|
Дисковая турбина Н. Тесла с четырьмя соплами.
Эта модель турбины разрабатывалась для Французской компании Sirea. В данной модели изменен дизайн соплового аппарата. В отличии от предыдущей модели, эта турбина имеет четыре дозвуковых сужающихся сопла. Вокруг сопл находится небольшой конфузор-ресивер кольцевой формы для снижения скорости газа перед горлом сопл, что уменьшает потери. Так же изменен дизайн боковых полостей для отвода отработанного газа или пара, такая форма проще в изготовлении. Посадочные места подшипников имеют примитивную систему воздушного охлаждения, в виде прорезанных кольцевых ребер. Изнутри подшипники защищены сальниками, которые подобраны так, что почти касаются вала, но все же очень небольшой зазор есть, т.е. сальники работают как прямоточное лабиринтное уплотнение, с каждой стороны стоят по два сальника. Ротор данной модели тщательно отбалансирован на балансировочном станке, что позволило повышать обороты турбины до 45000-50000 оборотов в минуту и выше. Диаметр дисков ротора - 100 мм, толщина дисков - 1,2 мм, зазор между дисками - 0,3 мм, количество дисков - 15 шт. Вес турбины с манометром и подводящей арматурой - 3,8 кг. Основное отличие этой модели от предыдущей - она сделана значительно грамотнее. За несколько лет занятий этой темой я многое изучил как теоретически, так и практически, что и показали результаты испытаний этой модели. 
Представляю видеоматериал испытаний данной модели дисковой турбины Н. Теслы: На данном ролике подробно показано и рассказано о конструкции турбины: В этом ролике показан самый первый тест в моем гараже, я был приятно удивлен результатом: Турбина набирает 20000 об/мин за 1 секунду: На данном ролике показан процесс балансировки ротора турбины: Тут показан испытательный стенд: Далее показаны три видеоролика с тестами турбины при разном давлении и расходе воздуха. Измерение расхода воздуха производилось с помощью усредняющей трубки Пито, установленной в выхлопной трубе турбины. Разницу между статическим давлением и динамическим напором измеряли с помощью водяного U-образного манометра. Температура перед соплами и на выходе турбины измерялась с помощью двух одинаковых мультиметров с термопарами. Используемый мной электрогенератор имеет мощность 390-400 Вт, генератор на постоянных магнитах с КПД 68-70%. К большому сожалению мне не удалось измерить обороты ротора турбины и генератора по моему нелепому недосмотру - банально забыл тахометр дома. Все тесты проводились на открытом воздухе зимой при температуре -16 С. Первый тест проводили с давлением перед соплами 1,1 бар. В данном тесте рабочее напряжение составило ~13 В, ток ~11,9 А, что составляет мощность ~154,7 Вт. Перепад давления составил ~4,5 мм водяного столба, внутренний диаметр выхлопной трубы - 57 мм, температура в точке отбора давления -33 С, при такой температуре и атмосферном давлении удельная плотность воздуха составляет примерно 1,45 кг/м3, удельный объем - 0,55 м3/кг. Соответственно, весовой расход воздуха составил ~125 кг/ч, объемный ~47,5 м3/ч. Относительный эффективный КПД турбины составил примерно 47-48%. (Это не полный КПД системы, это отношение кинетической энергии струи к механической энергии на валу турбины) Тест с избыточным давлением перед соплом в 1,5 бар. В данном тесте рабочее напряжение составило ~17,5 В, ток ~16,1 А, что составляет мощность ~281 Вт. Перепад давления составил ~7,5 мм водяного столба, внутренний диаметр выхлопной трубы - 57 мм, температура в точке отбора давления -34 С, при такой температуре и атмосферном давлении удельная плотность воздуха составляет примерно 1,45 кг/м3, удельный объем - 0,55 м3/кг. Соответственно, весовой расход воздуха составил ~162 кг/ч, объемный ~61,3 м3/ч. Относительный эффективный КПД турбины составил примерно 56-57%. Тест с избыточным давлением перед соплом в 2 бара. В данном тесте рабочее напряжение составило ~19 В, ток ~17,9 А, что составляет мощность ~340 Вт. Давление перед соплами ~2 бар, перепад давления составил ~11,5 мм водяного столба, внутренний диаметр выхлопной трубы - 57 мм, температура в точке отбора давления -35 С, при такой температуре и атмосферном давлении удельная плотность воздуха составляет примерно 1,45 кг/м3, удельный объем - 0,55 м3/кг. Соответственно, весовой расход воздуха составил ~200 кг/ч, объемный ~75,8 м3/ч. Относительный эффективный КПД турбины составил примерно 52-53%. Тест с избыточным давлением перед соплом в 3 бара. Напряжение на нагрузке - 20 В, ток - 19 А, мощность - 380 Вт. Приняв КПД генератора за 70%, мощность на валу турбины составляет - 543 Вт. В этом тесте не удалось измерить перепад давлений, так как вода в манометре замерзла... В общем результаты сходятся с моими предварительными расчетами очень близко. Так как турбины имеет дозвуковые сопла, то при повышении давления выше 1,5-1,8 бара эффективность будет падать. Теоретически эффективность должна была падать начиная с давления перед соплами 1,2-1,3 бара, но так как сопла имеют косой срез, а это придает форме сопла небольшое расширение на выходе, которое работает как расширяющаяся часть в сверхзвуковом сопле Лаваля с очень небольшой степенью расширения. При такой форме сопла оптимальное давление перед ним должно быть выше теоретического, что и показал опыт. Эта модель турбины уже улетела к заказчику во Францию, и уже получены первые результаты их испытаний. Хочу сразу сказать, что результаты очень оптимистичные! Вот фото их испытательного стенда:   Вот представленный ими график зависимости мощности на генераторе, в зависимости от секундного расхода воздуха и оборотов ротора:  На графике видно, что при массовом секундном расходе воздуха 26 г/сек. (93,6 кг в час), давлении перед соплами 0,8-1 бар и оборотах ротора примерно 22000 об. в мин. им удалось получить 265-270 Вт электрической мощности на генераторе. В моих опытах зимой результаты были скромнее, к примеру лучший результат был достигнут при расходе 162 кг. в час.(45 г/с) при котором генератор выдал 281 Вт. Правда у них генератор с гарантированным КПД 80%, и воздух не с температурой минус 20 С. В любом случае результат обнадеживающий. Последние результаты испытаний: При давлении 1,3 бара и массовом расходе воздуха 35 г/сек (126 кг/час) мощность на валу турбины составила 550 Ватт. Для сравнения, в моих опытах при почти таком же давлении и расходе, мощность на валу турбины составила всего 220 Вт. Правда у них температура воздуха была значительно выше, чем в моих тестах, соответственно и динамическая вязкость выше. Я попросил их выслать более подробную информацию, что бы я смог посчитать полный КПД. |
