Рассказать о дисковом насосе больше, чем написано в оригинальном патенте я не смогу, поэтому ниже предоставляю текст патента.
ПАТЕНТНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ
НИКОЛА ТЕСЛА, ИЗ НЬЮ ЙОРКА, Н.Й.
ДВИЖУЩАЯ СИЛА ЖИДКОСТИ.
1,061,142. Описание документов патента. Запатентовано 6 мая, 1913.
Заявление заполнено 21 октября, 1909. Серийный номер. 523,832.
Всем для кого это имеет значение:
Пусть будет известно что я, Никола Тесла, гражданин Соединенных Штатов, проживающий в Нью Йорке, на территории страны в штате Нью Йорк, изобрел действительно новое и полезное улучшение в использовании жидкости как движущей силы, которому привожу далее полное ясное и точное описание.
(10) Практическое использование жидкости как основы передачи механической энергии, показывает, что для достижения высочайшей экономичности, изменения скорости и направления движения жидкости должны быть максимально постепенными. В существующих формах таких механизмов более или менее внезапные изменения, толчки и вибрации неизбежны. Кроме того, в использовании обычных механизмов для передачи энергии жидкости таких, как поршни, лопасти и лопатки, проявляется множество дефектов и ограничений плюс высокая сложность их исполнения, значительная стоимость производства и затраты содержания машин.
(25) Объектом моего настоящего изобретения является преодоление этих недостатков в устройстве механизмов для использования жидкости как движущей силы и в результате передачи и преобразования механической энергии через жидкость более совершенным способом, и методами значительно более простыми и экономичными чем те, что использовались раньше. Я нашел способы побуждения жидкости к движению естественными путями, или направлению потока по наименьшему сопротивлению, свободному от принуждения и случайных изменений таких, какие возникают при использовании лопаток, или схожих устройств, меняя скорость и направление движения на незначительные значения, удается избегать потерь по причине внезапных изменений, во время того, как жидкость получает энергию.
(40) Хорошо известно, что жидкость имеет два очень важных свойства: сцепление и вязкость. Поэтому тело побуждающее к движению таким образом подвержено таким недостаткам как «поперечное» или «поверхностное сопротивление», которое имеет две стороны; одна это создаваемое противодействие при погружении твердого тела, другая это следствие внутренних сил возникающих при молекулярной сепарации. Как неизбежный результат, определенное количество жидкости, вытягивающееся вдоль движущегося тела. И наоборот, тело, помещенное в движущуюся воду, по тем же причинам, получает толчок к движению в направлении потока воды. Эти эффекты, сами по себе, являются повседневными наблюдениями, но я верю, что я первый использовал их в практичном и экономичном методе для передачи или получения энергии с использованием жидкости.
(60) Основой этого заявления являются изобретения в отношении передачи энергии с помощью жидкости, и принципы сооружения подобных механизмов, которые я разработал и указал в приложенных чертежах, которые показывают работающее и эффективное воплощение этих принципов. Рис.1 изображение с частичным сечением с торца, и Рис.2 вертикальное поперечное сечение насоса или компрессора разработанного и приспособленного для работы в соответствии с моим изобретением.
На этом чертеже показано устройство, содержащее ротор, из серии плоских, жёстких дисков 1 подходящего диаметра, закреплённых на валу 2, закрепленный в своем положении на выступах 3, посредством гаек 4 и промежуточных шайб 5, необходимой толщины. Каждый диск имеет центральные окна 6, твердая часть между которыми формирует спицы 7, желательно такой формы, как показано на чертеже, для уменьшения потерь энергии при сильном воздействии жидкости. Ротор движется по двум спиралям 8, имеет уплотнения 9, и впуск 10 ведущий в центральную часть. Дополнительно постепенно расширяющийся и округляющийся выход 11, имеет фланец для соединения с трубой. Корпус 8 установлен на основании 12, закреплен подшипниками вала 2, которые, обычно всегда установлены , но не включены в чертежи.
Понимание принципа, воплощенного в этом устройстве, будет раскрыто из ниже следующего описания работы. Энергия прикладывается к валу и ротор начинает вращение в направлении сплошной стрелки на чертеже, в направлении движения жидкости, по причине ее свойств сцепления и вязкости, жидкость направляется через входы 10 и идет в контакт с дисками 1, при этом находится под действием двух сил, одна действует тангенциально в направлении вращения, и другая радиально в другую сторону. Совместный эффект этой тангенциальной и центробежной сил побуждает к движению жидкость с продолжительным увеличением скорости по спирали, пока она не достигнет выхода 11, из которого выталкивается. Такое спиралеобразное, свободное и ровное движение жидкости позволяет само регулировать естественный поток и меняет его скорость и направление не значительно, это характеристики и основные особенности принципа действия. Во время движения в полости, где расположен ротор, частицы жидкости совершают один, или несколько оборотов, или только часть одного оборота. В любом случае траектория их движения далее будет рассчитана и графически представлена, но точная оценка движения может быть определена числом вращений жидкости, проходящей через полость, умноженному на отношение скорости жидкости к размерам дисков. Я выяснил, что кол-во жидкости, прокачиваемое таким образом, при прочих равных условиях, пропорционально рабочей поверхности ротора и его скорости. По этим причинам эффективность работы таких машин значительно повышается с увеличением её размеров и скорости вращения ротора.
(30) Размеры устройства в целом и размеры дисков и интервалов между ними будут зависеть от требований и специальных условий, предъявляемых к работе. Можно утверждать, что промежуточные расстояния должны быть тем больше, чем больший диаметр дисков, длиннее путь жидкости по спирали и большее ее вязкость. Вообще, интервал должен быть таким, что вся масса жидкости, прежде, чем оставить ротор, должна быть ускорена до почти однородной скорости, не на много меньшей той, что в периферии дисков при нормальных рабочих условиях, и почти равной ей, когда входные окна закрыты и частицы движутся по концентрическим окружностям. Так же насос может быть выполнен без окон и спиц в роторе, с использованием одного или нескольких сплошных дисков, в зависимости от условий использования, в этом случае машина будет приспособлена для сточной воды, подобно вычерпывающим устройствам, работающим с водой, содержащей частицы загрязнения, в этом случае использование спиц или лопаток нежелательны.
(55) Еще одно применение этого принципа, которое я обнаружил не только выполнимым, но вполне практичным и эффективным, это использование подобного механизма, как здесь описано, для компрессии или разрежения воздуха, или газов в общем случае. Также это остается верным и может быть рассмотрено как более общий случай при работе с жидкостями. Когда, независимо от характера жидкости, давление достигает желаемого уровня, может быть выполнено возвращение к предыдущим условиям возвращением определенного ротора на тот же вал. Нужно добавить, что тот же результат может быть достигнут и с использованием одного ротора путем соответствующих изменений вращательного или стационарного течения жидкости.
(70) Основные принципы изобретения могут использоваться в области механики, когда необходимо применение жидкости как движущей силы, в некоторых отношениях действие в таких случаях бывает прямо противоположно описанным с использованием движущей силы жидкости, но основные принципы все же применимы во всех подобных случаях. Другими словами, описанная работа механизмов обратима, для случаев если вода или воздух под давлением пропускаются в окна 11 ротор начинает вращаться в направлении, обозначенном стрелкой, по причине особенных свойств жидкости, которая двигается по спирали и с постоянной убывающей скоростью, достигая отверстий 6 и 10 через которые она выпускается.
(90) Когда механизмы с общими характеристиками описанного вида используются для передачи энергии, в любом случае, определенное соотношение между передатчиком и приемником должно быть точно подобрано для обеспечения лучших результатов. Мое изобретение прямо применимо для использования в механизмах запатентованных 17 января, 1911, Серия № 604,049. Это может быть указано, как явное следствие из рассмотренных здесь механизмов, а именно, при передаче энергии с одного вала к другому подобными машинами, любое желаемое отношение между скоростью вращения может быть получено путем выбора соответственных диаметров дисков, или установкой подходящего трансмиттера, ресивера или их обоих. Но в определенных отношениях, в конце концов, машины существенно отличаются. В насосе, радиальное или статическое давление, получаемое за счет центробежных сил, добавляется к тангенциальному или динамическому, что увеличивает давление столба и скорость радиального движения к центру. А в машине создающей движение всегда требуется большой крутящий момент, что требует увеличения количества дисков и уменьшения расстояния между ними, в то время как, в целях экономии, вращательный эффект должен быть меньше, а скорость больше.
Возможны и другие конструктивные нюансы, которые могут быть применены в соответствии с планами и конструкцией, но процессы должны рассматриваться согласно принципов, рассмотренных здесь.
