В 1913 году . Её часто называют безлопастной турбиной, поскольку в ней используется эффект пограничного слоя , а не давление жидкости или пара на лопатки, как в традиционной турбине. Турбина Тесла также известна как турбина пограничного слоя и турбина слоя Прандтля (в честь Людвига Прандтля). Учёные-биоинженеры называют её многодисковым центробежным насосом . Одним из желаемых применений данной турбины Тесла видел в геотермальной энергетике, описанной в книге «Our Future Motive Power » .

Принцип действия, достоинства и недостатки

Во времена Теслы КПД традиционных турбин был низок, так как не было аэродинамической теории, необходимой для создания эффективных лопаток, а низкое качество материалов для лопаток накладывало серьезные ограничения на рабочие скорости и температуры. КПД традиционной турбины связан с разностью давлений на входе и выходе. Для достижения более высокой разности давлений используются горячие газы, такие, например, как перегретый пар в паровых турбинах и продукты сгорания топлива в газовых, поэтому для достижения высокого КПД необходимы жаропрочные материалы. Если турбина использует газ, который при комнатной температуре становится жидкостью, то можно на выходе использовать конденсатор, чтобы увеличить разность давлений.

Турбина Тесла отличается от традиционной турбины механизмом передачи энергии на вал. Она состоит из набора гладких дисков и форсунок, направляющих рабочий газ к краю диска. Газ вращает диск посредством адгезии пограничного слоя и вязкого трения и замедляется, вращаясь по спирали.

Турбина Тесла не имеет лопаток и возникающих из-за них недостатков: ротор не имеет выступов и потому прочен. Тем не менее, у неё имеются динамические потери и ограничения на скорость потока. Небольшой поток (нагрузка) дает высокий КПД, а сильный поток увеличивает потери в турбине и снижает его, что, однако, характерно не только для турбины Тесла.

Диски должны быть очень тонкими по краям, чтобы не создавать турбулентность в рабочем теле. Это приводит к необходимости увеличения числа дисков при увеличении скорости потока. Максимальный КПД этой системы достигается, когда междисковое расстояние приблизительно равно толщине пограничного слоя. Поскольку толщина пограничного слоя зависит от вязкости и давления, утверждение, что один и тот же проект турбины может эффективно использоваться для различных жидкостей и газов, является некорректным.

Примечания

1. Miller, G. E.; Sidhu, A; Fink, R.; Etter, B. D. July). Evaluation of a multiple disk centrifugal pump as an artificial ventricle (неопр.) // Artificial Organs. - 1993. - Т. 17 , № 7 . - С. 590-592 . - DOI :10.1111/j.1525-1594.1993.tb00599.x . - PMID 8338431 .
2. Miller, G. E.; Fink, R. June). Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump (англ.) // Artificial Organs: journal. - 1999. - Vol. 23 , no. 6 . - P. 559-565 . - DOI :10.1046/j.1525-1594.1999.06403.x . - PMID 10392285 .
3. Nikola Tesla, "

Основной принцип, заложенный в работу турбины Тесла– вязкость движущейся среды. Н. Тесла в своих патентах описал основные принципы и закономерности данного эффекта. 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. Так же крайние диски имеют радиальные выступы над окнами, которые служат в качестве части уплотнения.

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.

На внутренней поверхности крышек вырезаны радиальные канавки. Их можно разделить на две группы по их назначению. Первая группа канавок располагается ближе к центру, в эти канавки входят радиальные выступы боковых дисков, что обеспечивает хорошее уплотнение. Канавки и выступы, составляющие уплотнение, должны быть тщательно подогнаны друг к другу. Зазоры должны быть минимально возможными, но и не допускающими трение, что требует высокой точности изготовления. Вторая группа канавок прорезается почти по всей оставшейся поверхности и к ним не предъявляется таких жестких требований по точности изготовления. Боковые диски движутся относительно неподвижных крышек корпуса. Чтобы не создавать дополнительное сопротивление, расстояние между дисками и корпусом нужно увеличить. Именно этой цели и служат радиальные канавки второй группы. Так как поток всегда ищет путь наименьшего сопротивления, а в нашем случае – это канавки между крышками и дисками, основная часть потока проходила бы именно этим путем, и лишь незначительная часть проходила бы между остальными дисками ротора. За счет уплотнения, в канавках возникает повышенное давление, что и не дает среде пройти только этим путем, и среда проходит там, где возможно, т.е. между остальными дисками. Можно было бы сделать и одну широкую канавку, однако это бы увеличило утечку. По этому, лучшего результата можно добиться, используя несколько канавок.

Сопло турбины располагается тангенциально, т.е. по касательной к внутренней поверхности корпуса и может быть выполнено в виде прямоугольной щели, или круглого сужающегося отверстия.

Прямоугольное сопло для турбины Тесла.

Зазор по периферии между корпусом и ротором делается минимальным, учитывая небольшое увеличение диаметра ротора, при работе на высоких оборотах.

Теперь, имея примерное представление об устройстве турбины, рассмотрим теоретическую базу и рабочий процесс. Если направить поток жидкости, или газа по плоской поверхности, то этот поток начнет увлекать за собой эту поверхность. Такое поведение обусловлено тем, что самый первый слой молекул, прилегающих к плоскости – неподвижен. Следующий слой движется очень медленно, следующий чуть быстрее и так далее. Ниже приведу небольшую выдержку из аэродинамики.

Важной характеристикой движущейся среды является ее вязкость. Вязкость проявляется через свойство прилипания текучей среды к поверхности, тогда как не вязкая среда свободно скользит вдоль обтекаемой поверхности. Чтобы проиллюстрировать влияние вязкости, порождающей силу, замедляющую течение (силу сопротивления), рассмотрим две большие параллельные друг другу пластины A и B (рис. 1), одна из которых движется относительно другой. Вязкая среда прилипает к каждой из пластин. Случайные движения молекул создают эффект «перемешивания», стремящегося выровнять средние скорости течения, скорость которого на пластине B равна V , а на пластине A – нулю. Результирующее распределение скоростей также приведено на рис. 1, где длина стрелок пропорциональна величине скорости в данной точке течения по высоте между пластинами. Таким образом, на движущуюся пластину B действует сила, тормозящая ее движение. Чтобы обеспечить движение пластины B при наличии торможения, к ней должна быть приложена противодействующая сила. Такая же сила стремится привести в движение пластину A

Рис. 1 . СИЛА ВЯЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, или влияние вязкости течения на пластины A и B. Пластина B движется по отношению к пластине A со скоростью V, изображенной стрелкой. Распределение скоростей жидкости между пластинами также показано соответствующими стрелками.

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Величина силы, необходимой для поддержания движения пластины B со скоростью 1 м/с (или удержания на месте неподвижной пластины A ), при условии, что расстояние между пластинами равно 1 м, а площадь каждой из них – 1 м 2 , называется коэффициентом вязкости m . Для воздуха при температуре 0° С и давлении 1 атм m = 1,73*10 –5 H*c/м 2 . Эксперименты показывают, что коэффициент вязкости воздуха изменяется в зависимости от температуры пропорционально T 0,76 .
А теперь представим, что пластины А и В неподвижны относительно друг друга, а поток газа движется между ними. Естественно, поток начнет увлекать за собой обе пластины. Распределение градиента скоростей в потоке будет следующим: у поверхности обеих пластин скорость потока будет минимальна, а посередине – максимальна.

Понятно, что чем меньше расстояние между пластинами и больше их площадь, тем больше сила вязкого трения, тем меньше «проскальзывания» газа между плоскостями, и тем сильнее поток увлекает за собой плоскости. Теперь рассмотрим процесс, происходящий внутри турбины. Рабочее тело (газ или жидкость) подается под давлением через сопло. Получив ускорение в сопле, поток движется спиралеобразно между дисками, увлекая за собой ротор, и выходит через окна в центральной части дисков. Если турбина работает в холостом режиме, то скорость вращения ротора будет чуть меньше скорости потока, из-за трения в подшипниках. В таком режиме, длинна спиралеобразного пути – максимальна, так как относительная скорость потока и дисков почти нулевая. При подключении нагрузки скорость вращения ротора падает, а вместе с ней и скорость потока, из-за чего и длинна спиралеобразного пути сокращается. Таким образом, мы имеем саморегулирующую машину. Одно из преимуществ данной конструкции – ламинарность потока. Нет никаких завихрений и турбулентных образований, которые всегда снижают эффективность. Крутящий момент турбины прямо пропорционален квадрату скорости среды относительно ротора и площади дисков, и обратно пропорционален расстоянию между ними. То есть, для получения максимального крутящего момента расстояние между дисками должно быть минимальное, а количество дисков, или их диаметр – как можно больше. Аппарат способен совершать максимальную работу когда скорость ротора равна половине скорости потока, но для достижения максимальной экономии относительная скорость, или скольжение – должны быть как можно меньше.

Понятно, что количество сопел можно увеличить, для повышения мощности и крутящего момента. Так же, посредством конструкции сопел, или их расположения, легко достигается реверс. Более детальную информацию на этот счет можно получит из оригинальных источников, которые приведены в начале статьи.

Данное мероприятие мне пришлось начинать с нуля, в буквальном смысле. У меня не было опыта работы на металлообрабатывающих станках, да и с 3D моделированием связан не был, не говоря уже о черчении. Осознав сей печальный факт, пришлось пройти «экспресс курс» по черчению и 3D моделированию, на что ушло полтора месяца интенсивного самообучения. Я был приятно удивлен, насколько легко и интересно заниматься 3D проектированием. Про черчение лучше промолчу, хотя необходимые навыки и знания все же получил. Спроектировав все детали и начертив чертежи, я отправился в ближайший цех металлообработки. После длительной беседы с технологом, конструкцию пришлось немного видоизменить, что бы процесс изготовления был более технологичным. Внеся все изменения в чертежи, процесс пошел. На приведенных выше рисунках представлена моя конструкция турбины. Конструкции могут быть разными, однако именно такой вариант проще всего сделать вручную, без использования литья и штамповки. Я задался целью построить полноразмерную модель турбиныТесла. В качестве материалов выбрал обычную сталь, так как этот материал дешев и легко поддается мехобработке. В процессе изготовления турбины я столкнулся с некоторыми трудностями. Самая не приятная проблема – это, казалось бы, изготовление основных дисков. Проблема в том, что диски изготавливались, из листового метала, и после обработки оказались не ровными. Поводки были чуть заметны, но при расстоянии между дисками 0,3мм, это сказывалось самым серьезным образом – расстояние между дисками получилось не равномерным, и во многих места вообще отсутствовало. Частично решить задачу помогло использование крестообразных разделительных шайб (изначально я использовал круглые разделительные шайбы). Но мне так и не удалось добиться идеальной равномерности промежутков между дисками. Это касается лишь основных дисков, так как боковые диски точатся из достаточно толстого метала, и в силу метода обработки, кривизны практически не имеют. Вообще, решение этой проблемы существует. Правда, оно немного усложняет конструкцию ротора, и увеличивает стоимость работы. Собственно, по этим причинам я и не стал ничего переделывать. Тем более, я не ставил целью изготовить полностью работоспособное изделие, а для проведения опытов вполне достаточно того, что есть. Совет тем, кто захочет изготовить турбину Тесла своими руками – используйте, максимально ровные листы метала для изготовления дисков. Однако, проведя несколько опытов с использованием сжатого газа, я убедился, что расстояние между дисками является важнейшим фактором в работе устройства, и проявленная мною халатность, по отношению к этому вопросу – неуместна. Решение задачи оказалось простым, причем это решение было описано в британском патенте Н. Тесла №186082.

Диск с выступами по обеим сторонам, сделаными по окружности.
Отступив ~15мм от края диска, нужно прочертить окружность с обеих сторон диска. На одной из сторон диска окружность надо поделить на 8 равных частей. В точках пересечения нужно пробить небольшие лунки. Я проделал это с помощью молотка и кернера, слегка закруглив острие последнего. Процедура не сложная, но нужно быть предельно аккуратным, дабы не перестараться. Далее, на второй стороне диска проделываем то же самое, только точки пересечения должны оказаться между уже пробитыми выступами. В итоге имеем диск, с шестнадцатью выступами, по восемь с каждой стороны. Высота выступа должна равняться, или быть чуть меньше расстаяния между дисками. Для окончательной доводки выступы обрабатываются надфилем. Выступы делаются не на всех дисках, а через один. В моем случае общее количество дисков – 21шт. Дисков с выступами – 10шт. Центральный диск гладкий, потом два с выступами, опять два гладких и т.д. Крайние диски гладкие. Вроде с этим понятно. В итоге получилась достаточно качественная и жесткая конструкция, а расстояние между дисками вариирует в пределах 0,2-0,4мм.

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Равномерное расстояние между дисками

Еще одна неприятность заключается в балансировке ротора. После того, как ротор собран, в идеале, его нужно слегка подточить на токарном станке, что бы выровнять все неровности. Так же, очень желательно все диски, а так же все сопрягаемые детали отшлифовать. В общем, самая главная проблема – точность изготовления. Если все детали делать на высокоточном оборудовании с программным управлением, 95% всех неприятностей разрешатся сами собой. Несколько слов хотелось сказать об изготовлении крестообразных шайб. В условиях производства – это самая простая задача, наштамповал, и готово. А вот сделать несколько десятков штук с приемлемым уровнем точности – не так то и просто. Дело в том, что толщина метала для изготовления шайб, составляет – 0,2-0,3мм. С таким металлом работать не просто, уж слишком аккуратно надо с ним обходиться. И когда стал вопрос об их изготовлении, мне заломили неприемлемо высокую цену. Немного пораскинув мозгами, решил поступить просто. На рисунке ниже представлена заготовка, и готовая шайба.

Заготовка (слева), и готовая крестообразная разделительная шайба для турбины Тесла.

Пришлось заказывать заготовку, а потом вручную доделывать. Ножницами по металлу делается 8 надрезов до соединения с отверстиями, а потом лобзиком отпиливаются лишние части. Зато вышло в 5 раз дешевле. Еще хотелось бы сказать о выборе подшипников. Так как турбина работает на достаточно высоких оборотах (10000-15000об.\мин.) и более, подшипники должны быть рассчитаны на такие скорости. В отличие от лопастных турбин, турбина Теслы не имеет осевой нагрузки, поэтому подшипники могут быть просто радиальными шариковыми. В остальном, проблем, заслуживающих внимания, не наблюдалось.

Фотографии, изготовленной мной турбины Теслы.

Ротор составляют 21 диск диаметром 186мм и толщиной 1,5мм, боковые диски имеют толщину 3мм, разделяющие шайбы изготовлены из листа нержавеющей стали толщиной 0,3мм. Вал по центру имеет диаметр 15мм, и ступенчато сужается на концах до 12мм. Сопло сделано прямоугольным. Вес ротора примерно 7кг, вес собранного агрегата – 18кг.

Кольцо корпуса с соплом

Часть корпуса с соплом и радиальными пазами.

Боковай крышка и «ухо».

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Первые результаты.

Все, ниже описаное касается самого первого варианта самодельной турбины Теслы, который имел ряд недостатков, а именно: расстояние между дисками не равномерное, отсутствовали радиальные канавки на боковых крышках, а так же, не достаточно глубокие радиальные выступы на боковых диска, что способствовало большим утечкам газа. Все опыты проводились со сжатым азотом (150ат). Азот – потому что его проще достать оказалось, чем сжатый воздух, а так же потому, что азот инертный и не взрывоопасный. Редуктор в опытах не использовался. С помощью шланга высокого давления балон напрямую соединялся с соплом турбины через переходник оснащенный манометром. Размер прямоугольного сопла 4х32мм, при таком сечении максимальное давление перед соплом достигало не более 3-5ат при полностью открытом балоне. Момент проверялся руками, и его почти не было, тем не менее, за 80-90с ротор достигал 9000об\мин. Расход газа был просто жуткий, балона (40л, 6м^3) хватало не более чем на 2-3мин. Первой модернизацией стало уменьшение сечения сопла до 1х32мм. Результат на лицо, давление перед соплом при полностью открытом балоне достигало 40-50ат. Естественно, скорость газовой струи выросла, что позволило разгонять ротор до тех же 9000об\мин уже за 50-60сек. при давлении перед соплом 15ат. Следующей модернизацией боло нарезание радиальных канавок в боковых крышках турбины, а так же переделка боковых дисков (в первом варианте они были сведены на конус к перефирии, что в данном случае не подходит). После модернизации показатели значительно улучшились, при давлении 12ат ротор руками остановить было крайне трудно. Разгон ротора до 9000об\мин сократился до 45-50сек. Но это, как вы понимаете, ерунда, так как самое главное так и осталось неисправленным, а именно – равномерность расстояний между основной массой дисков. Эту задачу я решил совсем недавно, и тестов уще не проводил. Я уверен, что результат будет более чем положительным, и в разы будет превосходить предыдущие. Однако надо учитывать тот факт, что газ при расширеии сильно охлаждается, переходник и кран на балоне покрывались иниеем, а при понижении температуры газ теряет вязкость. А вязкость – это основное свойство газа, которое используется в этом типе двигателя.

PS. Некоторые уточнения.

Прошу прощения за некоторые неточности в выше описанном тексте, писал по памяти, память подвела. Ошибки исправил по записям, сделанным во время тестов в мае 2009 года.
И так, я все же провел серию опытов с модернизированой турбиной (17 ноября 2009). Параметры следующие: размер сопла – 2х32мм, диаметр дисков – 186мм, количество дисков – 21шт. Расстояние между дисками от 0,2 до 0,4мм, вес ротора – 7кг. В качестве газа использовался аргон в 40 литровом баллоне с давлением 150ат. Так как все снималось на видео, писать много не буду. Приведу лишь результаты. Все тесты проводились с давлением перед соплом – 9-11ат. Мои надежды более чем оправдались:). Итак: разгон ротора до 3000об\мин – 4сек, до 10000об\мин – 17сек. Отсчет времени начинался при достижении нужного давления (~10ат).

Статья напечатана по материалам сайта http://teslatech.com.ua с одобрения автора.

Об авторе:

Замечательный человек, зовут Виталий, 27 лет от роду, по профессии я программист – системный администратор. Всему учится сам, так как считает, что этот путь намного эффективнее традиционного.

