La turbine Tesla a été inventée par Nikola Tesla, en 1909. C'est une catégorie spéciale de turbines sans pales. Contrairement à d'autres turbines comme Kaplan, etc., cette turbine a des applications limitées et spécifiques. Mais en raison de ses considérations de conception, c'est l'une des turbines polyvalentes. Son invention a conduit à de nombreuses applications techniques majeures. Il fonctionne sur le principe de l'effet de couche limite, où, en raison du flux d'air, la turbine tourne. La meilleure partie de cette turbine est qu'elle peut atteindre un rendement allant jusqu'à 80%. Sa plage de vitesse peut être atteinte jusqu'à 80 000 tr / min pour les petites machines de puissance. Plus précisément, ce dévers de turbine est utilisé dans centrale électrique opérations mais peut être utilisé pour des applications générales comme les pompes, etc.
Diagramme de turbine Tesla
La structure de base de la turbine Tesla est illustrée sur la figure. Il se compose d'une turbine sans aubes qui a une entrée par une buse de tuyau d'air. Le corps de la turbine a deux sorties, l'une pour l'entrée de l'air et l'autre pour la sortie de l'air. En dehors de cela, le disque rotatif se compose de 3 à 4 couches, qui sont réunies. Il y a un mince espace d'air entre les couches où l'air passe à une vitesse très élevée.
Turbine Tesla
Le disque rotatif a deux faces, face avant et face arrière. Dans les deux cas, il n'y a aucune possibilité pour l'air de s'écouler à l'extérieur du corps de turbine. L'air ne peut entrer que par le tuyau d'entrée et s'échapper par le tuyau de sortie. Le corps de la turbine est constitué d'un rotor à disques multiples qui est assemblé. Tous les disques du rotor sont réunis sur un arbre commun où le disque peut tourner.
Il y a un logement extérieur pour les disques à placer. Les disques sont généralement reliés par des boulons. Les extrémités avant et arrière ont des orifices de sortie d'échappement à travers lesquels l'air peut sortir du corps de turbine. Le placement des trous est fait de telle sorte qu'un vortex d'air d'admission soit créé.
Théorie des turbines Tesla
L'entrée des pales du rotor est de l'air à haute pression. À l'aide d'un tuyau d'air, qui est connecté à l'entrée du turbine , l'air est introduit dans le corps qui se compose de disques de rotor qui sont placés sur l'arbre et peuvent être facilement tournés. Lorsque l'air pénètre dans le carter de la turbine, il est forcé de créer un vortex en raison de la forme de la turbine.
Vortex signifie une masse d'air tourbillonnante comme dans un tourbillon ou un tourbillon. En raison de la création d'un vortex, l'air est capable de tourner à des vitesses très élevées. La formation d'un vortex est fondamentale en raison de la conception de la turbine. La police et le corps de couvercle arrière de la turbine sont placés de telle sorte que l'air doit sortir par les trous présents dans les couvercles avant et arrière.
La sortie d'air dans cette nature crée un vortex d'air. Et fait tourner la turbine. Lorsque les molécules d'air passent le disque, elles créent une traînée sur le disque. Cette traînée tire la turbine vers le bas et la fait tourner. On peut noter que la turbine peut tourner dans les deux sens. Cela dépend simplement du tuyau d'entrée utilisé pour l'entrée d'air.
Conception de turbine Tesla
La conception se compose de deux tuyaux d'entrée, dont l'un est connecté au tuyau du tuyau d'air. Sur les deux entrées, n'importe qui peut être utilisé comme entrée. À l'intérieur du corps, les disques du rotor sont placés qui sont assemblés à l'aide de boulons. Tous les disques sont placés sur un arbre commun qui est relié au corps extérieur.
Par exemple, s'il est utilisé comme pompe, alors l'arbre est connecté au moteur. Il y a un mince espace d'air entre les disques, où l'air circule et fait tourner les disques. En raison de l'entrefer, les molécules d'air sont capables de créer une traînée sur le disque. Les couvercles avant et arrière ont 4 à 5 trous à travers lesquels l'air d'admission peut être transmis à l'atmosphère. Les trous sont placés de telle sorte qu'un vortex soit créé et que l'air puisse tourner à une vitesse très élevée.
Conception de turbine
En raison de cet air à grande vitesse, il exerce une traînée à grande vitesse sur le disque et fait tourner le disque à des vitesses très élevées. L'espace entre les disques est l'un des paramètres critiques pour la conception et l'efficacité de la turbine. La taille optimale de l'espace requis pour maintenir la couche d'espacement dépend de la vitesse périphérique du disque.
