имейте в виду, что эффективность турбины отличается от эффективности цикла двигателя с использованием турбины. Осевые турбины, которые работают сегодня на паровых установках или реактивных двигателях, имеют эффективность около 60-70% (данные Siemens Turbines Data). Это отличается от эффективности цикла установки или двигателя, которые составляют приблизительно от 25% до 42%, и ограничены какой-либо необратимостью ниже эффективности цикла Карно. Тесла утверждал, что паровая версия его устройства достигнет 95-процентной эффективности. Фактические испытания паровой турбины Tesla на заводах Westinghouse показали скорость пара в 38 фунтов на лошадиную силу в час, что соответствует эффективности турбины в диапазоне 20%, в то время как современные паровые турбины часто могут обеспечить эффективность турбины более чем на 50%. Термодинамическая эффективность является мерой того, насколько хорошо она выполняется по сравнению с изоэнтропическим случаем. Это отношение идеального к фактическому рабочему вводу / выводу. Эффективность турбины определяется как отношение идеального изменения энтальпии к реальной энтальпии при одинаковом изменении давления.

В 1950-х годах Уоррен Райс попытался воссоздать эксперименты Теслы, но он не выполнял эти ранние тесты на насосе, построенном строго в соответствии с запатентованным дизайном Tesla (он, помимо прочего, не был многоступенчатой турбиной Tesla, он имеет сопло Теслы). Рабочая жидкость экспериментальной одноступенчатой системы Райса была воздухом. Испытательные турбины Райса, опубликованные в ранних отчетах, дали общую измеренную эффективность 36-41% за один этап. Ожидаются более высокие проценты, если они разработаны, как первоначально было предложено Tesla.

В своей заключительной работе с турбиной Тесла и опубликованной незадолго до его выхода на пенсию, Райс провела масштабный анализ модельного ламинарного потока в нескольких дисковых турбинах. Очень высокая претензия на эффективность ротора (в отличие от общей эффективности устройства) для этой конструкции была опубликована в 1991 году под названием «Tesla Turbomachinery». В этом документе говорится:

При правильном использовании аналитических результатов эффективность ротора с использованием ламинарного потока может быть очень высокой, даже выше 95%. Однако для достижения высокой эффективности ротора номер расхода должен быть малым, что означает, что эффективность высокого ротора достигается за счет использования большого количества дисков и, следовательно, физически большего ротора. Для каждого значения номера скорости потока оптимальное значение числа Рейнольдса для максимальной эффективности. При использовании обычных жидкостей требуемое расстояние между дисками является незначительным, что приводит к тому, что [роторы, использующие] ламинарный поток имеют тенденцию быть большими и тяжелыми для заданной скорости потока.

Были проведены обширные исследования жидких насосов типа Тесла с использованием роторов с ламинарным потоком. Было обнаружено, что общий КПД насоса был низким, даже когда эффективность ротора была высокой из-за потерь, возникающих на входе ротора и выше, упомянутого выше.

Современные многоступенчатые лопастные турбины обычно достигают 60-70% эффективности, в то время как большие паровые турбины часто демонстрируют эффективность турбины более 90% на практике. Также можно ожидать, что аналогичные роторные машины типа Tesla разумного размера с обычными жидкостями (пар, газ и вода) продемонстрируют эффективность вблизи 60-70% и, возможно, выше.

Любопытство
Модели турбины Tesla могут легко создавать модели турбин с использованием оптических дисков (компакт-дисков или компакт-дисков) для создания колеса, очевидно, с помощью вставленных прокладок и соответствующего центрального отверстия, полиметилметакрилата (плексигласа) или целой серии аналогов для корпуса и сопла , которые, среди прочего, имеют преимущество прозрачности и сжатый воздух под высоким давлением в качестве моторной жидкости.

Читайте также: