). 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.
Современные многоступенчатые лопастные турбины обычно достигают 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.
Напишите отзыв о статье "Турбина Тесла"
Примечания
Отрывок, характеризующий Турбина Тесла
После двух таких походов, в одном из которых из двадцати ушедших ребят вернулись двое (и папа оказался одним из этих двоих), он до полусмерти напился и на следующий день написал заявление, в котором категорически отказывался от дальнейшего участия в любых подобного рода «мероприятиях». Первой, последовавшей после такого заявления «приятностью» оказалась потеря работы, которая в то время была ему «позарез» нужна. Но так как папа был по-настоящему талантливым журналистом, ему сразу же предложила работу другая газета – «Каунасская Правда» – из соседнего городка. Но долго задержаться там, к сожалению, тоже не пришлось, по такой простой причине, как коротенький звонок «сверху»... который вмиг лишил папу только что полученной им новой работы. И папа в очередной раз был вежливо выпровожен за дверь. Так началась его долголетняя война за свободу своей личности, которую прекрасно помнила уже даже и я.Вначале он был секретарём комсомола, из коего несколько раз уходил «по собственному желанию» и возвращался уже по желанию чужому. Позже, был членом коммунистической партии, из которой также с «большим звоном» вышвыривался и тут же забирался обратно, так как, опять же, немного находилось в то время в Литве такого уровня русскоговорящих, великолепно образованных людей. А папа, как я уже упоминала ранее, был великолепным лектором и его с удовольствием приглашали в разные города. Только там, вдали от своих «работодателей», он уже опять читал лекции не совсем о том, о чём они хотели, и получал за это всё те же самые проблемы, с которых началась вся эта «канитель»...
Я помню как в одно время (во времена правления Андропова), когда я уже была молодой женщиной, у нас мужчинам категорически запрещалось носить длинные волосы, что считалось «капиталистической провокацией» и (как бы дико сегодня это не звучало!) милиция получила право задерживать прямо на улице и насильно стричь носящих длинные волосы людей. Это случилось после того, как один молодой парень (его звали Каланта) сжёг себя живьём на центральной площади города Каунас, второго по величине города Литвы (именно там тогда уже работали мои родители). Это был его протест против зажима свободы личности, который перепугал тогда коммунистическое руководство, и оно приняло «усиленные меры» по борьбе с «терроризмом», среди которых были и «меры» глупейшие, которые только усилили недовольство живущих в то время в Литовской республике нормальных людей...
Мой папа, как свободный художник, которым, поменяв несколько раз за это время свою профессию, он тогда являлся, приходил на партсобрания с длиннющими волосами (которые, надо отдать должное, у него были просто шикарные!), чем взбесил своё партийное начальство, и в третий раз был вышвырнут из партии, в которую, через какое-то время, опять же, не по своей воле, обратно «угодил»... Свидетелем этому была я сама, и когда я спросила папу, зачем он постоянно «нарывается на неприятности», он спокойно ответил:
– Это – моя жизнь, и она принадлежит мне. И только я отвечаю за то, как я хочу её прожить. И никто на этой земле не имеет права насильно навязывать мне убеждения, которым я не верю и верить не хочу, так как считаю их ложью.
Именно таким я запомнила своего отца. И именно эта его убеждённость в своём полном праве на собственную жизнь, тысячи раз помогала мне выжить в самых трудных для меня жизненных обстоятельствах. Он безумно, как-то даже маниакально, любил жизнь! И, тем не менее, никогда бы не согласился сделать подлость, даже если та же самая его жизнь от этого зависела бы.
Вот так, с одной стороны борясь за свою «свободу», а с другой – сочиняя прекрасные стихи и мечтая о «подвигах» (до самой своей смерти мой папа был в душе неисправимым романтиком!), проходили в Литве дни молодого Василия Серёгина... который всё ещё понятия не имел, кем он был на самом деле, и, если не считать «кусачих» действий со стороны местных «органов власти», был почти полностью счастливым молодым человеком. «Дамы сердца» у него пока ещё не было, что, наверное, можно было объяснить полностью загруженными работой днями или отсутствием той «единственной и настоящей», которую папе пока что не удалось найти...