Особое внимание уделяет работам Николы Тесла. Решил лично перепроверить основные результаты, достигнутые великим Теслой, в чем на взгляд EnergyFuture.RU весьма преуспел.

Практическую реализацию идей Тесла выполняет на следующей станочной базе (это для тех кто собрался повторять подвиги Виталия, must have лист):

Перечень возможных технологических операций:

Гениальное, но не признанное в своё время из за ограничения технологии, изобретение Теслы. Гидродинамическая турбина без лопастей, поршней, лопаток и прочих, возмущающих среду, элементов конструкции. Используются обычные диски.

Всем, кого это может касаться:

Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке, изобрёл новое и полезное усовершенствование в Роторных двигателях и Турбинах, которое описываю ниже.

В практическом применении механической энергии, основанном на использовании жидкости как среде передающей энергию было замечено, что для достижения большей экономии, изменения в скорости и направлении движения жидкости должны быть как можно более постепенными. В существующих формах и аппаратах резкие изменения, вибрации, заторы неизбежны. Кроме того, гидравлические устройства такие как поршни, лопасти, вёсла, лопатки имеют различные дефекты и дороги в изготовлении и обслуживании.

Цель моего изобретения - победить отрицательные эффекты передачи и преобразования механической энергии посредством жидкости более экономичным и простым способом. Я выполнил это найдя способ движения жидкости натуральным путём с минимальным сопротивлением, свободным от возмущений, которые возникают в лопатках и лопастях подобных устройств, и способом изменения скорости и направления движения без потерь, пока жидкость передаёт энергию.

Известно, что жидкость имеет, кроме прочих, два важнейших свойства - вязкость и текучесть.

Из-за этого имеют место такие понятия, как внутреннее и пограничное трение, проявляемые при движении жидкости относительно поверхности в которой она течёт, и трение между молекулами самой жидкости. Эти ффекты наблюдаются в повседневной жизни, но мне кажется, что я первый, кто применил их практически как движительный агент.

Принципы применительны и к воздуху, как движительной среде. Т.е. эти среды, если будут применены по описанному принципу способны передавать энергию.

В приложенных чертежах я отразил только форму аппарата, приспособленного для термодинамического преобразования энергии; границы, в которых применение принципа наиболее значимое.

Рис. 1. Боковое сечение рторного движителя, или турбины.

Рис. 2. Вертикальное сечение.

Аппарат состоит из серии плоских, жёстких дисков 13, закреплённых на валу 16 посредством гаек 11 и промежуточных шайб 17 на выступах 12. Диски имеют окна 14 и спицы 15. Изображены несколько таких дисков с окнами. Ротор расположен в корпусе 19 в подшипниках с уплотнениями 21 с обоих сторон. Корпус имеет выходные окна 20. Концы корпуса соединены центральным кольцом 22, расточенным немного большим диаметром чем диски, и имеют фланцы 23 и входы 24, в которых размещаются сопла 25. Радиальные канавки 26 и лабиринтовые уплотнения 27 установлены на концах ротора. Подающие трубы 28 с клапанами 29 подсоединены к фланцам центрального кольца; один из клапанов нормально закрыт.

Для лучшего понимания рассмотрим ситуацию, когда вал и диски вращаются по часовой стрелке. Жидкость поступает через входные окна 20 и вступает в контакт с дисками 13 под действии двух сил - касательной и центробежной. Комбинация этих сил движет жидкость спиралеобразно с нарастающей скоростью, пока она не достигнет периферии, откуда и выходит. Такое спиралеобразное, свободное и ровное движение жидкости позволяет саморегулировать естественный поток.

Во время движения в полости, где расположен ротор, частицы жидкости совершают несколько оборотов в зависимости от скорости жидкости и размеров дисков. Я выяснил, что кол-во жидкости прокачиваемое таким образом, при прочих равных условиях, пропорцианально рабочей поверхности ротора и его скорости. Поэтому совершенство машины зависит от её размеров и скорости вращения ротора. Размерения дисков и интервалов между ними будет зависеть от требований и условий к аппарату. Зависимость между растояниями между дисками, их диаметром, длинной пути, вязкостью жидкости - прямопропорциональна.

В общем, расстояние должно быть таким, чтобы общая масса жидкости, прежде, чем выйти, разогналась до постоянной скорости, почти до скорости периферии дисков, при нормальных рабочих условиях, и частицы двигались равномерно по окружности, если выходной клапан закрыть.

Теперь рассмотрим наоборот, что жидкость под давлением проходит чрез клапан по указанной стрелке; тогда ротор начнёт вращаться по часовой стрелке, а жидкость двигаться спиралеобразно с замедлением, пока не достигнет отверстий 14 и 20, через которые и выйдет. Если-бы ротор был способен вращаться в подшипниках без трения, его наружный обод достиг-бы скорости максимальной той, которая соответствует движущейся жидкости при её почти круговом движении. При приложении нагрузки на ротор, его скорость падает, движение жидкости замедляется, вращение частиц сокращается и путь укорачивается.

