Электрическая машина никола тесла — AvtoTachki
Электродвигатели намного эффективнее двигателей внутреннего сгорания. Почему и когда
Основная истина заключается в том, что проблемы электромобилей связаны с источником энергии, но их можно рассматривать с другой точки зрения. Как и многие вещи в жизни, которые мы воспринимаем как должное, электродвигатель и система управления в электромобилях считаются наиболее эффективным и надежным устройством в этих машинах. Однако, чтобы достичь такого положения вещей, они прошли долгий путь в эволюции — от обнаружения связи между электричеством и магнетизмом до его эффективного превращения в механическую силу. Эту тему часто недооценивают в контексте разговоров о технологическом развитии двигателя внутреннего сгорания, но становится все более необходимым рассказать больше о машине, называемой электродвигателем.
Один или два мотора
Если вы посмотрите на график производительности электродвигателя, независимо от его типа, вы заметите, что его КПД составляет более 85 процентов, часто более 90 процентов, и что он имеет самый высокий КПД при уровне нагрузки около 75 процентов.
максимум. С увеличением мощности и размеров электродвигателя, соответственно, расширяется диапазон КПД, где он может достичь своего максимума еще раньше — иногда при нагрузке 20 процентов. Однако у монеты есть и другая сторона — несмотря на расширенный диапазон более высокой эффективности, использование очень мощных двигателей с очень низкой нагрузкой может снова привести к частому входу в зону с низкой эффективностью. Следовательно, решения относительно размера, мощности, количества (одного или двух) и использования (одного или двух в зависимости от нагрузки) электродвигателей являются процессами, которые являются частью проектных работ при конструировании автомобиля. В этом контексте понятно, почему лучше иметь два двигателя вместо очень мощного, а именно, чтобы он не часто входил в зоны с низким КПД, и из-за возможности его отключения при низких нагрузках. Поэтому при частичной нагрузке, например, в Tesla Model 3 Performance используется только задний двигатель. В менее мощных версиях он является единственным, а в более динамичных версиях асинхронный соединен с передней осью.
Это еще одно преимущество электромобилей — мощность может быть увеличена легче, режимы используются в зависимости от требований эффективности, а полезным побочным эффектом является двойная трансмиссия. Однако более низкий КПД при низкой нагрузке не препятствует тому факту, что, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, электродвигатель создает тягу на нулевой скорости благодаря своему принципиально другому принципу работы и взаимодействия между магнитными полями даже в таких условиях. Вышеупомянутый факт эффективности лежит в основе конструкции двигателя и режимов работы — как мы уже говорили, двигатель увеличенного размера, непрерывно работающий в режимах низкой нагрузки, был бы неэффективным.
С быстрым развитием электрической мобильности, разнообразие с точки зрения производства двигателей расширяется. Разрабатываются новые и новые соглашения и договоренности, в соответствии с которыми некоторые производители, такие как BMW и VW, проектируют и производят свои собственные машины, другие покупают акции в компаниях, связанных с этим бизнесом, а третьи передают на аутсорсинг таким поставщикам, как Bosch.
В большинстве случаев, если вы прочитаете характеристики модели с электрическим питанием, вы обнаружите, что ее двигатель является «синхронным с постоянным магнитом переменного тока». Тем не менее, пионер Tesla использует другие решения в этом направлении — асинхронные двигатели во всех предыдущих моделях и сочетание асинхронных и так называемых. «Двигатель с переключением сопротивления в качестве привода заднего моста в модели 3 Performance. В более дешевых версиях только с задним приводом он единственный. Audi также использует асинхронные двигатели для модели q-tron и комбинацию синхронных и асинхронных двигателей для ожидаемого e-tron Q4. О чем это на самом деле?
Электрическая машина никола тесла
Тот факт, что Никола Тесла изобрел асинхронный или, другими словами, «асинхронный» электродвигатель (еще в конце 19-го века), не имеет прямой связи с тем фактом, что модели Tesla Motors являются одними из немногих автомобилей, приводимых в действие такой машиной. Фактически, принцип работы двигателя Тесла стал более популярным в 60-х годах, когда полупроводниковые приборы постепенно появились под солнцем, и американский инженер Алан Кокони разработал портативные полупроводниковые инверторы, которые могут преобразовывать постоянный ток (DC) батареи в переменный ток ( AC), как требуется для асинхронного двигателя, и наоборот (в процессе восстановления).
Эта комбинация инвертора (также известного как инженерный трансвертер) и электродвигателя, разработанного компанией Coconi, стала основой для создания пресловутого GM EV1 и в более совершенной форме спортивного tZERO. По аналогии с поиском японских инженеров из Toyota в процессе создания Prius и открытия патента компании TRW, создатели Tesla обнаружили автомобиль tZERO. В конце концов, они купили лицензию tZero и использовали ее для создания родстера.
Самым большим преимуществом асинхронного двигателя является то, что он не использует постоянные магниты и не нуждается в дорогих или редких металлах, которые также часто добываются в условиях, которые создают моральные дилеммы для потребителей. Однако как асинхронные, так и синхронные двигатели с постоянными магнитами в полной мере используют технологические достижения в полупроводниковых устройствах, а также в создании МОП-транзисторов с полевым транзистором и более поздних транзисторов с биполярной изоляцией (IGBT). Именно этот прогресс позволяет создавать упомянутые компактные инверторные устройства и вообще всю силовую электронику в электромобилях.
Тот факт, что способность эффективно преобразовывать батареи постоянного тока в трехфазные переменные и наоборот во многом обусловлена достижениями в технологии управления, может показаться тривиальным, но следует учитывать, что величина тока в силовой электронике достигает уровней во много раз выше, чем обычно в бытовой электрической сети, и часто значения превышают 150 ампер. Это генерирует большое количество тепла, с которым силовая электроника должна иметь дело.
Но вернемся к вопросу электродвигателей. Как и двигатели внутреннего сгорания, их можно разделить на различные квалификационные параметры, и «синхронизация» является одним из них. Фактически, это является следствием гораздо более важного другого конструктивного подхода с точки зрения генерации и взаимодействия магнитных полей. Несмотря на то, что источником электричества в лице батареи является постоянный ток, конструкторы электрических систем даже не думают использовать электродвигатели постоянного тока. Даже принимая во внимание потери от преобразований, блоки переменного тока и особенно синхронные блоки выигрывают конкуренцию с элементами постоянного тока.
Так что же на самом деле означает синхронный или асинхронный двигатель?
Автокомпания электродвигателей
Как синхронные, так и асинхронные двигатели относятся к типу электрических машин с вращающимся магнитным полем, которые имеют более высокую плотность мощности. В общем, асинхронный ротор состоит из простого пакета сплошных листов, металлических стержней из алюминия или меди (все чаще используется в последнее время) с катушками в замкнутом контуре. Ток течет в обмотках статора в противоположных парах, причем ток из одной из трех фаз течет в каждой паре. Так как в каждом из них он сдвинут по фазе на 120 градусов относительно другого, так называемый вращающееся магнитное поле. Пересечение обмоток ротора линиями магнитного поля от поля, создаваемого статором, приводит к протеканию тока в роторе, аналогичному взаимодействию на трансформаторе.
Результирующее магнитное поле взаимодействует с «вращающимся» в статоре, что приводит к механическому захвату ротора и последующему вращению.
Однако с этим типом электродвигателя ротор всегда отстает от поля, потому что если нет относительного движения между полем и ротором, магнитное поле не будет индуцировано в роторе. Таким образом, уровень максимальной скорости определяется частотой тока питания и нагрузкой. Однако из-за более высокой эффективности синхронных двигателей большинство производителей придерживаются их, но по некоторым из вышеуказанных причин Тесла остается сторонником асинхронных.
Да, эти машины дешевле, но у них есть свои недостатки, и все люди, которые тестировали несколько последовательных ускорений с Model S, скажут вам, как резко снижается производительность с каждым повторением. Процессы индукции и протекания тока приводят к нагреву, и когда при высокой нагрузке машина не охлаждается, тепло накапливается и его возможности значительно снижаются. В целях защиты электроника уменьшает величину тока, а характеристики ускорения ухудшаются. И еще одна вещь — для использования в качестве генератора асинхронный двигатель должен быть намагничен — то есть, чтобы «пропустить» начальный ток через статор, который генерирует поле и ток в роторе, чтобы начать процесс.
Затем он может прокормить себя.
Асинхронные или синхронные двигатели
Синхронные блоки имеют значительно более высокую эффективность и удельную мощность. Существенное отличие асинхронного двигателя состоит в том, что магнитное поле в роторе не индуцируется взаимодействием со статором, а является результатом тока, протекающего через установленные в нем дополнительные обмотки, или постоянных магнитов. Таким образом, поле в роторе и поле в статоре являются синхронными, но максимальная скорость двигателя также зависит от вращения поля, соответственно от текущей частоты и нагрузки. Во избежание необходимости дополнительного питания обмоток, что увеличивает потребление электроэнергии и усложняет управление током, в современных электромобилях и гибридных моделях используются электродвигатели с т. Н. постоянное возбуждение, т.е. с постоянными магнитами. Как уже упоминалось, почти все производители таких автомобилей в настоящее время используют агрегаты такого типа, поэтому, по мнению многих экспертов, все еще будет возникать проблема с нехваткой дорогих редкоземельных элементов неодима и диспрозия.
Сокращение их использования является частью спроса инженеров в этой области.
Конструкция сердечника ротора дает наибольшие возможности для повышения производительности электрической машины.
Существуют различные технологические решения с поверхностным монтажом магнитов, дисковой формой ротора, с внутренне встроенными магнитами. Здесь интересным является решение Tesla, в котором для управления задним мостом модели 3 используется вышеупомянутая технология, называемая двигателем с переключаемым сопротивлением. «Нежелание», или магнитное сопротивление, является термином, противоположным магнитной проводимости, подобным электрическому сопротивлению и электрической проводимости материалов. В двигателях этого типа используется явление, при котором магнитный поток имеет тенденцию проходить через часть материала с наименьшим магнитным сопротивлением. В результате он физически вытесняет материал, через который он течет, чтобы пройти через деталь с наименьшим сопротивлением.
Этот эффект используется в электродвигателе для создания вращательного движения — для этого в роторе чередуются материалы с разным магнитным сопротивлением: твердые (в виде ферритовых неодимовых дисков) и мягкие (стальные диски). В попытке пройти через материал с более низким сопротивлением магнитный поток от статора вращает ротор до тех пор, пока он не будет расположен так, чтобы это произошло. При текущем контроле поле постоянно вращает ротор в удобном положении. То есть вращение не инициируется до такой степени взаимодействием магнитных полей, как склонность поля течь через материал с наименьшим сопротивлением и возникающий эффект вращения ротора. Чередуя различные материалы, количество дорогих компонентов уменьшается.
В зависимости от конструкции кривая эффективности и крутящий момент меняются в зависимости от частоты вращения двигателя. Первоначально самый низкий КПД у асинхронного двигателя, а самый высокий — у поверхностных магнитов, но в последнем он резко уменьшается со скоростью.
