Tesla Turbine คืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

กังหันเทสลาถูกคิดค้นโดย Nikola Tesla ในปี พ.ศ. 2452 เป็นกังหันประเภทพิเศษที่ไม่มีใบมีด ซึ่งแตกต่างจากกังหันอื่น ๆ เช่น Kaplan เป็นต้นกังหันนี้มีการใช้งานที่ จำกัด และเฉพาะเจาะจง แต่เนื่องจากการพิจารณาออกแบบจึงเป็นหนึ่งในกังหันอเนกประสงค์ การประดิษฐ์ของมันได้นำไปสู่การใช้งานทางวิศวกรรมที่สำคัญมากมาย มันทำงานบนหลักการของผลของชั้นขอบเขตซึ่งเนื่องจากการไหลของอากาศกังหันจึงหมุน ส่วนที่ดีที่สุดของกังหันนี้คือสามารถให้ประสิทธิภาพสูงถึง 80% ช่วงความเร็วสามารถเข้าถึงได้ถึงระดับ 80,000 รอบต่อนาทีสำหรับเครื่องขนาดเล็ก โดยเฉพาะกังหันนี้ไม่สามารถใช้ใน โรงไฟฟ้า การใช้งาน แต่สามารถใช้สำหรับการใช้งานทั่วไปเช่นปั๊ม ฯลฯ

เทสลาเทอร์ไบน์ไดอะแกรม

โครงสร้างพื้นฐานของกังหันเทสลาแสดงไว้ในรูป ประกอบด้วยกังหันไร้ใบพัดที่มีอินพุตผ่านหัวฉีดท่ออากาศ ร่างกายของกังหันมีสองช่องทางหนึ่งสำหรับอากาศเข้าและอีกช่องหนึ่งสำหรับอากาศขาออก นอกเหนือจากนั้นแผ่นหมุนประกอบด้วย 3 ถึง 4 ชั้นซึ่งประกอบเข้าด้วยกัน มีช่องว่างอากาศบาง ๆ ระหว่างชั้นที่อากาศถูกส่งผ่านด้วยความเร็วสูงมาก

เทสลาเทอร์ไบน์

จานหมุนมีสองหน้าคือหน้านอกและหน้าหลัง ทั้งสองด้านไม่มีขอบเขตสำหรับอากาศที่จะไหลออกนอกตัวกังหัน อากาศเข้าได้เฉพาะทางท่อน้ำเข้าและปล่อยออกทางท่อทางออกเท่านั้น ตัวกังหันประกอบด้วยดิสก์โรเตอร์หลายตัวซึ่งรวมเข้าด้วยกัน แผ่นโรเตอร์ทั้งหมดจะรวมเข้าด้วยกันบนเพลาทั่วไปที่แผ่นดิสก์สามารถหมุนได้

มีที่อยู่อาศัยด้านนอกสำหรับวางดิสก์ แผ่นดิสก์มักเชื่อมต่อผ่านสลักเกลียว ส่วนหน้าและส่วนท้ายมีพอร์ตไอเสียซึ่งอากาศสามารถออกจากตัวกังหันได้ การจัดตำแหน่งของหลุมจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนของอากาศขาเข้า

ทฤษฎีกังหันเทสลา

อินพุตไปยังใบพัดคืออากาศที่ความดันสูง ใช้ท่ออากาศซึ่งเชื่อมต่อกับทางเข้าของ กังหัน อากาศจะเข้าสู่ร่างกายซึ่งประกอบด้วยโรเตอร์ดิสก์ที่วางอยู่บนเพลาและสามารถหมุนได้ง่าย เมื่ออากาศเข้าสู่ตัวเรือนกังหันจะถูกบังคับให้สร้างกระแสน้ำวนเนื่องจากรูปร่างของกังหัน

กระแสน้ำวน (Vortex) หมายถึงมวลอากาศที่หมุนวนเหมือนอยู่ในวังวนหรือพายุหมุน เนื่องจากการสร้างกระแสน้ำวนทำให้อากาศสามารถหมุนด้วยความเร็วสูงมาก การก่อตัวของกระแสน้ำวนเป็นพื้นฐานเนื่องจากการออกแบบกังหัน ตัวอักษรและฝาปิดด้านหลังของกังหันถูกวางไว้เพื่อให้อากาศไหลออกผ่านรูที่อยู่ในฝาครอบด้านหน้าและด้านหลัง