Но вот, наконец-то, судьба видимо решила, что хватит ему «холостятничать» и повернула колесо его жизни в сторону «женского очарования», которое и оказалось тем «настоящим и единственным», которого папа так упорно ждал.
Её звали Анна (или по-литовски – Она), и оказалась она сестрой папиного лучшего в то время друга, Ионаса (по-русски – Иван) Жукаускаса, к которому в тот «роковой» день папа был приглашён на пасхальный завтрак. У своего друга в гостях папа бывал несколько раз, но, по странному капризу судьбы, с его сестрой пока что не пересекался. И уж наверняка никак не ожидал, что в это весеннее пасхальное утро там его будет ждать такой ошеломляющий сюрприз...
Дверь ему открыла кареглазая черноволосая девушка, которая за один этот коротенький миг сумела покорить папино романтическое сердце на всю его оставшуюся жизнь...
Звёздочка
Снег и холод там, где я родился,
Синь озёр, в краю, где ты росла...
Я мальчишкой в звёздочку влюбился,
Светлую, как ранняя роса.
Может быть в дни горя-непогоды,
Рассказав ей девичьи мечты,
Как свою подружку-одногодку
Полюбила звёздочку и ты?..
Дождь ли лил, мела ли в поле вьюга,
Вечерами поздними с тобой,
Ничего не зная друг о друге,
Любовались мы своей звездой.
Лучше всех была она на небе,
Ярче всех, светлее и ясней...
Что бы я не делал, где бы не был,
Никогда не забывал о ней.
Всюду огонёк её лучистый
Согревал надеждой мою кровь.
Молодой, нетронутой и чистой
Нёс тебе я всю свою любовь...
О тебе звезда мне песни пела,
Днём и ночью в даль меня звала...
А весенним вечером, в апреле,
К твоему окошку привела.
Я тебя тихонько взял за плечи,
И сказал, улыбку не тая:
«Значит я не зря ждал этой встречи,
Звёздочка любимая моя»...
Маму полностью покорили папины стихи... А он писал их ей очень много и приносил каждый день к ней на работу вместе с огромными, его же рукой рисованными плакатами (папа великолепно рисовал), которые он разворачивал прямо на её рабочем столе, и на которых, среди всевозможных нарисованных цветов, было большими буквами написано: «Аннушка, моя звёздочка, я тебя люблю!». Естественно, какая женщина могла долго такое выдержать и не сдаться?.. Они больше не расставались... Используя каждую свободную минуту, чтобы провести её вместе, как будто кто-то мог это у них отнять. Вместе ходили в кино, на танцы (что оба очень любили), гуляли в очаровательном Алитусском городском парке, пока в один прекрасный день решили, что хватит свиданий и что пора уже взглянуть на жизнь чуточку серьёзнее. Вскоре они поженились. Но об этом знал только папин друг (мамин младший брат) Ионас, так как ни со стороны маминой, ни со стороны папиной родни этот союз большого восторга не вызывал... Мамины родители прочили ей в женихи богатого соседа-учителя, который им очень нравился и, по их понятию, маме прекрасно «подходил», а в папиной семье в то время было не до женитьбы, так как дедушку в то время упрятали в тюрьму, как «пособника благородных» (чем, наверняка, пытались «сломать» упрямо сопротивлявшегося папу), а бабушка от нервного потрясения попала в больницу и была очень больна. Папа остался с маленьким братишкой на руках и должен был теперь вести всё хозяйство в одиночку, что было весьма непросто, так как Серёгины в то время жили в большом двухэтажном доме (в котором позже жила и я), с огромнейшим старым садом вокруг. И, естественно, такое хозяйство требовало хорошего ухода...
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
- 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 .
- 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 .
- Nikola Tesla, "
Никола Тесла был настолько великим ученым, что по-настоящему оценить масштабы его открытий человечеству еще только предстоит. Большинство его изобретений, о которых и поныне ходят легенды, касается возможности передачи на расстояние. Однако среди патентов, а их намного больше тысячи, которые получил этот выдающийся теоретик и экспериментатор-практик, есть и другие, касающиеся исключительно механических узлов машин. Один из них описывает принцип работы необычной конструкции, преобразующей энергию газового потока во Турбина Тесла - таково название этого механизма.
