Tesla 터빈은 1909 년 Nikola Tesla에 의해 발명되었습니다.이 터빈은 블레이드가없는 특수한 범주의 터빈입니다. Kaplan 등과 같은 다른 터빈과 달리이 터빈은 제한적이고 특정한 용도로 사용됩니다. 그러나 설계 고려 사항으로 인해 다목적 터빈 중 하나입니다. 그것의 발명은 많은 주요 엔지니어링 응용으로 이어졌습니다. 기류로 인해 터빈이 회전하는 경계층 효과의 원리에 따라 작동합니다. 이 터빈의 가장 큰 장점은 최대 80 %의 효율을 달성 할 수 있다는 것입니다. 속도 범위는 소형 등급 기계의 경우 최대 80,000rpm 수준에 도달 할 수 있습니다. 특히,이 터빈 캔 트는 발전소 작동하지만 펌프 등과 같은 일반 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.
테슬라 터빈 다이어그램
Tesla 터빈의 기본 구조가 그림에 나와 있습니다. 공기 파이프 노즐을 통해 입력되는 블레이드없는 터빈으로 구성됩니다. 터빈 본체에는 두 개의 배출구가 있습니다. 하나는 공기의 유입을위한 것이고 다른 하나는 공기의 배출을위한 것입니다. 그 외에도 회전 디스크는 3 ~ 4 개의 레이어로 구성되어 있으며 서로 결합되어 있습니다. 공기가 매우 빠른 속도로 통과되는 층 사이에는 얇은 공극이 있습니다.
테슬라 터빈
회전하는 디스크는 바깥 쪽과 뒤쪽의 두면이 있습니다. 두 가지 측면에서 공기가 터빈 본체 외부로 흐를 수있는 범위는 없습니다. 공기는 입구 파이프를 통해서만 들어가고 출구 파이프를 통해서만 방출 될 수 있습니다. 터빈 본체는 함께 결합 된 다중 디스크 로터로 구성됩니다. 모든 로터 디스크는 디스크가 회전 할 수있는 공통 축에서 함께 결합됩니다.
디스크를 배치 할 외부 하우징이 있습니다. 디스크는 일반적으로 볼트를 통해 연결됩니다. 프론트 엔드와 리어 엔드에는 공기가 터빈 본체를 빠져 나갈 수있는 배기 출력 포트가 있습니다. 구멍의 배치는 흡입 공기의 소용돌이가 생성되도록 수행됩니다.
테슬라 터빈 이론
로터 블레이드에 대한 입력은 고압의 공기입니다. 공기 주입구에 연결된 공기 호스를 사용하여 터빈 , 공기는 샤프트에 배치되고 쉽게 회전 할 수있는 로터 디스크로 구성된 바디로 유입됩니다. 공기가 터빈 하우징으로 들어가면 터빈의 모양으로 인해 소용돌이가 발생합니다.
소용돌이는 소용돌이 나 소용돌이처럼 소용돌이 치는 공기 덩어리를 의미합니다. 소용돌이의 생성으로 인해 공기는 매우 빠른 속도로 회전 할 수 있습니다. 와류의 형성은 터빈 설계로 인해 기본입니다. 터빈의 글꼴과 후면 커버 본체는 공기가 전면 및 후면 커버에있는 구멍을 통해 빠져 나가도록 배치됩니다.
이 자연에서 공기의 출구는 공기의 소용돌이를 만듭니다. 그리고 터빈을 회전시킵니다. 공기 분자가 디스크를 통과하면 디스크에 항력이 발생합니다. 이 항력은 터빈을 아래로 당겨 회전시킵니다. 터빈은 양방향으로 회전 할 수 있습니다. 그것은 단지 공기의 입력에 사용되는 흡입 파이프에 달려 있습니다.
테슬라 터빈 설계
디자인은 두 개의 입구 파이프로 구성되며, 그중 하나는 공기 호스 파이프에 연결됩니다. 두 개의 입구 중 누구나 입력으로 사용할 수 있습니다. 몸체 내부에는 볼트의 도움으로 함께 결합되는 로터 디스크가 배치됩니다. 모든 디스크는 외부 몸체에 연결된 하나의 공통 샤프트에 배치됩니다.
예를 들어 펌프로 사용되는 경우 샤프트가 모터에 연결됩니다. 디스크 사이에는 공기가 흐르고 디스크가 회전하는 얇은 에어 갭이 있습니다. 에어 갭으로 인해 공기 분자는 디스크에 항력을 생성 할 수 있습니다. 전면 및 후면 커버에는 4-5 개의 구멍이있어 흡입 공기가 대기로 통과 할 수 있습니다. 구멍은 소용돌이가 발생하고 공기가 매우 빠른 속도로 회전 할 수 있도록 배치됩니다.