ทางออกของอากาศในลักษณะนี้ทำให้เกิดกระแสน้ำวน และทำให้กังหันหมุน. เมื่อโมเลกุลของอากาศผ่านดิสก์พวกมันจะสร้างแรงลากบนดิสก์ การลากนี้จะดึงกังหันลงและทำให้หมุน อาจสังเกตได้ว่ากังหันสามารถหมุนได้ทั้งสองทิศทาง มันขึ้นอยู่กับท่อทางเข้าที่ใช้สำหรับการป้อนอากาศ

การออกแบบกังหันเทสลา

การออกแบบประกอบด้วยท่อทางเข้าสองท่อซึ่งต่อเข้ากับท่อท่ออากาศ จากสองทางเข้าทุกคนสามารถใช้เป็นอินพุตได้ ภายในร่างกายจะมีการวางดิสก์โรเตอร์ซึ่งรวมเข้าด้วยกันด้วยความช่วยเหลือของสลักเกลียว แผ่นดิสก์ทั้งหมดวางอยู่บนเพลาทั่วไปหนึ่งอันซึ่งเชื่อมต่อกับตัวเครื่องด้านนอก

ตัวอย่างเช่นหากใช้เป็นปั๊มเพลาจะเชื่อมต่อกับมอเตอร์ มีช่องอากาศบาง ๆ ระหว่างแผ่นดิสก์ซึ่งอากาศจะไหลเวียนและทำให้แผ่นหมุนได้ เนื่องจากช่องว่างของอากาศโมเลกุลของอากาศจึงสามารถสร้างแรงลากบนแผ่นดิสก์ได้ ฝาครอบด้านหน้าและด้านหลังมีรู 4-5 รูที่อากาศเข้าสามารถส่งผ่านไปยังชั้นบรรยากาศได้ หลุมถูกวางไว้เช่นนั้นจะสร้างกระแสน้ำวนขึ้นและอากาศสามารถหมุนด้วยความเร็วสูงมาก

การออกแบบกังหัน

เนื่องจากอากาศที่มีความเร็วสูงนี้จะออกแรงลากแผ่นดิสก์ด้วยความเร็วสูงและทำให้แผ่นดิสก์หมุนด้วยความเร็วสูงมาก ช่องว่างของแผ่นดิสก์เป็นหนึ่งในตัวแปรสำคัญสำหรับการออกแบบและประสิทธิภาพของกังหัน ขนาดช่องว่างที่เหมาะสมที่สุดที่จำเป็นในการรักษาชั้นช่องว่างขึ้นอยู่กับ ความเร็วรอบข้าง ของแผ่นดิสก์

การคำนวณการออกแบบกังหัน

การออกแบบหลายประการมีความสำคัญเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูง การคำนวณการออกแบบที่สำคัญบางประการ ได้แก่
ของเหลวที่ใช้งานได้หรืออากาศขาเข้าต้องมีแรงดันต่ำสุด ถ้าเป็นน้ำความดันคาดว่าจะมีอย่างน้อย 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ความเร็วรอบนอกต้องเป็น 10e-6 เมตรตารางต่อวินาที

ช่องว่างระหว่างแผ่นดิสก์คำนวณจากความเร็วเชิงมุมและความเร็วรอบนอกของแผ่นดิสก์ ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของโพลเฮาเซนซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วอย่างต่อเนื่อง อัตราการไหลของดิสก์แต่ละแผ่นคำนวณเป็นผลคูณของพื้นที่หน้าตัดของดิสก์แต่ละแผ่นและความเร็ว จากข้อมูลจำนวนแผ่นถูกประมาณ อีกครั้งเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นดิสก์เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมีประสิทธิภาพที่ดี

ประสิทธิภาพของเทสลาเทอร์ไบน์

ประสิทธิภาพจะได้รับจากอัตราส่วนของกำลังเพลาขาออกต่อกำลังเพลาอินพุตแสดงเป็น

ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการเช่นเส้นผ่านศูนย์กลางของเพลาความเร็วของใบพัดจำนวนใบพัดภาระที่เชื่อมต่อกับเพลาเป็นต้นโดยทั่วไปประสิทธิภาพของกังหันจะสูงเมื่อเทียบกับกังหันทั่วไปอื่น ๆ สำหรับการใช้งานขนาดเล็กประสิทธิภาพอาจสูงถึง 97%

Turbine ทำงานอย่างไร?

