tesla türbini nedir

Tesla Türbini 1909 yılında Nikola Tesla tarafından icat edildi. Kanatları olmayan Tesla Türbininin; Kaplan vb. gibi diğer Türbinlerin aksine, sınır ve özel uygulamaları vardır. Türbin, tasarım konusu nedeniyle çok yönlü Türbinlerden biri olma özelliğe sahiptir, ayrıca bu Türbinin buluşu birçok büyük mühendislik uygulamasına da yol açmıştır.

Hava akışı nedeniyle, Türbinin döndüğü sınır tabakası ilkesine göre çalışan bu sistemin en iyi yanı ise %80’e varan verim elde edilebilmesidir. Küçük dereceli makineler için hız aralığı; 80.000 rpm seviyesine kadar ulaşılabilir. Spesifik olarak, bu Türbin; enerji santrali operasyonlarında kullanılabilir ancak genel uygulama alanı pompalardır.

Tesla Türbin Şeması ve Yapısı

Tesla Türbinin temel yapısı aşağıdaki gibidir, sistem; bir hava borusu nozulundan girişe sahip kanatsız bir Türbinden oluşur. Türbinin gövdesi iki çıkışa sahiptir, biri hava girişi, diğeri ise hava çıkışı içindir. Bunun dışında dönen disk, birbirine bağlı 3 ila 4 katmandan oluşur. Havanın çok yüksek hızda geçtiği katmanlar arasında ince bir hava boşluğu vardır.

tesla türbin 1

Dönen diskin; dış yüz ve arka yüz olmak üzere iki yüzü vardır. Her iki durumda da, havanın Türbin gövdesinin dışına akması için bir alan yoktur. Hava sadece giriş borusundan girebilir ve çıkış borusundan çıkabilir. Türbin gövdesi, birbirine birleştirilmiş çoklu disk rotorundan oluşur. Tüm rotor diskleri, diskin dönebileceği ortak bir mil üzerinde birleştirilir.

Yerleştirilecek diskler için dış muhafaza bulunmaktadır. Diskler genellikle cıvatalarla bağlanır. Ön uç ve arka uç, havanın Türbin gövdesinden çıkabileceği egzoz çıkış portlarına sahiptir. Delikler, bir giriş bir giriş havası girdabı oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir.

Tesla Türbin Teorisi

Rotor kanatlarına giriş, yüksek basınçta bir havanın gelmesiyle sağlanır. Türbin girişine bağlanan bir hava hortumu kullanılarak, mil üzerine yerleştirilen ve kolayca döndürülebilen rotor disklerinden oluşan gövdeye hava girişi yapılır. Hava Türbin gövdesine girerken Türbinin şeklinden dolayı bir girdap oluşturmaya zorlanır.

Girdap veya kasırga olarak nitelendirilen bu durum bir hava kütlesidir ve bu girdap çok yüksek hızlarda dönebilir. Türbinin tasarımı, girdap oluşturma esasına dayalıdır. Türbin yazı tipi ve arka kapak gövdesi, ön ve arka kapaklarda bulunan deliklerden hava çıkacak şekilde yerleştirilmiştir.

Bu sistemde; hava çıkışı bir hava girdabı oluşturarak, Türbini döndürür. Hava molekülleri diski geçtiğinde, disk üzerinde bir sürtünme oluştururlar. Bu sürükleme, Türbini aşağı çeker ve dönmesini sağlar. Hava girişi için hangi giriş borusunun kullanıldığına bağlı olarak, Türbinin her iki yönde de dönebildiği gözlemlenebilir.

Tesla Türbin Tasarımı

Tesla Türbin tasarımı; hava hortumu borusuna bağlı olan iki giriş borusundan oluşur, bu girişlerden herhangi biri giriş olarak kullanılabilir. Gövde içerisindeki cıvatalar yardımıyla, gövdenin dış tarafına bağlı miller yardımıyla rötor diskleri yerleştirilmiştir.

Örneğin; sistem, pompa olarak kullanılmak isteniyorsa, mil motora bağlanır. Diskler arasında havanın aktığı ve disklerin dönmesini sağlayan ince bir hava boşluğu bulunur, bu hava boşluğu nedeniyle, hava molekülleri disk üzerinde bir sürtünme oluşturabilir. Ön ve arka kapakta, giriş havasının atmosfere iletilebilen, çok yüksek hızda dönerek girdap oluşturabilen 4 – 5 adet delik bulunur.

tesla türbin 2

Yüksek hızdaki hava, diske de yüksek hızlı bir sürtünme uygulayarak, diskin yüksek hızlarda dönmesine neden olur. Disk aralığı, Türbin tasarımı ve verimliliği için kritik parametrelerden biridir. Boşluk tabakasını korumak için gereken optimum boşluk boyutu, diskin çevresel hızına bağlıdır.

