Главная Колеса

Испытание турбины тесла. Турбина Тесла – простое и красивое решение технической задачи Безопасная турбина тесла

Основной принцип, заложенный в работу турбины Тесла– вязкость движущейся среды. Н. Тесла в своих патентах описал основные принципы и закономерности данного эффекта. Что же представляет собой безлопастная турбина Тесла? Ротор турбины – это вал с закрепленными на нем плоскими дисками. Между дисками выдерживается определенное расстояние посредством разделяющих шайб, а так же небольших выступов, сделанных на каждом втором диске по обе стороны. Каждый диск имеет окна в центральной части для выхода рабочего тела.

Основной диск ротора.

Собраный ротор.

Расстояния между дисками.

Стальной ротор.

Крайние диски турбины Тесла делаются более толстыми, так как проходящяя между дисками струя газа пытается раздвинуть диски, а так же для прижимания остальных дисков друг к другу. Так же крайние диски имеют радиальные выступы над окнами, которые служат в качестве части уплотнения.

Боковой диск турбины Теслы с радиальными выступами.

Ротор помещается в корпус, который имеет входящее сопло и боковые крышки с отверстиями в центре. К крышкам крепятся еще две детали, не знаю как их правильнее назвать, я их назвал «уши», в которых закрепляются подшипники и обеспечивается отвод отработанной среды.

На внутренней поверхности крышек вырезаны радиальные канавки. Их можно разделить на две группы по их назначению. Первая группа канавок располагается ближе к центру, в эти канавки входят радиальные выступы боковых дисков, что обеспечивает хорошее уплотнение. Канавки и выступы, составляющие уплотнение, должны быть тщательно подогнаны друг к другу. Зазоры должны быть минимально возможными, но и не допускающими трение, что требует высокой точности изготовления. Вторая группа канавок прорезается почти по всей оставшейся поверхности и к ним не предъявляется таких жестких требований по точности изготовления. Боковые диски движутся относительно неподвижных крышек корпуса. Чтобы не создавать дополнительное сопротивление, расстояние между дисками и корпусом нужно увеличить. Именно этой цели и служат радиальные канавки второй группы. Так как поток всегда ищет путь наименьшего сопротивления, а в нашем случае – это канавки между крышками и дисками, основная часть потока проходила бы именно этим путем, и лишь незначительная часть проходила бы между остальными дисками ротора. За счет уплотнения, в канавках возникает повышенное давление, что и не дает среде пройти только этим путем, и среда проходит там, где возможно, т.е. между остальными дисками. Можно было бы сделать и одну широкую канавку, однако это бы увеличило утечку. По этому, лучшего результата можно добиться, используя несколько канавок.

Сопло турбины располагается тангенциально, т.е. по касательной к внутренней поверхности корпуса и может быть выполнено в виде прямоугольной щели, или круглого сужающегося отверстия.

Прямоугольное сопло для турбины Тесла.

Зазор по периферии между корпусом и ротором делается минимальным, учитывая небольшое увеличение диаметра ротора, при работе на высоких оборотах.

Теперь, имея примерное представление об устройстве турбины, рассмотрим теоретическую базу и рабочий процесс. Если направить поток жидкости, или газа по плоской поверхности, то этот поток начнет увлекать за собой эту поверхность. Такое поведение обусловлено тем, что самый первый слой молекул, прилегающих к плоскости – неподвижен. Следующий слой движется очень медленно, следующий чуть быстрее и так далее. Ниже приведу небольшую выдержку из аэродинамики.

Важной характеристикой движущейся среды является ее вязкость. Вязкость проявляется через свойство прилипания текучей среды к поверхности, тогда как не вязкая среда свободно скользит вдоль обтекаемой поверхности. Чтобы проиллюстрировать влияние вязкости, порождающей силу, замедляющую течение (силу сопротивления), рассмотрим две большие параллельные друг другу пластины A и B (рис. 1), одна из которых движется относительно другой. Вязкая среда прилипает к каждой из пластин. Случайные движения молекул создают эффект «перемешивания», стремящегося выровнять средние скорости течения, скорость которого на пластине B равна V , а на пластине A – нулю. Результирующее распределение скоростей также приведено на рис. 1, где длина стрелок пропорциональна величине скорости в данной точке течения по высоте между пластинами. Таким образом, на движущуюся пластину B действует сила, тормозящая ее движение. Чтобы обеспечить движение пластины B при наличии торможения, к ней должна быть приложена противодействующая сила. Такая же сила стремится привести в движение пластину A

Рис. 1 . СИЛА ВЯЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, или влияние вязкости течения на пластины A и B. Пластина B движется по отношению к пластине A со скоростью V, изображенной стрелкой. Распределение скоростей жидкости между пластинами также показано соответствующими стрелками.

