Teslina turbina
Teslina turbina je turbina bez lopatica, koju je izumeo Nikola Tesla 1913. godine. Umesto lopatica koristi dejstvo graničnih slojeva između fluida (gasova, tečnosti, para) i višestrukih vrhova glatkih diskova. Granični delovi tečnosti deluju na diskove zbog viskoziteta (tečnog trenja) i privlačnih sila diska i slojeva fluida. Pošto rotor nema lopatice niti bilo kakve izbočene delove, veoma je jak [1].
Turbina ima veoma mali razmak između diskova, ne veći od 0,4 mm, a površina je veoma glatka. U Teslino vreme takvi materijali za veoma tanke diskove nisu se mogli naći, jer su se pod opterećenjem savijali i deformisali, pa zbog toga Teslina turbina nije imala komercijalni uspeh.
Primene Tesline turbine se i danas istražuju, a od 2010. postoji čak i struktura za vetroelektrane [2]. Prednost leži u upotrebi turbina male snage. Teslina želja je bila da koristi svoju turbinu za korišćenje geotermalne energije [3].
Istorija pronalazaka[uredi | uredi izvor]
Tesla je bio svestan činjenice da da bi se fluid, kao nosilac mehaničke energije, što efikasnije i ekonomičnije koristio u radu turbine, promena brzine i smera kretanja mora biti što manja. To je postigao samim kućištem turbine, koje usmerava tečnost da se kreće spiralno.
Takođe je uzeo u obzir viskozitet tečnosti i interakcije graničnih slojeva između tečnosti i čvrstih tela. Tesla je prvi put upotrebio ova svojstva tečnosti da pokrene turbinu. Da bi što bolje iskoristio pomenuta svojstva tečnosti, Tesla je konstruisao rotor od metalnih diskova.
Tesla turbina za vetroturbine[uredi | uredi izvor]
Istraživačka kompanija iz Nju Hempšira nedavno je patentirala svoju verziju vetroturbine bez lopatica. Zasnovan je na patentu koji je objavio Nikola Tesla 1913. godine. Uprkos tome, ova turbina je nazvana Fuller Vind Turbine, a razvila ju je kompanija Solar Aero. Posebnost turbine je u tome što ima samo jedan rotirajući deo, koji se naziva osovina turbine. Cela mašina je sastavljena unutar kućišta.
Ima nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne turbine sa lopaticama. Samo pažljiviji pogled na tu turbinu otkriva njeno prilagođavanje smeru vetra kao jedinom vidljivom kretanju. Zbog toga se ova turbina može koristiti u vojnom nadzoru ili na radarskim instalacijama jer nema pokretnih lopatica koje bi izazvale poteškoće. Još jedna prednost je što njegova proizvodnja energije nije skupa. Prema rečima proizvođača turbine, trebalo bi da proizvodi struju po istoj ceni kao i termoelektrana na ugalj. Pošto nema oštrice, ni održavanje ne bi trebalo da predstavlja problem, što rezultira nižim operativnim troškovima. Turbina se uglavnom nalazi na magnetnim ležajevima. Još jedna prednost je što se sva njena oprema za proizvodnju električne energije nalazi na nivou zemlje, što takođe olakšava održavanje. Stoga proizvođač navodi da će konačni operativni troškovi ove turbine biti oko 1,5 američkih dolara po kVh ili 2/3 cene konvencionalnih turbina sa lopaticama.
Ako pogledate Teslinu turbinu patentiranu 1913. godine, možete videti da ona funkcioniše korišćenjem viskoznog toka tečnosti koji pokreće turbinu i tako stvara energiju. Teslina turbina ima više glatkih diskova sa mlaznicama koje šalju gas prema ivicama diska. Gasovi se povlače na disk po principu viskoziteta i prijanjanja sloja gasa na površinu. Kako gas usporava i prenosi snagu na diskove, on se vrti u centru izduvnih gasova. Pošto rotor nema izdanke, veoma je jak i čvrst. Diskovi u turbini moraju biti blisko raspoređeni da bi mogli da koriste viskozni protok. Tesla turbine imaju izuzetno tanke diskove za smanjenje turbulencije na ivicama i na taj način povećavaju njihovu efikasnost. Tesla 1913. nije mogao da pronađe metale odgovarajućeg kvaliteta da bi turbina radila efikasno. Sada skoro vek kasnije, ova ograničenja su prevaziđena [4].