(130) Понимание основных принципов конструкции и работы, установленных здесь впоследствии может быть воплощено в широком спектре машин и приспособлений для большого числа всевозможных сфер использования.
Никола Тесла
Так же более полная информация по исследованиям дисковых гидравлических машин содержится в книге "Дисковые насосы. В.И. Миссюра. 1986.", которая находится в библиотеке сайта.
Моя реализация дискового насоса Тесла.
Здесь же я расскажу о своей реализации данного типа насоса, а так же о достигнутых результатах на данный момент. Все детали насоса, кроме вала, выполнены из дюрали, вал же выполнен из нержавеющей стали.
Боковая крышка дискового насоса.
Корпус улитка.
Так как забор жидкости происходит с обоих сторон ротора - отсутствует осевая нагрузка, что позволило использовать обычные шариковые подшипники. Для герметизации вала перед подшипниками установлены обычные резиновые сальники.
Выходной патрубок был сделан из листа алюминия толщиной 3мм, и приваренным к нему переходником с резьбой, выполненным из дюрали. Сам патрубок представляет собой переход с прямоугольного сечения на круглое, диаметром 1,5". Патрубок приварен к корпусу. Диаметр каждого из входных патрубков – 1".
Ротор составляют диски диаметром 160мм и толщиной 1,2мм. Два крайних диска выполнены более толстыми, и имеют толщину 3мм.
Дисковый ротор.
Изначально крайние диски не имели радиальной канавки для уплотнения. Количество дисков можно варьировать от 1 до 22. При максимальном количестве дисков междисковые зазоры составляют 1мм. В первой серии испытаний насос был снабжен асинхронным электродвигателем мощностью 1,1кВт на 3000об. в мин.
Далее представлены видео-ролики первой серии испытаний:
Это самый первый запуск. Как видно, в входной шланг имеет очень маленькое сечение...
Это второй тест, в котором входное сечение шлангов увеличено, но шланг слишком сжимался из-за создаваемого вакуума.
Третий тест. по результату чуть лучше второго, так как входные шланги чуть меньше сжимало.
в данном тесте перекачивается грязное и густое подсолнечное масло. Мощности двигателя явно не хватает...
На этов видео видно, что входящие шланги заменены на более жесткие, так же был сделан переходник на выходящий патрубок насоса, который позволил измерить напор. На данном ролике видно, что напор составляет около 8-9м(0,8-0,9кг/см2). Давление прыгает из-за формы переходника, в котором создается турбулентность, а так же дополнительные потери напора. Но и при этих условиях производительность насоса составляет 6,5-7м3/ч, при мощности двигателя 1,1кВт. Количество дисков - 12шт, зазор между дисками 3мм.
В данном тесте проверялась производительность дискового насоса Тесла, но без измерения напора. Бочка с водой емкостью 130л, была заполнена почти полностью (127л) , после перекачивания в бочке осталось 5-7л, т.е. было перекачено 120л. Время перекачка 25сек. Насос перекачивает в секунду 4,8л, т.е. часовой расход составляет 17280л. (17,28м3/ч), при мощности двигателя 1,1кВт и 2850об./мин. Параметры ротора - 6 дисков, зазор между крайними парами дисков 7мм., центральный зазор 10мм.
На ролике показан максимальный и минимальный напору при максимальной и минимальной подаче, а так же максимальный вакуум на входе насоса при максимальной подаче. Конфигурация ротора: 6 дисков, с зазором в среднем 7мм, между ними. При уменьшении зазоров резко падают обороты двигателя, что говорит о нехватки мощности.
На основании предыдущих опытов были изготовлены два новых боковых диска с радиальными выступами, которые вместе с радиальными выступами боковых крышек корпуса образуют лабиринтное уплотнение.
Боковой диск с радиальным выступом.
Дисковый ротор с лабиринтным уплотнением.
Видео-ролик по конструкции насоса с лабиринтным уплотнением боковых дисков.
Так же был приобретен более мощный асинхронный 3х фазный электродвигатель (4кВт, 3000об.), который подключался к сети 220В посредством фазосдвигающего конденсатора. При таком подключении мощность двигателя составляет 60-65% от номинальной, т.е. в лучшем случае – 2,5кВт.