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Величина силы, необходимой для поддержания движения пластины B со скоростью 1 м/с (или удержания на месте неподвижной пластины A ), при условии, что расстояние между пластинами равно 1 м, а площадь каждой из них – 1 м 2 , называется коэффициентом вязкости m . Для воздуха при температуре 0° С и давлении 1 атм m = 1,73*10 –5 H*c/м 2 . Эксперименты показывают, что коэффициент вязкости воздуха изменяется в зависимости от температуры пропорционально T 0,76 .
А теперь представим, что пластины А и В неподвижны относительно друг друга, а поток газа движется между ними. Естественно, поток начнет увлекать за собой обе пластины. Распределение градиента скоростей в потоке будет следующим: у поверхности обеих пластин скорость потока будет минимальна, а посередине – максимальна.

Понятно, что чем меньше расстояние между пластинами и больше их площадь, тем больше сила вязкого трения, тем меньше «проскальзывания» газа между плоскостями, и тем сильнее поток увлекает за собой плоскости. Теперь рассмотрим процесс, происходящий внутри турбины. Рабочее тело (газ или жидкость) подается под давлением через сопло. Получив ускорение в сопле, поток движется спиралеобразно между дисками, увлекая за собой ротор, и выходит через окна в центральной части дисков. Если турбина работает в холостом режиме, то скорость вращения ротора будет чуть меньше скорости потока, из-за трения в подшипниках. В таком режиме, длинна спиралеобразного пути – максимальна, так как относительная скорость потока и дисков почти нулевая. При подключении нагрузки скорость вращения ротора падает, а вместе с ней и скорость потока, из-за чего и длинна спиралеобразного пути сокращается. Таким образом, мы имеем саморегулирующую машину. Одно из преимуществ данной конструкции – ламинарность потока. Нет никаких завихрений и турбулентных образований, которые всегда снижают эффективность. Крутящий момент турбины прямо пропорционален квадрату скорости среды относительно ротора и площади дисков, и обратно пропорционален расстоянию между ними. То есть, для получения максимального крутящего момента расстояние между дисками должно быть минимальное, а количество дисков, или их диаметр – как можно больше. Аппарат способен совершать максимальную работу когда скорость ротора равна половине скорости потока, но для достижения максимальной экономии относительная скорость, или скольжение – должны быть как можно меньше.

Понятно, что количество сопел можно увеличить, для повышения мощности и крутящего момента. Так же, посредством конструкции сопел, или их расположения, легко достигается реверс. Более детальную информацию на этот счет можно получит из оригинальных источников, которые приведены в начале статьи.