Двигатель BMW i3 обладает уникальным гибридным характером, благодаря дизайну, который сочетает в себе постоянные магниты и эффект «нежелания», описанный выше. Таким образом, электродвигатель достигает высоких уровней постоянной мощности и крутящего момента, характерных для машин с электрическим возбуждением ротора, но имеет значительно меньший вес, чем их (последние эффективны во многих отношениях, но не с точки зрения веса). После всего этого становится ясно, что эффективность снижается на высоких скоростях, и поэтому все больше и больше производителей говорят, что они сосредоточатся на двухскоростных трансмиссиях для электродвигателей.
Вопросы и ответы:
Какие двигатели использует Тесла? Все модели марки Tesla – электромобили, поэтому они оснащаются исключительно электромоторами. Под капотом практически каждой модели будет стоять 3-фазный асинхронный двигатель переменного тока.
Как работает двигатель Тесла? Асинхронный электромотор работает за счет возникновения ЭДС благодаря вращению в неподвижном статоре магнитного поля.
Задний ход обеспечивается переключением полярности на стартерных катушках.
Где расположен двигатель Тесла? Автомобили Тесла заднеприводные. Поэтому мотор располагается между задними полуосями. Двигатель состоит из ротора и статора, которые контактируют друг с другом только через подшипники.
Сколько весит двигатель Тесла? Вес собранного электрического мотора для моделей Tesla составляет 240 килограмм. В основном используется одна модификация двигателей.
Задний ход обеспечивается переключением полярности на стартерных катушках.10 основных достижений Николы Теслы
Никола Тесла (1856 – 1943) родился как этнический серб в деревне Смилян в Австро-Венгерской империи (современная Хорватия). Получив инженерное образование, он поступил в Карлштадтскую реальную школу Иоганна-Рудольфа-Глаубера, политехнический институт в Граце, Австрия, но бросил учебу на третьем курсе. Затем с помощью своих дядей он поступил в Пражский университет. Там он проводил большую часть своего времени в библиотеке и посещал лекции.
Воспринимаемый многими как эксцентричный человек, Тесла проявил замечательный талант и воображение, когда он повзрослел, что привело его ко многим значительным научным открытиям, которые продвинули человеческую расу. Его самым известным изобретением является, пожалуй, катушка Теслы, а его самый известный вклад-в области современной системы электроснабжения переменным током.
Вот 10 основных достижений Николы Теслы, включая его изобретения и вклад в науку.
Многофазный асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель, считающийся одним из самых полезных изобретений современности, произвел революцию в области бытовой техники. Хотя первый известный работающий трехфазный асинхронный двигатель переменного тока приписывается Галилео Феррарису в 1885 году, Никола Тесла самостоятельно изобрел свой собственный асинхронный двигатель и подал заявку на патент США в 1887 году. Основанный на принципе вращающихся магнитных полей, его первый асинхронный двигатель производил четверть лошадиной силы при 1800 оборотах в минуту и весил всего 9 кг, что было фантастическим достижением в то время.
Он использовал электрическую энергию для производства механической энергии и заменил ручной труд на фабриках. Трехфазный асинхронный двигатель продолжает широко использоваться в промышленности, домашнем хозяйстве и электрических машинах по всему миру.
Победитель в «битве токов»
“Война токов“ или “битва токов“ относится к конкурентному периоду в 1880-х и 1890-х годах в Америке для внедрения конкурирующих систем передачи электроэнергии. В 1882 году Томас Эдисон основал свою компанию Edison Illuminating Company, чтобы обеспечить электрическое освещение домов и предприятий. С Эдисоном, владеющим всеми ключевыми патентами, его электричество на основе постоянного тока будет продаваться по всей территории Соединенных Штатов.
Ситуация изменилась в середине 1880-х годов, когда Джордж Вестингауз начал заниматься электроосвещением. Он сотрудничал с Теслой и через несколько лет бросил вызов Эдисону и его сторонникам. Напряжение переменного тока можно было увеличивать и уменьшать, а это означало, что передавать его на большие расстояния было проще и дешевле.
Турбина Теслы
Также называемая турбиной без лопастей, турбина Теслы использовала эффект пограничного слоя, а не жидкость, падающую на лопасти, как в обычной турбине.
Строительство одной из первых гидроэлектростанций
Всемирная колумбийская выставка была всемирной выставкой, проходившей в Чикаго в 1893 году. Она была построена на 686 акрах земли и содержала множество отдельных зданий. В 1892 году «Вестингауз Электрик» сумела перекупить у «Эдисона» и «Дженерал Электрик» контракт на электрификацию этой большой ярмарки. Экспозиция во многом познакомила американцев с чудом электричества. Ее открыл сам президент, нажав на кнопку в Белом доме.
Катушка Теслы
Продолжая изучать работу Генриха Герца по электромагнитным излучениям и радиоволнам, Тесла попытался запитать катушку Румкорфа высокоскоростным генератором переменного тока. Катушки Румкорфа состояли из первичной и вторичной обмотки для получения высоких напряжений. Тесла вскоре обнаружил, что высокочастотный ток расплавляет изоляцию между первичной и вторичной обмотками в катушке. Это привело Теслу к идее использования воздушного зазора вместо изоляционного материала между первичной и вторичной обмотками; и железный сердечник, который можно было перемещать в разные положения внутри или снаружи катушки.
Он изобрел электромеханический генератор
В 1893 году Никола Тесла запатентовал паровой электрический генератор, известный как электромеханический генератор Теслы. Генератор Теслы — это возвратно-поступательный генератор электричества. В нем пар нагнетается в генератор и выходит через ряд отверстий. Пар толкает поршень вверх и вниз, который прикреплен к якорю. Это заставляет его вибрировать вверх и вниз с высокой скоростью, производя электричество.
Другая вариация машины использует электромагниты для управления частотой колебаний поршня. Тесла разработал много вариантов своего электромеханического генератора, поскольку он хотел, чтобы он заменил неэффективные поршневые паровые двигатели, используемые для вращения генераторов. Однако в конечном счете это было достигнуто за счет разработки высокоэффективных паровых турбин.
Читайте также: Исторические личности, которые страдали психическими заболеваниями
Тесла внес важный вклад в развитие радиотехники
В 1895 году Никола Тесла готовился послать свой первый радиосигнал примерно за 32 км, но инцидент с горящей лабораторией задержал его планы испытаний. В 1896 году Гульельмо Маркони получил патент на свое радиоприемное устройство, основанное на 2 схемах в Англии. В 1897 году Тесла представил свой патент на многоцепное радиоприемное устройство, который был присужден в 1900 году в Соединенных Штатах. Это привело к отказу от патента Маркони в США в 1900 году.
Однако Маркони был богатым человеком и имел семейные связи с английской аристократией. Его компания Marconi Wireless Telegraph передавала радиосигнал через Атлантику, нарушая многие патенты Теслы. В 1904 году Патентное ведомство США неожиданно отменило свое решение 1900 года и выдало патент Маркони. В 1915 году Тесла подал в суд на компанию Маркони, но был финансово слаб, чтобы бороться с корпорацией.
В 1943 году, уже после смерти Теслы и Маркони, патентное ведомство США поддержало патент Теслы на радио. Можно отметить, что компания Маркони подала в суд на правительство Соединенных Штатов за использование своих патентов в Первой мировой войне, и суд просто избежал иска, восстановив приоритет патента Теслы над Маркони. Изобретение радио-неоднозначная тема со многими претендентами, но огромный вклад Теслы в области радиотехники не вызывает сомнений.
Первый в мире беспроводной пульт дистанционного управления
На электрической выставке в Мэддисон-Сквер-Гарден в 1898 году Никола Тесла ошеломил публику своим последним изобретением.
Развитие рентгеновских лучей
Заметив повреждения на своих фотографиях, Тесла начал исследовать причину проблемы в 1894 году. Но его исследования сгорели в огне, который поглотил его лабораторию в 1895 году. Несколько месяцев спустя, в декабре, Вильгельм Конрад Рентген обнародовал свое открытие “рентгеновских лучей“. Несмотря на это открытие, Тесла продолжал свои эксперименты, пытаясь построить свою собственную машину, которая будет производить изображения, которые он назвал теневыми графами.
Никола Тесла имел около 300 патентов
Тесла был плодовитым изобретателем и имел около 300 патентов по всему миру. Некоторые из своих изобретений он не запатентовал, а некоторые спрятал в патентных архивах.
Известно, что по меньшей мере 278 патентов были выданы Тесле в 26 странах, в основном в Соединенных Штатах, Великобритании и Канаде. Патенты включают динамо-электрическую машину, электромагнитный двигатель, электрическую лампу накаливания, электрические распределительные системы и генераторы, жидкостные двигательные установки и сигнальные системы. Никола Тесла считается одним из величайших ученых в истории.
Никола Тесла и беспроводное электричество
В 1901 году Тесла получил 150 000 долларов от J. P. Morgan, передав ему 51% всех полученных патентов на беспроводную связь. Так началась его работа в Уорденклиффской башне на северном берегу Лонг-Айленда. С помощью этой грандиозной башни Тесла намеревался передавать сообщения, телефонию и изображения через Атлантику, но в декабре 1901 года Маркони успешно передал букву S из Англии в Ньюфаундленд, победив Теслу.
Тесла решил расширить проект, добавив к нему свою мечту о беспроводной передаче энергии, но Морган отказался предоставить какие-либо дополнительные средства.
Многие утверждают, что это был скрытый план Теслы все время, чтобы выполнить его давнюю мечту о беспроводном электричестве для всей планеты. Тесла продолжал проект еще девять месяцев в 1902 году, но нехватка средств в конечном итоге вынудила его закрыть. Тесла будет продолжать свои усилия по получению финансирования для своего амбициозного проекта беспроводного электричества, но не найдет никаких сторонников.
Революционная турбина Николы Теслы до сих пор лежит нетронутой, вот как она работает
Никола Тесла — человек, который изобрел множество вещей, но больше всего он известен благодаря системе электроснабжения переменного тока. Благодаря ему у всех нас есть переменный ток, который безопасно работает в наших домах и офисах.
Однако Тесла изобрел много других вещей, в том числе революционный двигатель, который так и не прижился.
Первоначально мы опубликовали статью о концепции дизайна, в которой использовалась цифра 9.
0007 «Tesla Turbine» для мощности. В то время мы не вдавались в подробности решения по двигателю, но увидели потенциал для отдельного рассказа о фантастическом творении Николы Теслы, которое не применяется в широких масштабах ни в одной отрасли промышленности.
Чтобы с самого начала прояснить ситуацию, Никола Тесла не изобретал безлопастную турбину, которая существовала в патентной форме с 1832 года в Европе. Тем не менее, турбина Тесла, названная в честь известного сербско-американского изобретателя, сумела обосновать то, что было всего лишь концепцией, а затем построила несколько рабочих прототипов.
Результатом стала безлопастная турбина, которая работала на высоких скоростях, была реверсивной и могла работать по-разному. Он мог работать как насос, компрессор, турбина и даже как двигатель внутреннего сгорания. Его уровень эффективности превышает теоретический предел поршневых двигателей, но он далеко не так распространен, как они.