Асинхронный электродвигатель мощностью 4кВт 3000об. в мин.
На следующем видео-ролике тест дискового насоса с новым ротором, содержащим лабиринтное уплотнение:
Испытание модернизированного дискового насоса Тесла. Крайние диски имеют радиальные выступы, которые вместе с радиальными выступами боковых крышек корпуса образуют лабиринтное уплотнение. Производительность немного улучшилась, 120л перекачено за 22сек, что составляет 19636л в час, т.е. 19,64м3 в час. Это при том, что обороты двигателя на таком режиме падают больше чем в два раза и составляют 1980-2000об. в мин., а должны быть 2800-2900об. в мин. Результат более чем хороший. Как видно, насос стал работать значительно лучше, увеличилось давление на выходе и вакуум на входе, так же по падению оборотов на двигатели понятно, что эффективность насоса возросла. Следующая серия испытаний будет производиться с запуском двигателя на полную мощность от 3х фазной сети. Будет проведен ряд испытаний по перекачиванию вязких жидкостей, таких как глицерин и различные масла.
Испытание дискового насоса на полной мощности электродвигателя (4кВт)
Представляю вашему вниманию результаты теста дискового насоса с 3х фазным асинхронным двигателем мощностью 4кВт на 3000об. в мин. В данном тесте двигатель запитан от 3х фазной сети 380В и работает на полную мощность. На ролике видна разница в лучшую сторону. Поднялось максимальное давление до 1,7-1,8ат, повысился уровень вакуума, выросла производительность. Как видно, обороты двигателя почти не падают, что позволит провести тесты с бОльшим количеством дисков, и с меньшими зазорами между ними. Однако я столкнулся с одной существенной проблемой, дело в том, что на момент создания насоса я не знал, что проходное сечение входного патрубка должно быть больше выходного. В итоге на данный момент проходное сечение на входе составляет 10,5см2, а на выходе 11,4см2. Такое положение дел не позволяет насосу так сказать, показать все, на что он способен. Постараюсь в ближайшее время исправить эту ошибку. А пока что представляю видео с испытанием насоса:
Производительность насоса в данном тесте при полном напоре 8-9м составляет 22,7м3 в час. Однако промышленные насосы при такой же мощности двигателя имеют бОльшую производительность. Как пример - мощность 4кВт, напор 14,7м, производительность 34м3 в час. Однако эти насосы имеют значительно большее входное сечение (19-24см2 в отличии от моих 10,5см2) и меньшее проходное сечение на выходе - 7-8см2 (у меня 11,4см2). Думаю, если все сделать правильно, я смогу догнать по характеристикам промышленные насосы. Единственное, что составляет на данный момент непреодолимую трудность - проточная часть, вернее ее форма и обработка.
Испытание дискового насоса с увеличенным входным сечением всасывающих патрубков.
Дисковый насос Тесла. Увеличенное проходное сечение на входе.
Из предыдущих опытов стало понятно, что входное сечение в насосе меньше, чем нужно. По этому я постарался увеличить его до возможного максимума, который составил в сумме 25см2. Диаметр входных шлангов теперь составляет 1,5" с каждой стороны, напомню, диаметр на выходе так же составляет 1,5" (внутренний диаметр трубы 40мм). Т.е. теперь площадь сечения на входе в два раза больше, чем на выходе. Следствием этого в первую очередь будут: 1. Уменьшение гидравлического сопротивление на входе. 2. уменьшение скорости потока воды на входе, что в свою очередь повлечет за собой уменьшение вакуума и увеличение производительности. Для сравнения предоставляю фото:
Сечение входящих патрубков дискового насоса Тесла.
Входящий патрубок и прямоугольная полость - вид изнутри.
Как видно на фото выше - сечение входящей трубы бессмысленно делать больше сечения прямоугольной полости, которое составляет 12,6см2. Результат испытания представлен ниже на видео:
Как и ожидалось, производительность насоса возросла и составила 38,4м3 в час. при полном напоре - 10,36м. Так же на ролике видно, что из-за увеличения входного сечения снизился уровень вакуума, что говорит о недостаточной эффективности ротора, при том, что общая эффективность насоса выросла более чем в 1,5 раза по сравнению с предыдущим тестом. Однако мощность двигателя позволяет увеличить количество дисков, что повлечет за собой повышение эффективности. В ближайшее время будет произведен тест с 19ю дисками на ротора, и зазором между дисками в 1мм. В данном тесте количество дисков - 12шт, зазор - 3мм, а зазор между двумя центральными дисками - 5мм. При увеличении количества дисков и уменьшения зазором между ними ожидается повышение напора, уровня вакуума и производительности насоса.