Данное мероприятие мне пришлось начинать с нуля, в буквальном смысле. У меня не было опыта работы на металлообрабатывающих станках, да и с 3D моделированием связан не был, не говоря уже о черчении. Осознав сей печальный факт, пришлось пройти «экспресс курс» по черчению и 3D моделированию, на что ушло полтора месяца интенсивного самообучения. Я был приятно удивлен, насколько легко и интересно заниматься 3D проектированием. Про черчение лучше промолчу, хотя необходимые навыки и знания все же получил. Спроектировав все детали и начертив чертежи, я отправился в ближайший цех металлообработки. После длительной беседы с технологом, конструкцию пришлось немного видоизменить, что бы процесс изготовления был более технологичным. Внеся все изменения в чертежи, процесс пошел. На приведенных выше рисунках представлена моя конструкция турбины. Конструкции могут быть разными, однако именно такой вариант проще всего сделать вручную, без использования литья и штамповки. Я задался целью построить полноразмерную модель турбиныТесла. В качестве материалов выбрал обычную сталь, так как этот материал дешев и легко поддается мехобработке. В процессе изготовления турбины я столкнулся с некоторыми трудностями. Самая не приятная проблема – это, казалось бы, изготовление основных дисков. Проблема в том, что диски изготавливались, из листового метала, и после обработки оказались не ровными. Поводки были чуть заметны, но при расстоянии между дисками 0,3мм, это сказывалось самым серьезным образом – расстояние между дисками получилось не равномерным, и во многих места вообще отсутствовало. Частично решить задачу помогло использование крестообразных разделительных шайб (изначально я использовал круглые разделительные шайбы). Но мне так и не удалось добиться идеальной равномерности промежутков между дисками. Это касается лишь основных дисков, так как боковые диски точатся из достаточно толстого метала, и в силу метода обработки, кривизны практически не имеют. Вообще, решение этой проблемы существует. Правда, оно немного усложняет конструкцию ротора, и увеличивает стоимость работы. Собственно, по этим причинам я и не стал ничего переделывать. Тем более, я не ставил целью изготовить полностью работоспособное изделие, а для проведения опытов вполне достаточно того, что есть. Совет тем, кто захочет изготовить турбину Тесла своими руками – используйте, максимально ровные листы метала для изготовления дисков. Однако, проведя несколько опытов с использованием сжатого газа, я убедился, что расстояние между дисками является важнейшим фактором в работе устройства, и проявленная мною халатность, по отношению к этому вопросу – неуместна. Решение задачи оказалось простым, причем это решение было описано в британском патенте Н. Тесла №186082.

Диск с выступами по обеим сторонам, сделаными по окружности.
Отступив ~15мм от края диска, нужно прочертить окружность с обеих сторон диска. На одной из сторон диска окружность надо поделить на 8 равных частей. В точках пересечения нужно пробить небольшие лунки. Я проделал это с помощью молотка и кернера, слегка закруглив острие последнего. Процедура не сложная, но нужно быть предельно аккуратным, дабы не перестараться. Далее, на второй стороне диска проделываем то же самое, только точки пересечения должны оказаться между уже пробитыми выступами. В итоге имеем диск, с шестнадцатью выступами, по восемь с каждой стороны. Высота выступа должна равняться, или быть чуть меньше расстаяния между дисками. Для окончательной доводки выступы обрабатываются надфилем. Выступы делаются не на всех дисках, а через один. В моем случае общее количество дисков – 21шт. Дисков с выступами – 10шт. Центральный диск гладкий, потом два с выступами, опять два гладких и т.д. Крайние диски гладкие. Вроде с этим понятно. В итоге получилась достаточно качественная и жесткая конструкция, а расстояние между дисками вариирует в пределах 0,2-0,4мм.

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Равномерное расстояние между дисками

Еще одна неприятность заключается в балансировке ротора. После того, как ротор собран, в идеале, его нужно слегка подточить на токарном станке, что бы выровнять все неровности. Так же, очень желательно все диски, а так же все сопрягаемые детали отшлифовать. В общем, самая главная проблема – точность изготовления. Если все детали делать на высокоточном оборудовании с программным управлением, 95% всех неприятностей разрешатся сами собой. Несколько слов хотелось сказать об изготовлении крестообразных шайб. В условиях производства – это самая простая задача, наштамповал, и готово. А вот сделать несколько десятков штук с приемлемым уровнем точности – не так то и просто. Дело в том, что толщина метала для изготовления шайб, составляет – 0,2-0,3мм. С таким металлом работать не просто, уж слишком аккуратно надо с ним обходиться. И когда стал вопрос об их изготовлении, мне заломили неприемлемо высокую цену. Немного пораскинув мозгами, решил поступить просто. На рисунке ниже представлена заготовка, и готовая шайба.

Заготовка (слева), и готовая крестообразная разделительная шайба для турбины Тесла.