Турбина Теслы также имеет печальную историю: он создал рабочий прототип, который развивал скорость 9000 об/мин и производил 200 лошадиных сил, который был испытан в нью-йоркской компании Edison.
К сожалению, некоторые инженеры, присутствовавшие на суде, заявили, что это был провал, так как они не понимали изобретения, а крупные электрические компании того времени уже вложили значительные средства в лопастные турбины.
1) Что такое турбина Тесла и почему она особенная?
Как поясняется в описании, турбина Теслы — это безлопастное решение. Вместо обычного насоса или турбины с лопастями в решении от Tesla эти элементы отсутствуют. Вместо этого используются плоские диски. Думайте о них как о DVD или CD вместо лопастей вентилятора. Поскольку эти диски плоские, турбина не работает как обычный насос, и для ее работы требуется несколько приводов.
Самое интересное в этом изобретении то, что количество дисков не является фиксированным, и их можно добавлять или убирать в зависимости от применения.
Очевидно, требуется несколько дисков. Уникальная часть изобретения заключается в том, что это реверсивная турбина, которая работает с тем же уровнем эффективности, если она вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Диски внутри турбины Теслы питаются через сопла, и она может работать с воздухом, паром или большинством жидкостей. Единственные правила предполагают использование нескольких дисков по «подходящий диаметр», и имеющие отверстия на каждом диске рядом с валом, который их удерживает. Диски разделены шайбами и закреплены на вращающемся валу.
2) Как это работает?
Идея турбины Теслы заключается в том, что диски внутри нее будут вращаться, если на них подается жидкость или газ под давлением (оба действуют как жидкости). Он работает, используя два свойства гидродинамики: адгезию и вязкость. Последнее представляет собой сопротивление вещества течению, в то время как первое относится к склонности разнородных молекул сцепляться вместе из-за сил притяжения.
Взаимодействие жидкости с твердой поверхностью происходит под действием эффекта пограничного слоя. С точки зрения непрофессионала, жидкость будет течь по поверхности дисков, ускоряясь к подходящему выходу.
Описанное взаимодействие заставляет диски вращаться, и это приводит во вращение вал, удерживающий диски.
Как только диски правильно разделены на валу, и жидкость имеет место для входа и выхода из системы, турбина Тесла готова к работе. Эмпирическое правило заключается в том, что большее количество дисков обеспечивает большую мощность, но для их вращения также требуется больший поток жидкости.
В свою очередь, увеличение дисков снизит скорость вращения турбины Теслы, но может повысить эффективность. Основная идея заключается в том, что турбине Теслы нужно больше экспериментов, чтобы получить окончательную формулу. Хорошей новостью является то, что его можно адаптировать для различных приложений.
3) Возможное применение в современной промышленности
Как однажды объяснил Никола Тесла, его конструкция безлопастной турбины может использоваться для насосов, компрессоров, ветряных турбин и даже двигателей внутреннего сгорания.
Любое приложение, которое может направлять жидкость под давлением по трубам в эту систему, может использовать турбину Теслы для выработки электроэнергии. Он может работать и наоборот, если на него подается питание, он может действовать как более эффективный насос.
В отличие от обычных насосов, турбина Тесла может работать с абразивными жидкостями, а также с жидкостями, содержащими твердые частицы, вязкими или чувствительными к сдвигу.
Другими словами, он может работать в условиях, которые делают невозможным надежное использование других насосов или затрудняют их эффективное использование.
Текущие применения включают область медицины, где концепция турбины Теслы была успешно испытана для центробежных насосов крови, но Никола Тесла придумал ее для геотермальной энергии. В последнем используются обычные турбины, но эффективная адаптация решения Tesla может повысить эффективность при меньшем техническом обслуживании.
4) Первоначальные проблемы, которые можно решить сегодня
Никола Тесла получил патент на это изобретение в 1913 году.
Он значительно опередил свое время, что затруднило его реализацию в начале 20 века.
Ограничения технологии, которые сделали эту систему менее эффективной, чем существующие турбины, были вызваны мастерством изготовления металлических предметов, особенно дисков, которые требовались для изобретения Теслы.
Чистота металла была проблемой, как и балансировка тонких дисков. Из-за описанной проблемы они были подвержены растяжению, поскольку работали на очень высоких оборотах. Как только они были повреждены, диски приходилось менять, что делало систему потенциально ненадежной в долгосрочной перспективе.
В конструкции не было ничего плохого, и изобретение Теслы было не единственным, которое нельзя было использовать, потому что остальная часть отрасли не соответствовала требованиям его разработчика.
В настоящее время технология материалов достигла такого уровня, что турбина Тесла может быть изготовлена с использованием дисков из углеродного волокна или различных других материалов вместо металла.
5) Что помешало ему стать большим
Никола Тесла был заклятым соперником Томаса Эдисона. Оба они работали с электричеством, но их изобретения пошли дальше этой области. Вдохновленный успехом небольших испытаний, Тесла построил турбину, предназначенную для испытаний на главной электростанции нью-йоркской компании Edison.
Очевидно, что испытание нового изобретения на предприятии вашего соперника неслыханно в этом столетии, но в 1911 году это не было хорошей идеей. Успешное испытание показало две турбины мощностью 200 л. линия.
К сожалению, за тестом наблюдали инженеры, которые были описаны как верные Эдисону, и не были впечатлены всей системой. Крупные электрические компании уже инвестировали в обычные турбины, и плохие отзывы об изобретении Теслы затруднили его продажу новым инвесторам.