14.03.2011. Испытание дискового насоса Тесла с ротором из 19 дисков.
В предыдущем испытании сечение входных патрубков было увеличено до возможного максимума, что привело к повышению производительности насоса, хотя и снизился уровень вакуума на входе из-за уменьшения скорости воды. Ротор в этом испытании состоял из 12 дисков с зазорами 3мм. Из-за резкого наступления холодов я не успел провести испытание с большим количеством дисков и меньшими зазорами. Итак, ниже представляю результаты испытаний с ротором, составленным из 19 дисков и средним зазором между дисками 1-1,5мм. Результаты следующие: полный напор составил 12,9м, производительность – 41,76м3 в час. При полной подаче обороты двигателя составили 2885об. в мин., при закрытом кране – 2935об. в мин.
Однако на видео видно, что стрелка вакуумметра дрожит, это следствие слишком малого объема емкости с водой для такого количества перекачиваемой воды, которая находится в интенсивном движении в бочке. На данный момент у меня нет всех необходимых и достаточно точных данных для расчета КПД насоса. Поэтому для сравнения представляю параметры промышленных насосов, которые имеют электродвигатель мощностью 4кВт, как и у меня. Самые близкие по значению насосы, первый имеет напор 10,5м при подаче 50м3 в час, второй 14м при подаче 36м3 в час, третий (из очень дорогих) – напор 18,5м при подаче 48м3 в час, и четвертый насос – напор 14м при напоре 42м3 в час. Т.е. в общем - текущая эффективность дискового насоса не на много хуже современных, промышленно выпускаемых насосов. Однако в моей модели существует ряд недостатков, которые значительно снижают эффективность насоса. В первую очередь – это геометрия входной проточной части, из-за которой на входе в насос создается большое гидравлическое сопротивление.
Это место, в котором поток воды из трубы диаметром 1,5'' входит в узкую прямоугольную полость и резко меняет свое направление на 90 градусов. Так же входные шланги не были оборудованы сеткой, которая не позволяет попадать в насос крупным включениям, а так же создает пространство вокруг труб, что не позволяет им присасываться к дну, или стенкам емкости. В ближайшее время некоторые недостатки будут исправлены, и тест будет проведен занаво.
Так как основной целью данного проекта было достижение эффективности насоса не ниже современных лопастных машин, и которая была достигнута в некоторой степени, имеет смысл довести дисковый насос до максимального КПД и провести полный ряд испытаний насоса на разных режимах работы при использовании разных рабочих сред. Для этого в данный момент создается испытательный стенд, который позволит провести все необходимые измерения и построить графики характеристик работы дискового насоса Тесла на различных режимах, а так же с использованием разных рабочих сред.
28.05.2011. Тест дискового насоса с сеткой на всасывающих патрубках:
Данный тест проводился для уточнения данных, полученных в предыдущем тесте. Так как в прошлый раз всасывающие патрубки частично перекрывались дном бочки, и железным грузом, о чем свидетельствовали показания вакуумметра, в данном тесте была сделана специальная сетка из проволоки, которая исключала возможность перекрытия всасывающих патрубков. Так же в этом тесте был измерен потребляемый ток электродвигателя на холостом ходу и при максимальной нагрузке, который составил ~5,5А и 8,2А соответственно, напряжение сети 380В. Так же была измерена производительность насоса при минимальной подаче и максимальной, которые составили 4,93м3/час, и 45м3/час соответственно. Полный напор при производительности 45м3/час составил 11,62м, а при производительности 4,93м3/ч примерно 18-20м.
Однако осталась основная проблема - большие потери на входе в насос. Было решено переделать конструкцию насоса, вернее, его входную часть. На следующей картинке показана конструкция всасывающей части:
Иллюстрация течения жидкости на входе в насос:
Внешний вид насоса с переделанными входящими полостями:
Так как кроме переделки полостей, придется переделать вал и диски, появилась возможность использовать керамические торцевые уплотнения вала, сделать вал большего диаметра, а так же изменить конструкцию боковых дисков, для улучшения уплотнения боковых полостей.