Пришлось заказывать заготовку, а потом вручную доделывать. Ножницами по металлу делается 8 надрезов до соединения с отверстиями, а потом лобзиком отпиливаются лишние части. Зато вышло в 5 раз дешевле. Еще хотелось бы сказать о выборе подшипников. Так как турбина работает на достаточно высоких оборотах (10000-15000об.\мин.) и более, подшипники должны быть рассчитаны на такие скорости. В отличие от лопастных турбин, турбина Теслы не имеет осевой нагрузки, поэтому подшипники могут быть просто радиальными шариковыми. В остальном, проблем, заслуживающих внимания, не наблюдалось.

Фотографии, изготовленной мной турбины Теслы.

Ротор составляют 21 диск диаметром 186мм и толщиной 1,5мм, боковые диски имеют толщину 3мм, разделяющие шайбы изготовлены из листа нержавеющей стали толщиной 0,3мм. Вал по центру имеет диаметр 15мм, и ступенчато сужается на концах до 12мм. Сопло сделано прямоугольным. Вес ротора примерно 7кг, вес собранного агрегата – 18кг.

Кольцо корпуса с соплом

Часть корпуса с соплом и радиальными пазами.

Боковай крышка и «ухо».

Для продолжения статьи смотрите ниже СТРАНИЦЫ и нумерацию.

Первые результаты.

Все, ниже описаное касается самого первого варианта самодельной турбины Теслы, который имел ряд недостатков, а именно: расстояние между дисками не равномерное, отсутствовали радиальные канавки на боковых крышках, а так же, не достаточно глубокие радиальные выступы на боковых диска, что способствовало большим утечкам газа. Все опыты проводились со сжатым азотом (150ат). Азот – потому что его проще достать оказалось, чем сжатый воздух, а так же потому, что азот инертный и не взрывоопасный. Редуктор в опытах не использовался. С помощью шланга высокого давления балон напрямую соединялся с соплом турбины через переходник оснащенный манометром. Размер прямоугольного сопла 4х32мм, при таком сечении максимальное давление перед соплом достигало не более 3-5ат при полностью открытом балоне. Момент проверялся руками, и его почти не было, тем не менее, за 80-90с ротор достигал 9000об\мин. Расход газа был просто жуткий, балона (40л, 6м^3) хватало не более чем на 2-3мин. Первой модернизацией стало уменьшение сечения сопла до 1х32мм. Результат на лицо, давление перед соплом при полностью открытом балоне достигало 40-50ат. Естественно, скорость газовой струи выросла, что позволило разгонять ротор до тех же 9000об\мин уже за 50-60сек. при давлении перед соплом 15ат. Следующей модернизацией боло нарезание радиальных канавок в боковых крышках турбины, а так же переделка боковых дисков (в первом варианте они были сведены на конус к перефирии, что в данном случае не подходит). После модернизации показатели значительно улучшились, при давлении 12ат ротор руками остановить было крайне трудно. Разгон ротора до 9000об\мин сократился до 45-50сек. Но это, как вы понимаете, ерунда, так как самое главное так и осталось неисправленным, а именно – равномерность расстояний между основной массой дисков. Эту задачу я решил совсем недавно, и тестов уще не проводил. Я уверен, что результат будет более чем положительным, и в разы будет превосходить предыдущие. Однако надо учитывать тот факт, что газ при расширеии сильно охлаждается, переходник и кран на балоне покрывались иниеем, а при понижении температуры газ теряет вязкость. А вязкость – это основное свойство газа, которое используется в этом типе двигателя.

PS. Некоторые уточнения.

Прошу прощения за некоторые неточности в выше описанном тексте, писал по памяти, память подвела. Ошибки исправил по записям, сделанным во время тестов в мае 2009 года.
И так, я все же провел серию опытов с модернизированой турбиной (17 ноября 2009). Параметры следующие: размер сопла – 2х32мм, диаметр дисков – 186мм, количество дисков – 21шт. Расстояние между дисками от 0,2 до 0,4мм, вес ротора – 7кг. В качестве газа использовался аргон в 40 литровом баллоне с давлением 150ат. Так как все снималось на видео, писать много не буду. Приведу лишь результаты. Все тесты проводились с давлением перед соплом – 9-11ат. Мои надежды более чем оправдались:). Итак: разгон ротора до 3000об\мин – 4сек, до 10000об\мин – 17сек. Отсчет времени начинался при достижении нужного давления (~10ат).