Каждое изобретение должно быть уникальным, таковы современные правила регистрации патента, такими были они и в 1913 году, когда великий ученый получил очередное авторское свидетельство. Оригинальность изобретения Тесла состоит в отсутствии лопаток, которыми снабжен ротор практически любой турбины. Передача потока воздуха, или любого другого газа, осуществляется не за счет непосредственного давления на поставленные под углом к нему лопасти, а движением пограничного потока среды, окружающей совершенно плоские диски. Турбина Тесла использует такое свойство газов, как их вязкость.
Все изобретения этого необыкновенного человека очень красивы. Турбина Тесла - не исключение. Красота ее в простоте, не в примитивности, а именно в той утонченной лаконичности, которая стала почерком гения. Никому ранее и в голову не приходило раскручивать диск потоком газа, направленным в одной с ним плоскости.
Разумеется, для повышения эффективности всего устройства следовало увеличить количество дисков и максимально уменьшить расстояние между ними, поэтому турбина Тесла представляет собой ротор, закрепленный на ведущем валу, состоящий из множества плоских «тарелок», а статор - пространство, в котором вращается с соплами, направленными тангенциально, то есть перпендикулярно радиусу роторных дисков. Такая конструкция дает огромное преимущество в том случае, если необходимо изменить направление вращения. Для этого достаточно просто переключить входной патрубок на то сопло, что ранее было выходным, и вся турбина начнет вращаться в реверсивном направлении.
Еще одно преимущество - в характере движения газа, он ламинарный, то есть в нем не возникает вихревых потоков, на преодоление которых расходуется полезная энергия, и с которыми так упорно борются конструкторы турбин. Вообще во времена, когда Тесла изобретал свою турбину, у инженеров было много проблем с материалами для изготовления лопаток, вот он и придумал, как без них вовсе обойтись.
Есть у конструкции и свои недостатки. К их числу можно отнести низкую скорость потока газа, при которой турбина Тесла эффективна. Однако это нисколько не умаляет значение этого изобретения, которое может вдруг понадобиться и стать просто незаменимым решением технической задачи, как это бывало и с другими патентами Н. Тесла.
Простота конструкции - очевидное качество, которым обладает турбина Тесла. Своими руками ее изготовить можно, правда, для этого все же потребуется немалая квалификация и высокая точность выполнения всех работ. Ведь квалитет дисков и малый зазор между ними, который должен быть очень равномерным, а также кожух с соплами с помощью простейших инструментов выполнить практически нельзя.
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.
Одним из первых воспоминаний Теслы о детстве была попытка создать вакуумный двигатель, способный на постоянное движение, что в результате вылилось в появление маленького безлопастного насоса. Изобретатель прекрасно помнил, как ему удалось запустить свою модель в небольшой речке около дома. Вдохновение для его последнего изобретения, прототипы которого ему удалось сделать, было основано как раз на том эпизоде из детства.
Примерно в 1906 году Тесла придумал безлопастную турбину, работавшую на воздухе или паре с использованием плоских металлических дисков. Она была способна функционировать с большей скоростью в силу своей пластичности и меньшего трения, а также могла более быстро изменять направление вращения. Тесла оставил в стороне традиционные представления о том, что турбина должна иметь твердый элемент, на который для приведения ее в движение будут воздействовать воздух или пар. Вместо этого он решил использовать две другие характеристики веществ, известные физикам, но не использовавшиеся до того момента для механических устройств, - адгезию и вязкость.
Сердцем турбины Теслы является ротор, состоящий из нескольких очень тонких мельхиоровых дисков, закрепленных на центральной оси. Размер и количество дисков зависели от конкретных обстоятельств применения. Тесла проводил опыты с разными конфигурациями. Для разделения дисков между ними располагались шайбы по 2-3 мм, плотно прижатые и закрепленные с помощью латунных гаек. Также на дисках были отверстия (см. рисунок 1).