18.02.2012. Завершена переделка деталей дискового насоса Тесла.
Итак, я закончил переделку насоса. Как говорилось выше, была полностью переделана всасывающая часть насоса, а так же весь ротор (вал, диски, шайбы). Ниже привожу фото деталей, а так же получившейся конструкции в сборе.
На фото изображена конструкция всасывающего патрубка:
На следующих фото изображен новый дисковый ротор. На фотографиях видны следы срезанного металла в процессе балансировки. Так же видно, что кроме разделительных шайб используются выдавленные бугорки, как и в роторе турбины. Это позволяет создать более равномерный зазор между дисками, а так же сделать конструкцию ротора более жесткой.
Предыдущие опыты показали, что от боковых уплотнений достаточно ощутимо зависит напор насоса и его эффективность, поэтому в новом роторе реализовано более качественное уплотнение боковых дисков.
Так же я решил использовать керамические торцевые уплотнения вала вместо резиновых манжет.
На следующих фото изображен дисковый насос в собранном виде:
В конструкцию насоса было внесено еще одно изменение, не описанное выше. Изначально я не планировал устанавливать на боковые крышки насоса ответную часть лабиринтного уплотнения, так как изначально конструкция крышек не была для этого предназначена. Но в итоге решение было принято, и я заказал две детали, которые устанавливаются в полости боковых крышек, и формируют ответную часть лабиринтного уплотнения. На фото ниже видна их конструкция:
А на следующем видео я более подробно показываю описанное выше:
Эти кольцевые детали были установлены в корпус, герметично усажены на герметик и зафиксированы двумя винтами каждая.
Фото насоса в собранном виде:
Фото испытательного стенда:
В данном испытании для более точного определения расхода была использована бочка на 200л с отверстием у самого дна. В отверстие был вкручен переходник, к которому подсоединяется прозрачная трубка из ПВХ. Уровень воды в трубке соответствует уровню в бочке, не смотря на сильные возмущения, которые создает мощная струя воды. Градуировка шкалы делалась с помощью ведра и электронного кантера. Бочка выставлялась по уровню, так что в целом получилось достаточно точно. В этот раз я решил сделать несколько замеров с разным напором и расходом. Так как оборудование не позволяло сделать много замеров, я решил остановиться на 4. Но к сожалению в последнем испытании с полностью открытым краном сорвало шланг, и замер расхода я так и не сделал, хотя из графика видно, то 50-55м3 было бы. Итак, ниже представлены видеоролики с испытаниями:
Первый тест демонстрирует максимальный напор при закрытом кране, который составил приблизительно 23 м водяного столба. При подаче 10,6 м3/час полный напор составил 21,8 м водяного столба. Потребляемый одной фазой ток составил 7А. Потребляемая мощность двигателя составила 4,050 кВт (по формуле P=1,73*U*I*cos fi. В моем случае cos fi=0,88)т.е. P=1,73*380*7*0,88=4,0496 кВт. КПД электродвигателя 83% (информация от производителя), т.е. мощность на валу двигателя составила 3,361 кВт, с учетом потерь в полу-муфте, торцевых уплотнениях вала насоса и подшипниках, примем, что на валу насоса мощность составила 95% от мощности на валу электродвигателя, и составляет 3,193 кВт. Теперь можно посчитать механический КПД насоса (уточнение: механический КПД насоса - это отношение располагаемой мощности на валу насоса (3,193 кВт) к мощности, переданной жидкости ротором насоса). Мощность кВт, переданная жидкости дисковым ротором определяется по формуле: N=f*Q*H/100, где f - удельный вес жидкости кг/м3, Q - подача м3/сек, H - полный напор м водяного столба, т.е. N=1000*0,00294*21,8/100=0,64 кВт. Тогда мех. КПД=0,64/3,193=0,2, т.е. Механический КПД при данных параметрах подачи и напора составил - 20%.