Teorija Tesline turbine[uredi | uredi izvor]
Ulaz u lopatice rotora je vazduh pod visokim pritiskom. Korišćenjem vazdušnog creva koje je povezano sa ulazom u turbina, vazduh ulazi u telo koje se sastoji od rotorskih diskova koji su postavljeni na osovinu i mogu se lako rotirati. Kako vazduh ulazi u kućište turbine, prisiljen je da stvara vrtlog zbog oblika turbine.
Vrtlog znači vrtloženu masu vazduha kao u vrtlogu ili viru. Zbog stvaranja vrtloga, vazduh je u stanju da se okreće vrlo velikom brzinom. Formiranje vrtloga je osnovno zbog dizajna turbine. Krstionica i telo zadnjeg poklopca turbine postavljeni su tako da vazduh mora izlaziti kroz rupe na prednjem i zadnjem poklopcu.
Izlazak vazduha u ovoj prirodi stvara vrtlog vazduha. I čini da se turbina okreće. Kada molekuli vazduha prođu kroz disk, stvaraju vuču na disku. Ovaj otpor povlači turbinu nadole i čini je rotiranom. Može se primetiti da se turbina može okretati u oba smera. Samo zavisi koja se dovodna cev koristi za dovod vazduha.
Dizajn Tesline turbine[uredi | uredi izvor]
Dizajn se sastoji od dve ulazne cevi, od kojih je jedna spojena na cev za vazdušno crevo. Od dva ulaza, svako može da se koristi kao ulaz. Unutar tela postavljeni su rotorski diskovi koji su spojeni pomoću vijaka. Svi diskovi su postavljeni na jedno zajedničko vratilo koje je povezano sa spoljnim telom.
Na primer, ako se koristi kao pumpa, osovina je povezana sa motorom. Između diskova postoji tanki vazdušni razmak, gde vazduh struji i čini da se diskovi okreću. Zbog vazdušnog jaza, molekuli vazduha mogu stvoriti otpor na disku. Prednji i zadnji poklopac imaju 4-5 rupa kroz koje se ulazni vazduh može propustiti u atmosferu. Rupe su postavljene tako da se stvori vrtlog i vazduh se može okretati vrlo velikom brzinom.
Zahvaljujući vazduhu velike brzine, on povlači disk velikom brzinom i čini da se disk okreće vrlo velikom brzinom. Zazor na disku je jedan od kritičnih parametara za dizajn i efikasnost turbine. Optimalna veličina zazora potrebna za održavanje sloja zazora zavisi od periferna brzina diska.
Proračuni za projektovanje turbina
Mnogi aspekti dizajna su važni za postizanje visoke efikasnosti. Neki od glavnih proračuna dizajna su
Radna tečnost ili ulazni vazduh moraju da imaju minimalan pritisak. Ako je reč o vodi, tada se očekuje da pritisak bude najmanje 1000 kg po metru kocke. Periferna brzina mora biti 10e-6 metara kvadratnih u sekundi.
Izvori[uredi | uredi izvor]
- ^ Miller, G.E.; Sidhu, A.; Fink, R.; Etter, B.D. (2008-11-12). „Evaluation of a Multiple Disk Centrifugal Pump as an Artificial Ventricle”. Artificial Organs. 17 (7): 590—592. ISSN 0160-564X. doi:10.1111/j.1525-1594.1993.tb00599.x.
- ^ Roth-Johnson, Perry; Wirz, Richard E. (2012-12-19). „Aero-structural investigation of biplane wind turbine blades”. Wind Energy. 17 (3): 397—411. ISSN 1095-4244. doi:10.1002/we.1583.
- ^ Šiljkut, Vladimir (2021). „Consumers' influence in sustainable decarbonisation of future power system”. Zbornik radova Elektrotehnicki institut Nikola Tesla. 31 (31): 13—38. ISSN 0350-8528. doi:10.5937/zeint31-34268.
- ^ Stojiljković, Bratislav; Ćirić, Ivana (2021). „The correspondence between Nikola Tesla and Orville Wright kept in the scientist's legacy in the Nikola Tesla museum: On the occasion of the 165th anniversary of the birth of Nikola Tesla”. Kultura (170-171): 219—232. ISSN 0023-5164. doi:10.5937/kultura2171219s.