Статья напечатана по материалам сайта http://teslatech.com.ua с одобрения автора.

Об авторе:

Замечательный человек, зовут Виталий, 27 лет от роду, по профессии я программист – системный администратор. Всему учится сам, так как считает, что этот путь намного эффективнее традиционного.

Особое внимание уделяет работам Николы Тесла. Решил лично перепроверить основные результаты, достигнутые великим Теслой, в чем на взгляд EnergyFuture.RU весьма преуспел.

Практическую реализацию идей Тесла выполняет на следующей станочной базе (это для тех кто собрался повторять подвиги Виталия, must have лист):

Перечень возможных технологических операций:

). 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...

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.

Турбина Тесла - безлопастная дисковая турбина, конструктивно представляющая собой бутерброд из тонких дисков, укреплённых на одной оси на небольшом расстоянии друг от друга и помещённые в кожух.

Принцип действия основан на том, что рабочее тело (допустим - газ или жидкость), попадая в турбину, за счёт трения «увлекает» за собой ротор из дисков, заставляя их вращаться. Далее, рабочее тело, потеряв часть энергии, «скатывается» к оси ротора, где имеются специальные отверстия, через которые осуществляется отвод.

Для сборки собственной турбины Тесла своими руками требуются несколько уже не рабочих жестких дисков. Круглые алюминиевые пластины внутри, это идеальное решение для ротора турбины. Корпус устройства изготовлен из акрилового пластика, больше известного нам как оргстекло.

С чего нам начать? Для начала разберем и вынем те самые пластины из некогда служивших верой и правдой жестких дисков. Думаю с этим проблем не должно возникнуть, единственное, что надо учитывать, это то, что в некоторых моделях используются не металлические, а керамические пластины, что нам никак не подходит. Ведь в них необходимо будет проделать отверстия для отвода рабочего тела, а керамику, как вы понимаете, не получится обработать. Она просто треснет.

Пластина жесткого диска из керамики треснула при обработке

Проделав отверстия, аналогично тем что изображены на картинке, нам необходимо изготовить распорки.

Благодаря им, пластины из которых состоит ротор находятся на некотором расстоянии друг от друга. Идеальное расстояние зависит от нескольких переменных, включая вязкость жидкости, скорости и температуры. Информацию по этому поводу вы найдете здесь . Я же не стал заморачиваться и взял готовые кольца из тех же жестких дисков.

Следующим шагом будет изготовление вала. Его необходимо выточить из алюминия на токарном станке. Диаметр центральной части, на который впоследствии «сядут» пластины ротора, должен соответствовать диаметру отверстий в них. Это около 2.48 см. Длина же вала где-то 4.5 см.

Также из алюминия необходимо выточить кольца, схожие с теми, что используются в качестве распорок. Они необходимы для фиксации ротора на валу турбины и для этого в них предусмотрены соответствующие установочные винты.

Выполнив все вышеописанные условия можно приступать к сборке самого ротора.

В своей конструкции я использовал 11 алюминиевых дисков и 10 распорных колец между ними.

Собирая «бутерброд» важно зажать его фиксирующими кольцами так, чтобы диски не вращались отдельно от самого вала.

Корпус турбины Тесла можно изготовить из любого подходящего материала, будь то дерево или металл. Все зависит от ваших возможностей и потребностей. Я же использовал кусок акрила размерами 12,5 х 12,5 х 6 см. В нем, любым удобным способом, вырезаем отверстие образующие камеру для ротора турбины.

Также делаем одно отверстие для патрубка, через которое будет поступать рабочее тело, и четыре для крепления боковин корпуса.

Боковые панели из того же материала, размерами 12,5 х 12,5 х 1,2 см и с соответствующими отверстиями для крепления к основной камере. В центре каждой такой боковины необходимо сделать 15 мм в диаметре и 7 мм в глубину выемки для подшипников.

Так как в качестве рабочего тела будет использоваться сжатый воздух, я не стал сверлить отверстия для «выхлопа». Их в полной мере заменяют оба подшипника с зазорами между внешними и внутренними кольцами.

Ну вот, теперь осталось собрать все компоненты в одну единую конструкцию.

Турбина почти готова.

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.

Статьи по теме