터빈 설계
이 고속 공기로 인해 디스크에 고속 항력을 가하고 디스크를 매우 빠른 속도로 회전시킵니다. 디스크 갭은 터빈의 설계 및 효율성에 대한 중요한 매개 변수 중 하나입니다. 갭 레이어를 유지하는 데 필요한 최적 갭 크기는 다음에 따라 다릅니다. 주변 속도 디스크의.
터빈 설계 계산
높은 효율성을 달성하려면 많은 디자인 측면이 중요합니다. 주요 설계 계산 중 일부는 다음과 같습니다.
작동 유체 또는 흡입 공기는 최소 압력을 가져야합니다. 물이라면 압력은 최소 1000kg / m2가 될 것으로 예상됩니다. 주변 속도는 초당 10e-6m2이어야합니다.
디스크 사이의 간격은 디스크의 각속도와 주변 속도를 기반으로 계산됩니다. 그것은 지속적으로 속도를 기반으로하는 pollhausen 매개 변수에 의존합니다. 각 디스크의 유속은 각 디스크의 단면적과 속도의 곱으로 계산됩니다. 데이터를 기반으로 디스크 수가 추정됩니다. 다시 말하지만, 디스크의 직경도 효율을 높이는 데 중요합니다.
Tesla 터빈 효율
효율은 입력축 동력에 대한 출력축 동력의 비율에 의해 주어집니다.
효율은 샤프트 직경, 블레이드 속도, 블레이드 수, 샤프트에 연결된 부하 등과 같은 여러 요소에 따라 달라집니다. 일반적으로 터빈 효율은 다른 기존 터빈에 비해 높습니다. 소규모 애플리케이션의 경우 효율성이 최대 97 %에이를 수도 있습니다.
터빈은 어떻게 작동합니까?
테슬라 터빈은 경계층의 개념으로 작동합니다. 두 개의 입구로 구성됩니다. 일반적으로 공기의 물은 터빈의 입구로 사용됩니다. 터빈 본체는 볼트의 도움으로 함께 결합 된 로터 디스크로 구성됩니다. 모든 디스크는 공통 샤프트에 배치됩니다. 터빈 본체는 전면 케이스와 후면 케이스의 두 가지 케이스로 구성됩니다. 각 케이스에는 4-4 개의 구멍이 있습니다. 디스크 수, 디스크 직경 등과 같은 이러한 모든 요소는 터빈의 효율성을 평가하는 데 중요한 역할을합니다.
터빈 작동
공기가 호스 파이프를 통해 흐르게되면 터빈 본체로 들어갑니다. 터빈 본체 내부에는 서로 연결된 디스크가 배치됩니다. 디스크 사이에 얇은 에어 갭이 있습니다. 공기 분자가 터빈 본체에 들어가면 디스크에 항력을가합니다. 이 드래그로 인해 디스크가 회전하기 시작합니다.
전면 및 후면 케이싱은 구멍으로 구성되어 공기가 들어가면이 구멍을 통해 빠져 나갑니다. 구멍은 디스크 몸체 내에 공기 또는 물의 소용돌이가 형성되도록 배치됩니다. 이로 인해 공기가 디스크에 더 많은 항력을가합니다. 이로 인해 디스크가 매우 빠른 속도로 회전합니다.
소용돌이와 디스크 사이의 접촉 영역은 저속에서 낮습니다. 그러나 공기가 속도를 얻으면이 접촉이 증가하여 디스크가 매우 빠른 속도로 회전 할 수 있습니다. 디스크의 원심력은 공기를 바깥쪽으로 밀어 내려고합니다. 그러나 공기는 전면 및 후면 케이싱의 구멍을 제외하고는 경로가 없습니다. 이것은 공기가 빠져 나가고 소용돌이가 더 강해집니다. 디스크의 속도는 공기 흐름의 속도와 거의 같습니다.
Tesla 터빈의 장단점
장점은
- 매우 높은 효율성
- 생산 비용이 적습니다.
- 심플한 디자인
- 양방향으로 회전 가능
단점은
- 고전력 애플리케이션에 적합하지 않음
- 고효율을 위해서는 유량이 작아야합니다.
- 효율성은 작동 유체의 유입 및 유출에 따라 달라집니다.
응용
Tesla의 터빈은 출력 및 사양으로 인해 응용 분야가 제한적입니다. 그들 중 일부는 아래에 언급되어 있습니다.
- 액체 압축
- 슬리퍼
- 베 인형 터빈 애플리케이션
- 혈액 펌프
따라서 우리는 Tesla 터빈의 구조적 측면, 작동 원리, 설계 및 응용을 보았습니다. 주요 단점은 소형이고 크기가 작기 때문에 Kaplan 터빈과 같은 기존 터빈에 비해 적용이 제한적이라는 것입니다. 효율성이 매우 높기 때문에 어떻게 테슬라 터빈 발전소와 같은 주요 응용 분야를 갖도록 만들 수 있습니다. 이는 효율성이 낮은 식물에 큰 도움이 될 것입니다.