Никола Тесла предпринял последнюю попытку продать свое изобретение после ввода в эксплуатацию трех турбин производственной компании Allis-Chalmers.
Инженеры указанной компании были обеспокоены механическим КПД этих турбин и их надежностью.
После смерти сербского изобретателя исследователи заявили, что им не удалось воспроизвести величественные результаты, о которых сообщил г-н Тесла. Однако инженеры до сих пор экспериментируют с изобретением, которому более века.
Компания Phoenix Navigation and Guidance из Мунисинга, штат Мичиган, является одним из пионеров в этой области. Увидим ли мы эту технологию в автомобилях? Если вы спросите нас, эта технология слишком дорога для любого автопроизводителя, даже несмотря на то, что она имеет теоретическое преимущество в эффективности по сравнению с обычными двигателями.
Паровая турбина Теслы — Scientific American
Поделиться на Facebook
Поделиться на Twitter
Акции на Reddit
Share на LinkedIn
Поделиться по электронной почте
Печать 9003
Это будет интересно читателям, натуральный, ноучия, что, чтобы познакомиться, что, что т.
, стоять на. Вклад, который он внес в электротехнику, когда это искусство было еще в сравнительно зачаточном состоянии, является по образованию и выбору инженером-механиком с сильной склонностью к той ее отрасли, которая охватывается термином «паровая техника». В течение нескольких последних лет он посвятил большую часть своего внимания усовершенствованию термодинамического преобразования, и результатом его теорий и практических экспериментов является совершенно новая форма первичных двигателей, показанных в работе на станции Уотерсайд. . New York Edison Company, которая любезно предоставила в его распоряжение оборудование своего крупного завода для проведения экспериментальных работ.
Благодаря любезности изобретателя мы можем опубликовать прилагаемые изображения, представляющие испытательный завод на станции Уотерсайд, которые являются первыми фотографиями этого интересного двигателя, которые еще не были обнародованы.
Основным принципом, определившим исследования Теслы, был хорошо известный факт, что когда жидкость (пар, газ или вода) используется в качестве носителя энергии, максимально возможная экономия может быть получена только при изменении скорости и направления потока.
движения жидкости делаются максимально плавными и легкими. В нынешних формах турбин, в которых энергия передается давлением, реакцией или ударом, как в типах Де Лаваля, Парсонса и Кертисса, происходят более или менее внезапные изменения как скорости, так и направления, с последующими ударами, вибрацией и разрушительные вихри. Кроме того, введение поршней, лопастей, лопастей и перехватывающих устройств этого общего класса на пути жидкости связано с очень тонкой и сложной механической конструкцией, которая значительно увеличивает стоимость как производства, так и обслуживания.
Желаемые параметры идеальной турбины сами по себе находятся в головах теоретического и механического. Теоретически идеальной турбиной была бы такая турбина, в которой жидкость регулировалась бы таким образом от входа до выхода, что ее энергия передавалась на ведущий вал с наименьшими возможными потерями из-за используемых механических средств. Механически совершенная турбина была бы тот, который сочетал в себе простоту и дешевизну конструкции, долговечность, легкость и быстроту ремонта, а также небольшое отношение веса и занимаемого пространства к мощности, передаваемой на валу.
Г-н Тесла утверждает, что в турбине, которая составляет предмет этой статьи, , он продвинул паровой и газовый двигатель на большой шаг вперед к максимально достижимому КПД, как теоретическому, так и механическому.О том, что эти заявления вполне обоснованы, свидетельствует тот факт, что на заводе на станции Эдисона он обеспечивает
мощность 200 лошадиных сил от одноступенчатой паровой турбины с атмосферным выхлопом, весом менее 2 фунтов на одну лошадиную силу, которая содержится в пространстве размером 2 фута на 3 фута, на 2 фута в высоту, и которая обеспечивает эти приводит к тепловому падению всего 130 БТЕ, то есть примерно одной трети от общего доступного падения. Кроме того, если рассматривать с механической точки зрения, турбина. поразительно прост и экономичен в конструкции, и по самой природе своей конструкции должен обладать такой долговечностью и стойкостью к износу и поломкам, чтобы поставить его в этом отношении далеко впереди любого типа парового или газового двигателя. сегодняшнего дня.
Короче говоря, паровой двигатель Теслы состоит из набора плоских стальных дисков, установленных на валу и вращающихся внутри кожуха, при этом пар с высокой скоростью входит на периферию дисков, течет между ними по свободным спиральным траекториям и, наконец, выходит через выпускные отверстия в их центре. Вместо того, чтобы развивать энергию пара давлением, реакцией или ударом ряда лопастей или лопастей, Тесла опирается на свойства жидкости, такие как адгезия и вязкость — притяжение пара к поверхностям дисков и сопротивление поверхности. его частицы к молекулярному разделению объединяются в передаче энергии скорости движущейся жидкости к пластинам и валу.
На прилагаемых фотографиях и линейных чертежах видно, что турбина имеет ротор А, который в данном случае состоит из 25 плоских стальных дисков толщиной в одну тридцать вторую дюйма из закаленной и тщательно отпущенной стали. Ротор в собранном виде составляет 3%. дюйма шириной на лицевой стороне и 18 дюймов в диаметре, а когда турбина работает с максимальной рабочей скоростью, материал никогда не подвергается растягивающему напряжению, превышающему 50 000 фунтов на квадратный дюйм.
Ротор установлен в корпусе D, снабженном двумя входными патрубками: B для использования в прямом режиме и B’ для реверсивного. Отверстия 0 вырезаны в центральной части дисков и сообщаются непосредственно с выпускными отверстиями, образованными сбоку кожуха.