Собранный ротор находится внутри статора, стационарной части турбины, представляющей собой цилиндрическую металлическую коробку. Для расположения ротора диаметр внутренней камеры цилиндра должен быть немного больше дисков ротора с зазором около 6 мм. С каждой из сторон статора располагаются подшипники для оси. Статор имел один или два входа, в которых размещались инжекторы. В оригинальной конструкции Теслы их было две штуки - чтобы турбина могла менять направление вращения. Благодаря этой простой схеме расположения, когда инжекторы запускали поток внутрь статора, он проходил между дисками ротора, заставляя их вращаться. Затем поток выходил через спусковое отверстие в центре турбины (см. рисунок 2 на стр. 153).
РИС. 1 Ротор турбины Теслы состоял из нескольких гладких дисков с расстоянием между ними в несколько миллиметров. Поток должен проходить по поверхности дисков, а затем выходить через выпускные отверстия.
Как получалось, что энергия потока заставляла вращаться металлический диск? Если поверхность диска гладкая и на ней нет лопастей и зазубрин, то логика подсказывает нам, что поток будет течь по диску, не приводя его в движение. Объяснение кроется в таких свойствах вещества, как адгезия и вязкость, которые мы упоминали ранее. Адгезия - способность к физическому сцеплению вместе разных молекул в результате действия сил притяжения. Вязкость представляет собой свойство вещества, противоположное текучести, и зависит от трения между молекулами. Эти два свойства комбинируются в турбине Теслы для передачи энергии от потока к ротору.
Когда поток проходит по диску, силы адгезии воздействуют на молекулы, находящиеся в непосредственном контакте с металлом, и уменьшают их скорость из-за прилипания к металлу. Молекулы потока, непосредственно следующие за поверхностным слоем, сталкиваются с прилипшими молекулами и замедляют свое движение. Так слой за слоем поток останавливается. Однако наиболее удаленные слои меньше сталкиваются с другими и меньше подвержены адгезии. Кроме того, одновременно на молекулы воздействуют силы вязкости: они препятствуют отделению молекул друг от друга, возникает сила тяги, которая передается диску, и в результате диск приходит в движение.
В механике тонкий слой жидкости или газа, взаимодействующий с поверхностью диска, называется пограничным слоем, и его свойства описаны в теории пограничного слоя. В результате данного эффекта поток следует по быстро ускоряющейся спиральной траектории по поверхности дисков до тех пор, пока не находит выход. Так как он движется естественным образом по пути наименьшего сопротивления, не встречая никаких ограничений, препятствий, действия сторонних сил от лопастей и зазубрин, то происходит постепенное изменение скорости и направления, это дает больше энергии турбине (см. рисунок 3). В действительности Тесла заверял, что КПД его турбины равен 95 %, то есть значительно превышает потенциал тогдашних турбин. При этом на практике его турбины применить было не так-то просто. Тесле не удалось достигнуть желаемой эффективности турбин.
Его идею даже приняло Министерство обороны США, хотя Тесла удостоился от него лишь благодарности, но не денег. Снова ему требовались инвестиции, и он продал лицензии, чтобы сделать турбину в Европе. Изобретатель верил, что сможет сам найти достаточную сумму для создания турбины в своей стране, но средств все-таки не хватало.
Наконец, ему удалось заинтересовать группу инвесторов и построить прототип: огромную турбину с двойным действием пара на станции Уотерсайд, находящейся под контролем нью-йоркской компании Эдисона. Сразу стало ясно, что с этой турбиной не все в порядке - по всей видимости, из-за использованных в изготовлении материалов. В ту эпоху еще не существовали сплавы, способные выдержать 35000 оборотов в минуту в течение длительного времени; огромная центробежная сила деформировала металл вращающихся дисков.
РИС.2
РИС.З
Но также верно и то, что Тесле никогда не симпатизировали инженеры станции (которые утверждали, будто схема турбины ошибочна), а рабочие не любили его за вынужденные переработки. Таким образом, Тесле не удалось провести требующиеся испытания и усовершенствовать прототип.
Незадолго до начала Первой мировой войны он пытался убедить немецкого министра флота, адмирала Альфреда фон Тирпица (1849-1930), разработать в Германии, обладающей гигантской промышленной мощью, усовершенствованный прототип его турбины. Но его усилия не принесли никаких плодов. Впрочем, это был не самый лучший момент для подобных переговоров.