Можно с определённой точностью предположить, что крутящий момент прямо пропорцианален квадрату скорости жидкости относительно ротора и площади дисков, и обратнопропорционален расстоянию между ними.

Аппарат способен совершать максимальную работу когда скорость ротора равна половине скорости жидкости, но для достижения максимальной экономии относительная скорость (или скольжение) должна быть как можно меньше. Степень регулировки достигается размерами дисков и расстоянием между ними.

Очевидно, что передаваемая энергия от вала к другому механизму и желаемое соотношение скоростей достигается посредством подбора дисков. Например, в насосе, радиальное, или статическое давление в результате центобежных сил добавляется к касательному, или динамическому, что ведёт к увеличеню столба жидкости.

В моторе, наоборот, статическое давление, противодействующее давлению подачи, снижает давление столба и скорость радиального потока к центру. Т.е. в движительной машине всегда требуется большой крутящий момент, что требует увеличения дисков и уменьшения расстояния между ними, в то время как в двигательной машине, в целях экономии, вращательный эффект должен быть меньше, а скорость больше. Возможны другие конструктивные нюансы, но процессы должны происходить как описано.

Предположим, что движительная среда попадает в отверстия с постоянной скоростью. В этом случае машина будет работать как роторный двигатель, и жидкость выходить из своего кругового движения через центральный выход. При этом имеет место расширение, из-за спирального вращательного движения, т.к. распространение внутрь противостоит центробежным стилам и сопротивлению радиальному движению.

Замечено, что сопротивление движению жидкости между плоскостями пропорцианально квадрату относительной скорости, которая максимальна в направлении центра и равна полной касательной скорости жидкости. Теперь, предположим, что жидкость вошла в камеру не через окна, а через сопло, усиливающее соотношение скорость-энергия. Когда расширение в сопле закончено, давление жидкости на периферии небольшое; но когда сопло увеличивается в диаметре, давление растёт, так-же как и подача. Но переход от импульсного к расширитльному действию приводит к небольшим изменениям в скорости в сопле.

Раннее мы предпложили, что давление подачи постоянное, но понятно, что мало что изменится, если давление будет несколько менятся в результате внутренних процессов в ней.

На Рис.1. отражены особенности при реверсировании. Если правый клапан закрыт и жидкость поступает через вторую трубу, ротор вращается в направлении стрелки пунктиром, при этом качество процесса не меняется. Тот-же результат может быть достигнут многими другими путями посредством специально спроектированных клапанов, сопел.

Понятно, что количество входных окон по периферии может варьировать, так-же как и другие конструктивные особенности конструкции. Всё-же другая качественная сторона описанного принципа должна быть освещена. Когда машина работает в холостом режиме, центробежное давление, действующее против движения жидкости, должно быть равно давлению подачи. Если впускные окна больше, то небольшие изменения в скорости произведут большие изменения в потоке и, соответственно, в длине спиралеобразного пути. А т.к. центробежные силы растут пропорцианально квадрату скорости, то при наличии современных материалов, можно увеличить размеры ротора для получения лучших результатов.

Данная концепция легче реализуется для больших устройств, также как и с использованием современных технологий. Для небольших, компактных машин требуется высокая точность изготовления при малых зазорах.

Понятно, что на данном принципе конструкции могут варьировать в большом диапазоне для различных целей. В данной моей работе я описал главные, принципиальные аспекты применения принципа, и мне кажется я первый, кто понял это и предлжил к полезному использованию.

Я заявляю:

1. Машина, приводимая в действие жидкостью, состоит из корпуса с входными и выходными окнами на периферии и в центральной части, соответственно; ротора с плоскими плоскостями, расположенными с интервалами, таким образом, что жидкость может течь между ними естественным спиральным потоком, и посредством свойств вязкости и текучести передавать энергию вращения ротору.

2. Машина, приводимая в действие жидкостью, состоит из ротора, включающего плоские диски, закреплённые на валу, находящемся в корпусе с входными и выходными окнами.

3. Роторный двигатель, приводимый в действие свойствами текучести и вязкости движущейся жидкости состоит из корпуса, образующего камеру с касательными к периферии входами и выходами в центральной части; ротора состоящего из дисков, закреплённых на валу.

4. Машина, приводимая в действие жидкостью, состоит из дисков, закреплённых на валу, расположенном в корпусе с входными и выходными окнами, через которые может течь жидкость под действием радиальных и касательных сил естественным спиралеобразным потоком от периферии к центру, и передавать энергию посредством свойств вязкости и текучести.