При работе пар или газ, в зависимости от случая, направляется на периферию дисков через сопло В (расширяющееся, прямое или сужающееся), где большая или меньшая часть его энергии расширения преобразуется в скорость. энергия. Когда машина находится в состоянии покоя, радиальные и тангенциальные силы, вызванные давлением и скоростью пара, заставляют ее двигаться по довольно короткой криволинейной траектории к центральному выпускному отверстию, как показано сплошной черной линией на сопутствующей диаграмме; но по мере того, как диски приближаются к 1Qtate и их скорость увеличивается, пар движется по спиральным траекториям, длина которых увеличивается до тех пор, пока. как
30 сентября 191 Дж
НАУЧНЫЙ АМЕРИКАНСКИЙ
297
в случае настоящей турбины частицы жидкости совершают ряд оборотов вокруг вала, прежде чем достичь выхлопа, преодолевая за это время линейный путь длиной от 12 до 16 футов.
При переходе от входа к выпуску скорость и давление пара уменьшаются до тех пор, пока он не выйдет из выпускного отверстия при манометрическом давлении 1 или 2 фунта.
Сопротивление прохождению пара или газа между соседними пластинами примерно пропорционально квадрату относительной скорости, имеющей максимум к центру дисков и равной тангенциальной скорости пара. Следовательно, сопротивление радиальному вылету очень велико, к тому же оно усиливается центробежной силой, действующей наружу. Одним из наиболее желательных элементов усовершенствованной турбины является реверсивность, и все мы знакомы с многочисленными и часто громоздкими средствами, которые использовались для достижения этой цели. Можно увидеть, что эта турбина превосходно приспособлена для реверсирования, так как этот эффект может быть обеспечен простым закрытием правого клапана и открытием левого.
Очевидно, что принципы этой турбины в равной степени применимы, с небольшими изменениями конструкции, для ее использования в качестве насоса, и мы представляем фотографию демонстрационной модели, которая работает в офисе г-на Теслы.
Этот небольшой насос, приводимый в действие электродвигателем мощностью 1/12 лошадиных сил, подает 40 галлонов в минуту при напоре 9ноги. Сливная труба ведет к горизонтальной трубе, снабженной проволочной сеткой для фильтрации воды и контроля водоворотов. Вода падает через прорезь в дне этой трубы и, проходя под перегородкой, течет ровным потоком около % дюйма толщиной и 18 дюймов шириной, в желоб, из которого он возвращается к насосу. Насосы такого типа демонстрируют более высокий КПД по сравнению с центробежными насосами, а их преимущество заключается в том, что большой напор достигается экономично за одну ступень. Рабочее колесо смонтировано в двухсоставном спиральном корпусе, и за исключением того, что место лопаток, лопаток и т. д. обычного центробежного насоса занимает набор дисков, конструкция в целом аналогична конструкции насосов. стандартного вида.
В заключение следует отметить, что хотя экспериментальная установка на станции Уотерсайд развивает мощность 200 л. цепь питания. Кроме того, г-н Тесла утверждает, что если бы он был скомпонован и выхлоп направлялся в блок низкого давления, содержащий примерно в три раза больше дисков, содержащихся в элементе высокого давления, с подключением к конденсатору, обеспечивающему от 28Y до 29дюймов вакуума, результаты, полученные на настоящей машине высокого давления, показывают, что составной агрегат будет давать мощность 600 лошадиных сил без значительного увеличения размеров.
Эта оценка является консервативной.
Испытательная установка состоит из двух идентичных турбин, соединенных тщательно откалиброванной торсионной пружиной, причем машина слева является приводным элементом, а другая — тормозом. В тормозном элементе пар подается к лопаткам в направлении, противоположном направлению вращения дисков. На валу тормозной турбины укреплен полый шкив с двумя диаметрально противоположными узкими прорезями, внутри которого вплотную к ободу размещена лампа накаливания. Как й. шкив вращается, из него выходят две вспышки света, и ——
с помощью отражающих зеркал и линз они
Они переносятся вокруг растения и падают на два
вращающиеся стеклянные зеркала, расположенные спиной к спине
вал приводной турбины так, чтобы
центральная линия серебряных покрытий совпадает с
оси вала. Зеркала установлены так, что
когда на пружине нет кручения, свет
лучи создают светящееся пятно, неподвижное
ноль шкалы. Но как только нагрузка включена,
луч отклоняется на угол, который показывает
•непосредственно кручение.
Скай и весна такие
пропорциональный и отрегулированный так, чтобы лошадиная сила могла
быть прочитаны непосредственно из отмеченных отклонений_
показания этого прибора очень точны и имеют
показано, что при работе турбины на 9,000
оборотов Hnder давление на входе от 125 фунтов до
квадратный дюйм, и со свободным выхлопом, тормоз 200
развиваются лошадиные силы. Расход под
в этих условиях максимальный выходной вес составляет 38 фунтов.
насыщенного пара на лошадиную силу в час — очень
высокая эффективность, если учесть, что теплоперепад, измеренный термометрами, составляет всего 130 БТЕ и что преобразование энергии осуществляется в одну стадию. Поскольку на современной установке с перегревом и высоким вакуумом имеется примерно в три раза больше тепловых единиц, вышеизложенное означает потребление менее 12 фунтов на час лошадиных сил в таких турбинах, приспособленных для поглощения полного перепада. Однако при определенных условиях был получен очень высокий тепловой КПД, который показывает, что в больших машинах, основанных на этом принципе, в которых может быть обеспечен очень малый проскальзывание, потребление пара будет намного ниже и должно, Mr_ Состояния Теслы приближаются к теоретическому минимуму, что приводит к практически полному трению турбулентности.