Türbin Tasarım Hesaplamaları

Türbin tasarımını yaparken, yüksek verimlilik elde edilmesi asıl amaçtır, bu yüzden Türbinin tasarımı önemlidir. Ana tasarım hesaplamalarından bazıları şunlardır:

  • Çalışma sıvısı veya giriş havası minimum basınca sahip olmalıdır. Su ise, basıncın metre küp başına en az 1000 kg olması beklenir. Çevresel hız saniyede 10e-6 metre kare olmalıdır.

Disk arasındaki boşluk, diskin açısal hızına ve çevresel hızına göre hesaplanır. Sürekli hızlara dayanan pollhausen parametresine bağlıdır. Her disk için akış hızı; her diskin kesit alanının ve hızın çarpımı olarak hesaplanır. Verilere dayanarak, disk sayısı tahmin edilir. İyi bir verime sahip olmak için diskin çapı da önemlidir.

Tesla Türbin Verimliliği

Verimlilik; çıkış şaft gücünün giriş şaft gücüne oranı ile belirlenir. Tesla Türbin verimliliğin formülü şu şekildedir:

tesla formul

Verimlilik; şaftın çapı, kanatların hızı, kanat sayısı, şafta bağlı yük gibi birçok faktöre bağlıdır. Genel olarak Türbin verimi diğer geleneksel Türbinlere göre yüksektir. Küçük uygulamalar için verimlilik %97’ye kadar çıkabilir.

Tesla Türbini Nasıl Çalışır?

Tesla Türbini, sınır tabakası kavramı üzerine kurulu bir sistemdir. İki girişten oluşan Türbinde, genel olarak havanın suyu Türbine giriş olarak kullanılır. Türbinin gövdesinde, ortak bir şaft üzerine yerleştirilmiş ve cıvatalar yardımıyla birbirine bağlanan rotor diskler vardır. Türbinin gövdesi; 4 ‘er delikten oluşan ön ve arka kapatan oluşur. Disk sayısı, disk çapı gibi tüm bu faktörler, Türbin veriminin değerlendirilmesinde önemli rol oynamaktadır.

tesla türbin 3

Hortum borusu, hava akışına izin verdiğinde, hava Türbinin gövdesine gider, gövdede yer alan disklerin arasında ince bir hava boşluğu vardır. Hava molekülleri Türbin gövdesine girdiğinde disklere bir sürtünme uygularlar. Bu sürükleme nedeniyle diskler dönmeye başlar.

Ön ve arka kasada yer alan delikler, hava veya su girdiğinde, bunların çıkışı sırasında; disk gövdesi içerisinde, bir hava veya su girdabı oluşacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu durum; havanın disklere daha fazla sürtünme yapmasına neden olur. Bu, disklerin çok yüksek bir hızda dönmesine neden olur.

Girdap ve diskler arasındaki temas alanı; hız düşük olduğu sürece düşüktür fakat hava hız kazandıkça bu temas da artarak, disklerin çok yüksek hızda dönmesini sağlar. Disklerin merkezkaç kuvveti havayı dışarı doğru itmeye çalışır, ancak ön ve arka kasalardaki delikler dışında havanın yolu yoktur. Bu delikler, hava çıkışını sağlarken, girdabı daha güçlü hale gelir. Disklerin hızı neredeyse hava akışının hızına eşittir.

Tesla Türbininin Avantaj ve Dezavantajları

Nikola Tesla tarafından tasarlanan ve yüksek verimliliği sayesinde birçok fayda sağlayan Tesla Türbinlerinin dezavantajları da bulunmaktadır. Tesla Türbinin avantaj ve dezavantajlarını maddeler halinde inceleyelim.

Avantajları

  • Çok yüksek verimlilik
  • Üretim maliyeti daha azdır
  • Basit tasarım
  • Her iki yöne döndürülebilir

Dezavantajları

  • Yüksek güçlü uygulamalar için uygun değil
  • Yüksek verim için akış hızı küçük olmalıdır
  • Verimlilik, çalışma sıvılarının içeri ve dışarı akışına bağlıdır.

Tesla Türbininin Kullanım Alanları

Tesla’nın Türbini, çıkış gücü ve özellikleri nedeniyle sınırlı uygulamalara sahiptir. Tesla Türbinin kullanım alanları şu şekildedir:

  • Sıvıların sıkıştırılması
  • Pompalar
  • Kanatlı tip Türbin uygulamaları
  • Kan pompaları

Bu yazımızda; Tesla Türbinlerinin yapısal yönleri, çalışma prensibi, tasarımı ve uygulama alanları gibi konuları inceledik. Tesla Türbininin en büyük dezavantajı; kompakt ve küçük boyutlu olması nedeniyle Kaplan Türbini gibi geleneksel Türbinlere göre sınırlı uygulamalara sahip olmasıdır.

Tesla Türbinin en büyük avantajı ise verimliliğinin yüksek olmasıdır. Çok yüksek verimliliğe sahip olan Tesla Türbinleri, bu özelliği sayesinde; enerji santralleri gibi büyük uygulama alanlarından nasıl kullanılacağı araştırılmaktadır. Tesla Türbinleri, bu uygulama alanlarında kullanılabilecek şekilde tasarlanabilirse, düşük verimli tesisler için büyük bir destek olacaktır.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here