5. Машина, приводимая в действие жидкостью, состоит из дисков, имеющих плоскую форму и зазор, между которым проходит жидкость от периферии к центру.

6. Машина, приводимая в действие жидкостью, состоит из ротора, включающего в себя плоские диски с зазорами, закреплёнными на валу имеющим выходное окно в центральной части, позволяющим вытекать жидкости, прокачиваемой через эти зазоры.

7. Термодинамический конвертер состоит из серии соосно закреплённых плоских дисков, расположенных в корпусе с входными окнами на периферии и выходными окнами в центральной части.

8. Термодинамический конвертер состоит из серии соосно закреплённых плоских дисков, имеющих окна в центральной части; корпуса с входными окнами на периферии и выходными окнами идущими от центральной части.

"Турбина Тесла" - безлопастная центростремительная турбина, запатентованная Николой Тесла в 1913 году.

Её часто называют безлопастной турбиной, поскольку в ней используется эффект пограничного слоя, а не давление жидкости или пара на лопатки, как в традиционной турбине. Турбина Тесла так же известна, как турбина пограничного слоя и турбина слоя Прандтля (в честь Людвига Прандтля).

Учёные - биоинженеры называют её многодисковым центробежным насосом. Одним из желаемых применений данной турбины, - Тесла видел в геотермальной энергетике, описанной в книге « Our Future Motive Power »"

Действующая модель турбины Тесла.

Нужно ли говорить, что начало ХХ - века, было очень богато на открытия и изобретения. Индустриализация промышленности, которой требовались новые мощные моторы, и генераторы энергии не могли остаться в стороне от пристального внимания ведущих мировых апологетов науки и изобретательства.

Одним из таких изобретений, - является турбина Тесла.

Примечательно, что рабочую модель он построил еще, будучи ребенком. Толчком к возвращению к старой идеи послужил низкий КПД традиционных турбин и сложностей, связанных с их производством. Не хватало фундаментальных знаний в области аэродинамики, низкие прочностные характеристики металлов для эффективных лопаток, - это всё накладывало ограничения на рабочие температуры и скорости вращения турбин. Традиционная турбина работает на разнице давлений на входе и выходе и в качестве рабочего тела используются горячие газы, например, - перегретый пар, который через форсунки подается на лопатки турбины, придавая валу вращательное движение.

Турбина Тесла - отличается от традиционных решений механизмом передачи энергии на рабочий вал. Турбина Тесла не имеет лопаток и недостатков, возникающих при таком техническом решении. Турбина состоит из набора гладких дисков и форсунок направляющих рабочий газ к краю диска. Газ вращает диск посредством адгезии пограничного слоя и вязкого трения, замедляется, вращаясь по спирали. Такая турбина не имеет лопаток, ротор не имеет выступов и потому более прочен в сравнении с традиционными роторами с лопатками. Турбина Тесла имеет некоторые недостатки, компенсируемые высоким КПД, газовая турбина могла достигать 60 и более процентов коэффициента полезного действия, что очень значительно, учитывая год получения патента изобретения, патент был получен в 1913 году. "

Небольшой поток (нагрузка) дает высокий КПД, а сильный поток увеличивает потери в турбине и снижает его, что, однако, характерно не только для турбины Тесла" ©.

Рабочий макет турбины Тесла

Диски рабочего вала турбины должны быть очень тонкими по краям, что бы ни создавать турбулентность в рабочем теле. Это особенность приводит к увеличению количества дисков, при увеличении скорости потока. Максимальный КПД турбины этого типа достигается, когда междисковое расстояние приблизительно равно толщине пограничного слоя.

"Осевые турбины, которые сейчас используются в паровых установках и реактивных двигателях, имеют КПД около 60–70% и ограничены величиной КПД соответствующего цикла Карно , а для силовой установки он достигает лишь 25–42%. Тесла утверждал, что паровая версия его турбины может достигать 95%. Натурные испытания паровой турбины Тесла на заводах Westinghouse показали паровую мощность в 38 фунтов на лошадиную силу в час, соответствующую КПД турбины в диапазоне 20%." ©

В пятидесятых годах прошлого века Уоррен Райс пытался повторить эксперименты Тесла, но проводил их не на турбине построенной в строгом соответствии с запатентованным Теслой образцом. Уоррен Райс проводил эксперименты с одно дисковой системой. Не удивительно, что такая турбина показала эффективность в пределах 40%, и это при использовании одного диска. В своих последних работах с турбиной Тесла, - Уоррен Райс провел всесторонний анализ ламинарного потока в многодисковой турбине:

" При правильном использовании аналитических результатов эффективность турбины при использовании ламинарного потока может быть очень высокой, даже выше 95%. Однако, чтобы добиться высокой эффективности турбины, скорость потока должна быть небольшой, что означает, что большая эффективность турбины достигается за счет использования большого числа дисков и, следовательно, физически большой турбины " ©

Современная многоступенчатая лопастная турбина обычно достигает эффективности 60–70%, в то время как большие паровые турбины часто показывают турбинную эффективность более 90% на практике. Спиральный ротор, подходящий для турбины Тесла разумного размера для обычных жидкостей(пара, газа, воды), как ожидается, должен показать эффективность в районе 60–70%, а возможно и выше.