В данном тесте при подаче 36 м3/час полный напор составил 19,5 м водяного столба. Потребляемый одной фазой ток составил 9А. Потребляемая мощность двигателя составила 5,206 кВт (по формуле P=1,73*U*I*cos fi. В моем случае cos fi=0,88)т.е. P=1,73*380*9*0,88=5,206 кВт. КПД электродвигателя 83% (информация от производителя), т.е. мощность на валу двигателя составила 4,322 кВт, с учетом потерь в полу-муфте, торцевых уплотнениях вала насоса и подшипниках, примем, что на валу насоса мощность составила 95% от мощности на валу электродвигателя, и составляет 4,11 кВт. Теперь можно посчитать механический КПД насоса (уточнение: механический КПД насоса - это отношение располагаемой мощности на валу насоса (4,11 кВт) к мощности, переданной жидкости ротором насоса). Мощность кВт, переданная жидкости дисковым ротором определяется по формуле: N=f*Q*H/100, где f - удельный вес жидкости кг/м3, Q - подача м3/сек, H - полный напор м водяного столба, т.е. N=1000*0,01*19,5/100=1,95 кВт. Тогда мех. КПД=1,95/4,11=0,48, т.е. Механический КПД при данных параметрах подачи и напора составил - 48%.
Тут следует сделать замечание, дело в том, что номинальный потребляемый ток электродвигателя составляет 8,4 А, если ток начинает превышать номинальный, то КПД двигателя снижается, так же изменяется cos f, на сколько именно, я не знаю, но в данном тесте даже при кратковременной работе двигатель ощутимо нагревался, чего не наблюдалось ранее, когда ток не превышал 8 А. Соответственно, КПД насоса может быть немного больше, возможно 50-52%.
В данном тесте при подаче 45 м3/час полный напор составил 16,5 м водяного столба. Потребляемый одной фазой ток составил 11,25А. Потребляемая мощность двигателя составила 6,51 кВт (по формуле P=1,73*U*I*cos fi. В моем случае cos fi=0,88)т.е. P=1,73*380*11,25*0,88=6,51 кВт. КПД электродвигателя 83% (информация от производителя), т.е. мощность на валу двигателя составила 5,4 кВт, с учетом потерь в полу-муфте, торцевых уплотнениях вала насоса и подшипниках, примем, что на валу насоса мощность составила 95% от мощности на валу электродвигателя, и составляет 5,13 кВт. Теперь можно посчитать механический КПД насоса (уточнение: механический КПД насоса - это отношение располагаемой мощности на валу насоса (5,13 кВт) к мощности, переданной жидкости ротором насоса). Мощность кВт, переданная жидкости дисковым ротором определяется по формуле: N=f*Q*H/100, где f - удельный вес жидкости кг/м3, Q - подача м3/сек, H - полный напор м водяного столба, т.е. N=1000*0,0125*16,5/100=2,06 кВт. Тогда мех. КПД=2,06/5,13=0,40, т.е. Механический КПД при данных параметрах подачи и напора составил - 40%.
Последний неудавшийся тест, в котором сорвало шланг.
Мои комментарии.
На основании этих тестов я сделал примитивный график напорной характеристики дискового насоса:
А так же график зависимости механического КПД дискового насоса от подачи:
Опыты показали, что характеристики данной самодельной модели дискового насоса не уступают, а в некоторых случаях превышают характеристики классических лопастных насосов промышленного производства, с чем и могу себя поздравить, так как цель достигнута. Дальнейшее усовершенствование конструкции позволит повысить КПД насоса приблизительно на 5-7%, а детальное изучение поведения жидкости и ее взаимодействие с дисковым ротором возможно сможет помочь повысить КПД еще на 10-15%.
Дальнейшие испытания данной модели насоса производится не будут, так как нужно полностью переделывать корпус и многое другое, а возможности изготовить новую модель пока что нет. Надеюсь, что в ближайшем будущем я смогу заинтересовать этой разработкой нужных людей, и дисковый насос Николы Тесла обретет новую жизнь.
Ниже хочу привести несколько конкретных насосов с двигателем мощностью 4 кВт и 3000 об. в мин.:
Дисковый насос Теслы - Производительность 36 м3/час при напоре 19,5 М, и 45 м3/час при напоре 16,5 м.
Pedrollo F 65/125C - Производительность 36 м3/час при напоре 16 М, и 108 м3/час при напоре 11 м.
Calpeda NM 65/12EE - Производительность 37,8 м3/час при напоре 18 М, и 75 м3/час при напоре 13,5 м.
Результат на лицо... Не забывая о том, что моя модель является самоделкой, и я не являюсь высококлассным специалистом в области механики жидкости и гидравлике.
Дисковый насос Тесла. Увеличенное проходное сечение на входе.