กังหันเทสลาทำงานตามแนวคิดของชั้นขอบเขต ประกอบด้วยสองเวิ้ง โดยทั่วไปน้ำของอากาศจะถูกใช้เป็นทางเข้าของกังหัน ตัวกังหันประกอบด้วยดิสก์โรเตอร์ที่รวมเข้าด้วยกันด้วยความช่วยเหลือของสลักเกลียว ดิสก์ทั้งหมดวางอยู่บนเพลาทั่วไป ตัวกังหันประกอบด้วยสองกรณีคือปลอกด้านหน้าและตัวเรือนด้านหลัง ในแต่ละปลอกมี 4 ถึง 4 รู ปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมดเช่นจำนวนดิสก์เส้นผ่านศูนย์กลางของดิสก์ ฯลฯ มีบทบาทสำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของกังหัน

กังหันทำงาน

เมื่ออากาศได้รับอนุญาตให้ไหลผ่านท่อท่อมันจะเข้าสู่ตัวกังหัน ภายในตัวกังหันจะมีแผ่นดิสก์ที่เชื่อมต่อซึ่งกันและกัน มีช่องว่างอากาศบาง ๆ ระหว่างแผ่นดิสก์ เมื่อโมเลกุลของอากาศเข้าสู่ตัวกังหันพวกมันจะออกแรงลากแผ่นดิสก์ เนื่องจากการลากนี้แผ่นดิสก์จึงเริ่มหมุน

ปลอกด้านหน้าและด้านหลังประกอบด้วยรูที่เมื่ออากาศเข้ามันจะออกทางรูเหล่านี้ รูถูกวางไว้ในลักษณะที่ทำให้เกิดกระแสน้ำวนของอากาศหรือน้ำภายในตัวแผ่นดิสก์ ซึ่งทำให้อากาศออกแรงลากแผ่นดิสก์มากขึ้น ซึ่งทำให้แผ่นดิสก์หมุนด้วยความเร็วสูงมาก

พื้นที่สัมผัสระหว่างกระแสน้ำวนและแผ่นดิสก์ต่ำที่ความเร็วต่ำ แต่เมื่ออากาศเพิ่มความเร็วหน้าสัมผัสนี้จะเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้แผ่นดิสก์หมุนด้วยความเร็วสูงมาก แรงเหวี่ยงของแผ่นดิสก์พยายามดันอากาศออกไปด้านนอก แต่อากาศไม่มีทางเดินยกเว้นรูที่ปลอกด้านหน้าและด้านหลัง สิ่งนี้ทำให้ทางออกของอากาศและกระแสน้ำวนมีความแรงมากขึ้น ความเร็วของแผ่นดิสก์เกือบเท่ากับความเร็วของกระแสลม

ข้อดีและข้อเสียของ Tesla Turbine

ข้อดีคือ

• ประสิทธิภาพสูงมาก
• ต้นทุนการผลิตน้อยกว่า
• การออกแบบที่เรียบง่าย
• สามารถหมุนได้ทั้งสองทิศทาง

ข้อเสียคือ

• ไม่เป็นไปได้สำหรับการใช้งานพลังงานสูง
• เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงอัตราการไหลต้องมีขนาดเล็ก
• ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับการไหลเข้าและออกของของเหลวที่ใช้งานได้

การใช้งาน

กังหันของ Tesla เนื่องจากกำลังขับและข้อกำหนดมีการใช้งานที่ จำกัด บางส่วนมีการระบุไว้ด้านล่าง

• การบีบอัดของเหลว
• ปั๊ม
• การใช้งานกังหันชนิดใบพัด
• ปั๊มเลือด

ดังนั้นเราจึงได้เห็นแง่มุมของโครงสร้างหลักการทำงานการออกแบบและการใช้งานกังหันเทสลา ข้อเสียเปรียบที่สำคัญคือเนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและมีขนาดเล็กจึงมีการใช้งานที่ จำกัด เหนือกังหันทั่วไปเช่นกังหัน Kaplan เนื่องจากประสิทธิภาพสูงมากจึงต้องคิดว่าเป็นอย่างไร กังหันเทสลา สามารถทำให้มีการใช้งานที่สำคัญเช่นในโรงไฟฟ้า นั่นจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพที่ดีให้กับพืชที่มีประสิทธิภาพต่ำ