По материалам открытого интернета.

Оригинальная модель турбины Тесла

Попробуйте для измерения температуры сделать одну вещь...
(это будет зависеть от чувствительности приборов и точности установки его на 0, а так-же того что удастся достать:))

Измерения температуры грамотно лучше делать так: мерить дельта-т, то есть разницу температур на входе и выходе как можно точнее(особенно важно чтобы 0 был на 0), и уже отдельно саму температуру другим датчиком(это уже не так важно - можно даже не мерить).

То есть, температуру лучше мерить дифференциальным термодатчиком. Ставить 2 разных датчика с разным 0 мятко говоря не грамотно(как это сделано в той болгарской демке по ссылке в первом посте) - в чем можно легко убедиться понаблюдав как глючит их поделка;)

Попробуйте сделать дифференциальную термопару. Достать "правильную" проволоку вроде ХК не так-то просто, так что предлагаю сразу не заморачиваться и попробовать сделать самодельную медь-железную термопару(да и еще вопрос где точность будет выше - по ГОСТ для ХК допускается довольно значительный разброс в градусы, все-же это сплав, да и из готовой пары сделать дифференциальную еще сложнее чем сразу из проволоки).

Фокус этого метода в том, что там 0 получается на 0 сам собой, и очень точно тк оба спая делаются из одного материала. Если использовать 2 разных термодатчика, то у них параметры не будут так точно совпадать и компенсировать друг друга, и эта разница между параметрами датчиков будет приплюсовываться к результатам измерения...

Думаю проще(да и лучше по ряду причин) будет изготовить из медной и железной проволоки. Есть возможность найти кусок проволоки(в принципе любой, но думаю лучше тонкой тк через нее теплопроводность будет меньше)? Лучше наверно мягкой из чистого железа, но не так страшно если и немного другая марка...
Медную проволоку лучше взять один кусок, и поделить на 2 провода. Думаю эмаль-провод должен подойти хорошо тк там обычно чистая отожженая медь(если не самодел конечно - бывали случаи попадался самодельный эмаль-провод с примесями или не отожженая как надо, но в данном и случае даже это не так важно тк датчик делается из одного куска, разве что на всякий случай надо будет проверить калибровку по 1 или нескольким точкам).

Впринципе большой разницы нет из чего делать провода и перемычку, но думаю медные вывода и железная перемычка будет удобнее тк медь обычно уже в изоляции, а сталь голая...

Береться один кусок медной проволоки в два раза длиннее и делиться пополам. Важно чтобы это было из одного куска - тогда наверняка состав и параметры спаев будут идентичные. В общем сворачивается пополам, скручивается как удобно чтобы не болтались(да и помехи так меньше), режется посередке и туда вставляется кусок железной проволоки, так что получается 2 спая. Готово:)
(сами спаи тоже не так важно как будут сделаны, лишбы контакт был надежный, и спай в той точке где собсно идут измерения;) Можно даже скрутить, или спаять, сварить например разрядом конденсатора и тд и тп, в общем что удобнее, лишбы контакт был надежный и точечный, либо вся зона спая находилась при одной измеряемой Т, иначе будет сложно сказать в каком месте мы измерили:))

Далее все просто - медные провода идут на прибор(на пределе милливольтов - проверьте сможет ли ваш прибор это достачно точно измерять, особенно установку 0 чтобы при к.з. щупах он показывал 0, а не что-то еще), а полученные спаи используются как термодатчики сразу на входе и выходе измеряемого блока, показывая сразу разницу температур между входом и выходом, с очень точным 0, так что теоретически можно будет поймать даже доли градуса без смещения, как в случае применения разных датчиков.

Попробуйте откалибровать, поищите в инете параметры ЭДС медь-железных пар от температуры(у буржуев это вроде даже стандартная пара, в СССР почему-то не применялось, но на коленке изготовить проще всего ее), проверьте правильно ли работает по градуснику и воде разных температур...

Если не хватит чувствительности прибора, то теоретически можно сделать усилитель по МДМ схемотехнике(или использовать УД13/УД17/op07), но если сложно то можно будет поискать другие ва

← Вернуться