передавая почти всю энергию расширения пара на вал.
Некоторые поразительные факты об угле
T AST год США добыли 501,5 96 378 коротких тонн угля или почти две пятых годовой добычи в мире. Этот уголь загрузил бы поезд, протянувшийся туда и обратно через Соединенные Штаты от Атлантики до Тихого океана 33 раза — поезд длиной примерно 100 000 миль. Одиннадцать лет назад Соединенные Штаты впервые обогнали Великобританию, произведя 253 741 192 тонны, что лишь немногим больше половины прошлогоднего производства. Простое увеличение добычи угля в США в 1910 г. по сравнению с 19 трлн.09-40 781 762 тонны — было больше, чем общий объем производства любой иностранной
страны, кроме Великобритании, Германии, Австрии, Венгрии или Франции.
Только это увеличение было в 1,5 раза больше. большой, как и все производство Соединенных Штатов в 1870-х годах. За исключением только Великобритании и Германии, ни Пенсильвания, ни Западная Вирджиния произвели в 1910 году больше угля, чем какая-либо другая страна. В течение последних семи или восьми десятилетних периодов добыча угля за каждое десятилетие была примерно равна всему количеству угля, добытому ранее в Соединенных Штатах.
Таким образом, за 10 лет между 1885 и — 189 гг.5 добыча составила 1 586 098 641 тонну, в то время как весь добытый до 1895 года уголь составлял всего 1 552 080 478 тонн. За 10 лет между J 895 и 1905 производство . составил 2 832 402,7 46 тонн.
в то время как весь коай, добытый до 1895 г., составлял 3 138 174 119 тонн_
Это может показаться невероятным, но при нынешних темпах роста десятилетний период между 1905 и 1915 годами покажет производство, превышающее весь уголь, добытый в Соединенных Штатах до 1905 года. В 1850 году производство угля на душу населения было немного меньше. более четверти тонны. В 1870 году производство на душу населения увеличилось почти до одной тонны; в 1890 это было 2Y тонн; в 1900 г. она составляла 3Y тонн, а в 1910 г. при населении 91 972 266 человек производство составляло почти 5112 тонн на каждого человека.
В прошлом году 725 030 человек добывали уголь в США.
Состояния. Рекорд по добыче угля в 1910 г.
сделанные, несмотря на серию забастовок, приняли участие
на 215 640 человек.
Потеря в
только заработная плата составляла почти
$30,000,000.
Количество угля, используемого для производства кокса в металлургических целях в Соединенных Штатах, составляло 52,187 450 тонн. Это дополнение к побочному коксу, полученному при переработке газа.
Общая добыча угля в США на конец 1910 составил 8 243 351 259 коротких тонн. Это плюс предполагаемые потери, связанные с добычей полезных ископаемых, дает общее истощение в 13 395 000 000 тонн. Геологическая служба США. оценивать?. первоначальные запасы угля в недрах США, за исключением Аляски, составляют 3 076 204 000 000 тонн. Этот первоначальный запас за вычетом истощения в конце 1910 г. оставляет видимый запас в размере 3 062 808 972 000 тонн, или 99,6% первоначального запаса. Другими словами, за все время, прошедшее с тех пор, как в Соединенных Штатах началась добыча угля, осадка при первоначальном предложении, включая потери при добыче, составляла менее половины одного процента. Таким образом, при нынешнем темпе добычи примерно в полмиллиарда тонн в год запасов угля в Соединенных Штатах хватит на 6000 лет.
При современных темпах роста производства. однако этих трех миллиардов тонн угля в земле хватило бы всего на несколько поколений.
Иностранные студенты в Америке
ОБРАЩАЯСЬ к Палате представителей по поводу многих новых видов деятельности дипломатической службы Соединенных Штатов, представитель Вермонта Фостер, покойный председатель комитета Палаты представителей по иностранным делам, недавно обратил внимание на усилия, предпринятые нашими дипломатическими и консульскими представителями для рекламы Соединенных Штатов. как образовательный центр, начинание, которое принесло свои плоды.
Одним из результатов этой программы стало создание два года назад в Буэнос-Айресе Университетского клуба Соединенных Штатов, благодаря которому не менее 20 молодых аргентинцев были отправлены в эту страну для получения образования. Под эгидой этого клуба читаются лекции об университетской жизни в США, иллюстрированные большим количеством соответствующих стереоскопических изображений. Сейчас ведутся переговоры об обмене школьниками между Бостонской средней школой коммерции и подготовительным отделением Университета Ла-Платы.
В настоящее время в Соединенных Штатах обучается не менее 400 латиноамериканцев, и их число неуклонно растет_
Благодаря усилиям нашего посла в Константинополе при поддержке Государственного департамента Колумбийский университет проголосовал за бесплатное обучение трех студентов ежегодно из Османской империи в течение следующих десяти лет для прохождения курсов обучения в ·a; у отделов университета. Эти студенты должны быть отобраны правительством Османской империи. по совету и одобрению посла в Константинополе.
Образование китайских студентов в Америке, вопрос, которым правительство Соединенных Штатов всегда проявляло любезный интерес, приобретает все большие масштабы. Сейчас таких студентов от 800 до 9.00. Половина из них — «государственные студенты», поддерживаемые различными китайскими провинциями и перечисляемой частью страхового фонда Boxer. Чтобы гарантировать, что студенты, приезжающие в Соединенные Штаты, не имеют серьезных недостатков, а будут полностью подготовлены к поступлению в американские колледжи, китайским правительством была создана академия в Пекине, где эти студенты получают предварительные инструкции под руководством американских преподавателей.