Tuabin Tesla được Nikola Tesla phát minh vào năm 1909. Đây là một loại tuabin đặc biệt không có bất kỳ cánh quạt nào. Không giống như các tuabin khác như Kaplan, v.v., tuabin này có các ứng dụng cụ thể và hạn chế. Nhưng do những cân nhắc về thiết kế, nó là một trong những loại tuabin đa năng. Phát minh của nó đã dẫn đến nhiều ứng dụng kỹ thuật lớn. Nó hoạt động trên nguyên tắc hiệu ứng lớp biên, trong đó do luồng không khí, tuabin quay. Điểm tốt nhất của tuabin này là nó có thể đạt được hiệu suất lên đến 80%. Phạm vi tốc độ của nó có thể đạt đến mức 80.000 vòng / phút cho các máy đánh giá nhỏ. Cụ thể, tuabin này không thể được sử dụng trong nhà máy điện nhưng có thể được sử dụng cho các ứng dụng chung như máy bơm, v.v.

Sơ đồ tuabin Tesla

Cấu trúc cơ bản của tuabin Tesla được thể hiện trong hình. Nó bao gồm một tuabin không cánh có đầu vào thông qua một vòi ống dẫn khí. Phần thân của tuabin có hai cửa ra, một cửa cho không khí đi vào và một cho không khí đi ra. Ngoài ra, đĩa quay bao gồm 3 đến 4 lớp, được ghép lại với nhau. Giữa các lớp có một khe hở không khí mỏng, nơi không khí đi qua với tốc độ rất cao.

Tuabin Tesla

Đĩa quay có hai mặt, mặt ngoài và mặt sau. Ở cả hai khía cạnh, không có phạm vi cho không khí chảy ra bên ngoài thân tuabin. Không khí chỉ có thể đi vào qua đường ống vào và thoát ra ngoài qua đường ống ra. Thân tuabin bao gồm nhiều rôto đĩa được ghép với nhau. Tất cả các đĩa rôto được nối với nhau trên một trục chung, nơi đĩa có thể quay.

Có vỏ bên ngoài để đặt đĩa. Các đĩa thường được kết nối thông qua bu lông. Phần đầu xe và phần đuôi xe có các cổng xả khí qua đó không khí có thể thoát ra khỏi thân tuabin. Vị trí của các lỗ được thực hiện sao cho tạo ra dòng khí xoáy vào.

Lý thuyết tuabin Tesla

Đầu vào của cánh quạt là không khí ở áp suất cao. Sử dụng một ống dẫn khí, được kết nối với đầu vào của tuabin , không khí được đưa vào cơ thể bao gồm các đĩa rôto được đặt trên trục và có thể quay dễ dàng. Khi không khí đi vào vỏ tuabin, nó buộc phải tạo ra một dòng xoáy do hình dạng của tuabin.

Vortex có nghĩa là một khối không khí quay cuồng như trong một xoáy nước hoặc gió xoáy. Do tạo ra dòng xoáy nên không khí có khả năng quay với tốc độ rất cao. Sự hình thành dòng xoáy là cơ bản do thiết kế của tuabin. Phông và thân nắp sau của tuabin được đặt sao cho không khí thoát ra ngoài qua các lỗ ở nắp trước và sau.

Sự thoát ra của không khí trong tự nhiên này tạo ra một dòng khí xoáy. Và làm cho tuabin quay. Khi các phân tử không khí đi qua đĩa, chúng tạo ra lực cản trên đĩa. Lực cản này kéo tuabin xuống và làm cho nó quay. Có thể lưu ý rằng tuabin có thể quay theo cả hai hướng. Nó chỉ phụ thuộc vào đường ống đầu vào nào được sử dụng cho đầu vào của không khí.

Thiết kế tuabin Tesla

Thiết kế bao gồm hai đường ống đầu vào, đường ống ra được nối với đường ống dẫn khí. Trong số hai đầu vào, bất kỳ ai cũng có thể được sử dụng làm đầu vào. Bên trong thân máy, các đĩa rôto được đặt liên kết với nhau nhờ sự trợ giúp của bu lông. Tất cả các đĩa được đặt trên một trục chung được nối với thân ngoài.

Ví dụ, nếu nó được sử dụng như một máy bơm, thì trục được kết nối với động cơ. Có một khe hở không khí mỏng giữa các đĩa, nơi không khí lưu thông và làm cho các đĩa quay. Do khe hở không khí, các phân tử không khí có thể tạo ra lực cản trên đĩa. Nắp đậy phía trước và phía sau có 4-5 lỗ để không khí đầu vào có thể đi qua bầu khí quyển. Các lỗ được đặt như vậy, một dòng xoáy được tạo ra và không khí có thể quay với tốc độ rất cao.

Thiết kế tuabin

Do không khí tốc độ cao này, nó tác dụng lực cản tốc độ cao lên đĩa và làm cho đĩa quay với tốc độ rất cao. Khe hở đĩa là một trong những thông số quan trọng đối với thiết kế và hiệu quả của tuabin. Kích thước khe hở tối ưu cần thiết để duy trì lớp khe hở phụ thuộc vào vận tốc ngoại vi của đĩa.