Calculs de conception de turbine
De nombreux aspects de conception sont importants pour atteindre un rendement élevé. Certains des principaux calculs de conception sont
Le fluide de travail ou l'air d'admission doit avoir une pression minimale. S'il s'agit d'eau, la pression devrait être d'au moins 1000 kg par mètre cube. La vitesse périphérique doit être de 10e-6 mètres carrés par seconde.
L'écart entre le disque est calculé sur la base de la vitesse angulaire et de la vitesse périphérique du disque. Cela dépend du paramètre pollhausen qui est constamment basé sur les vitesses. Le débit pour chaque disque est calculé comme un produit de la section transversale de chaque disque et de la vitesse. Sur la base des données, le nombre de disques est estimé. Là encore, le diamètre du disque est également important pour avoir une bonne efficacité.
Efficacité des turbines Tesla
Le rendement est donné par le rapport entre la puissance de l'arbre de sortie et la puissance de l'arbre d'entrée.
Le rendement dépend de nombreux facteurs tels que le diamètre de l'arbre, la vitesse des pales, le nombre de pales, la charge reliée à l'arbre, etc. En général, le rendement de la turbine est élevé par rapport aux autres turbines conventionnelles. Pour les petites applications, le rendement peut même atteindre 97%.
Comment fonctionne la turbine?
La turbine Tesla travaille sur le concept de la couche limite. Il se compose de deux entrées. En général, l'eau de l'air est utilisée comme entrée de la turbine. Le corps de la turbine se compose de disques de rotor qui sont assemblés à l'aide de boulons. Tous les disques sont placés sur un arbre commun. Le corps de turbine se compose de deux boîtiers, le carter avant et le carter arrière. Dans chaque boîtier, il y a 4 à 4 trous. Tous ces facteurs comme le nombre de disques, le diamètre des disques, etc., jouent un rôle important dans l'évaluation de l'efficacité de la turbine.
Fonctionnement de la turbine
Lorsque l'air peut circuler à travers le tuyau flexible, il pénètre dans le corps de la turbine. À l'intérieur du corps de turbine, sont placés des disques qui sont reliés les uns aux autres. Il y a un mince espace d'air entre les disques. Lorsque les molécules d'air pénètrent dans le corps de la turbine, elles exercent une traînée sur les disques. En raison de cette traînée, les disques commencent à tourner.
Les boîtiers avant et arrière sont constitués de trous de sorte que lorsque l'air pénètre, il sort par ces trous. Les trous sont placés de telle sorte qu'un vortex d'air ou d'eau s'établisse à l'intérieur du corps du disque. Ce qui fait que l'air exerce plus de traînée sur les disques. Cela fait tourner les disques à une vitesse très élevée.
La zone de contact entre le vortex et les disques est faible à basse vitesse. Mais à mesure que l'air gagne en vitesse, ce contact augmente, ce qui permet aux disques de tourner à une vitesse très élevée. La force centrifuge des disques essaie de pousser l'air vers l'extérieur. Mais l'air n'a pas de chemin sauf les trous sur les carters avant et arrière. Cela fait sortir l'air et le vortex devient plus fort. La vitesse des disques est presque égale à la vitesse du flux d'air.
Avantages et inconvénients de la turbine Tesla
Les avantages sont
- Très haute efficacité
- Le coût de production est moindre
- Conception simple
- Peut être tourné dans les deux sens
Les inconvénients sont
- Non réalisable pour les applications haute puissance
- Pour un rendement élevé, le débit doit être faible
- L'efficacité dépend de l'entrée et de la sortie des fluides de travail.
Applications
La turbine de Tesla en raison de sa puissance de sortie et de ses spécifications a des applications limitées. Certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous.
- Compression de liquides
- Pompes
- Applications de turbine à palettes
- Pompes à sang
Nous avons donc vu les aspects de construction, le principe de fonctionnement, la conception et les applications des turbines Tesla. Son inconvénient majeur est qu'il est compact et de petite taille, il a des applications limitées par rapport aux turbines conventionnelles comme la turbine Kaplan. Étant donné que son efficacité est très élevée, il faut penser que comment Turbines Tesla peut être fait pour avoir des applications majeures comme dans les centrales électriques. Ce serait un grand coup de pouce pour les usines à faible rendement.