Tính toán thiết kế tuabin

Nhiều khía cạnh thiết kế rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao. Một số tính toán thiết kế chính là
Chất lỏng làm việc hoặc không khí đầu vào phải có áp suất tối thiểu. Nếu đó là nước, thì áp suất dự kiến ít nhất là 1000 kg trên mét khối. Vận tốc ngoại vi phải là 10e-6 mét vuông mỗi giây.

Khe hở giữa đĩa được tính toán dựa trên vận tốc góc và vận tốc ngoại vi của đĩa. Nó phụ thuộc vào tham số thăm dò liên tục dựa trên vận tốc. Tốc độ dòng chảy cho mỗi đĩa được tính bằng tích của diện tích mặt cắt ngang của mỗi đĩa và vận tốc. Dựa trên dữ liệu, số lượng đĩa được ước tính. Một lần nữa, đường kính của đĩa cũng rất quan trọng để có hiệu quả tốt.

Hiệu suất tuabin Tesla

Hiệu suất được cho bằng tỷ số giữa công suất trục đầu ra và công suất trục đầu vào. Hiệu suất được biểu thị bằng

Hiệu suất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đường kính trục, tốc độ cánh, số cánh, tải trọng nối với trục, ... Nhìn chung, hiệu suất của tua bin cao so với các loại tua bin thông thường khác. Đối với các ứng dụng nhỏ, hiệu quả thậm chí có thể đạt tới 97%.

Tuabin hoạt động như thế nào?

Tuabin Tesla hoạt động dựa trên khái niệm về lớp biên. Nó bao gồm hai cửa hút gió. Nói chung, nước của không khí được sử dụng làm đầu vào tuabin. Thân tuabin bao gồm các đĩa rôto được liên kết với nhau nhờ sự trợ giúp của bu lông. Tất cả các đĩa được đặt trên một trục chung. Thân tuabin gồm có hai trường hợp là vỏ trước và vỏ sau. Trong mỗi ống chống có 4 đến 4 lỗ. Tất cả các yếu tố này như số lượng đĩa, đường kính đĩa, v.v., đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của tuabin.

Tua bin làm việc

Khi không khí được phép chảy qua ống vòi, nó sẽ đi vào thân tuabin. Bên trong thân tuabin có đặt các đĩa được kết nối với nhau. Giữa các đĩa có một khe hở không khí mỏng. Khi các phân tử không khí đi vào thân tuabin, chúng sẽ tác động lực cản lên các đĩa. Do lực cản này, các đĩa bắt đầu quay.

Vỏ trước và sau bao gồm các lỗ để khi không khí đi vào sẽ thoát ra ngoài qua các lỗ này. Các lỗ được đặt sao cho tạo ra dòng xoáy không khí hoặc nước bên trong thân đĩa. Điều này làm cho không khí tạo ra lực cản nhiều hơn lên đĩa. Điều này làm cho các đĩa quay với tốc độ rất cao.

“làm thế nào để xây dựng một đơn vị khử muối ”

Diện tích tiếp xúc giữa xoáy và đĩa thấp ở tốc độ thấp. Nhưng khi không khí tăng tốc độ, sự tiếp xúc này tăng lên, cho phép các đĩa quay với tốc độ rất cao. Lực ly tâm của các đĩa cố gắng đẩy không khí ra bên ngoài. Nhưng không khí không có đường dẫn ngoại trừ các lỗ trên vỏ trước và sau. Điều này làm cho không khí thoát ra, và dòng xoáy trở nên mạnh mẽ hơn. Tốc độ của các đĩa gần như bằng tốc độ của luồng không khí.

Ưu điểm và nhược điểm của tuabin Tesla

Những ưu điểm là

Hiệu quả rất cao
Chi phí sản xuất thấp hơn
Thiết kế đơn giản
Có thể xoay theo cả hai hướng

Những bất lợi là

Không khả thi cho các ứng dụng công suất cao
Để đạt hiệu quả cao, tốc độ dòng chảy phải nhỏ
Hiệu quả phụ thuộc vào dòng chảy vào và ra của chất lỏng làm việc.

Các ứng dụng

Tuabin của Tesla do công suất đầu ra và thông số kỹ thuật của nó nên có các ứng dụng hạn chế. Một số trong số chúng được đề cập dưới đây.

Nén chất lỏng
Máy bơm
Các ứng dụng tuabin kiểu cánh gạt
Máy bơm máu

Do đó, chúng ta đã thấy, các khía cạnh cấu tạo, nguyên lý làm việc, thiết kế và ứng dụng của tuabin Tesla. Hạn chế lớn của nó là vì nó nhỏ gọn và có kích thước nhỏ, nó có các ứng dụng hạn chế so với các tuabin thông thường như tuabin Kaplan. Vì hiệu quả của nó rất cao nên phải nghĩ rằng cách Tuabin Tesla có thể được chế tạo để có các ứng dụng chính như trong các nhà máy điện. Đó sẽ là một sự thúc đẩy tuyệt vời cho các nhà máy hiệu quả thấp.