Далее, пойдет речь об использовании турбины Тесла в качестве РДВС (роторного двигателя внутреннего сгорания). Именно эту цель я преследую. В общем виде реализация этой идеи выглядит следующем образом: к соплу турбины крепится камера сгорания, которая имеет свечу зажигания, окно подачи топлива и окно для подачи воздуха. Окна снабжается створчатыми клапанами Тесла, которые не имеет движущихся частей. Думаю, несколько слов об этом, на мой взгляд, интереснейшем изобретении будут не лишними. Тем более, без понимания принципа работы створчатого клапана, будет трудно понять работу устройства в целом.
На рисунке ниже схематически изображен створчатый клапан, который имеет корпус 1, группу полостей 2, имеющих определенную форму, и расположенных напротив друг друга с определенным смещением, посредством которых, поток разворачивается на 180?, группу створок 3, служащих для разделения потока. А так же входной и выходной штуцеры 4,5, соответственно.
Оригинальное изображение.
3D модель (большинство створок не показано)
Основная идея этого устройства заключается в разделении потока и перенаправлении одной его части навстречу другой. Хорошее клапанное действие это устройство может обеспечить только в импульсном режиме. На рисунке пунктирными стрелками показано, как будет проходить поток 7 с разных сторон клапана. Понятно, что когда поток проходит от штуцера 5 к штуцеру 4, сопротивление его движению – минимально. Поток отклоняется не более чем на 10-12?. Но если поток движется в обратном направлении, от 4 к 5 – сопротивление увеличивается на несколько порядков, за счет внезапных изменений направления и скорости. Чем внезапнее и сильнее растет давление, тем лучше клапанный эффект. Теме створчатого клапана посвящена отдельная статья Итак, вернемся к основной теме. Сам Н. Тесла видел реализацию данного проекта следующим образом (цитата из патента №1329559):
«Чертеж вертикальное поперечное сечение турбины, любого типа, данном случае изобретенную описанную мной и, надеюсь, которая станет обычной инженеров. Установленный ротор 21 состоит плоских пластин, которые приводятся движение рабочей жидкостью, входящей систему тангенциально периферии покидая центре. Такая машина – термодинамический трансформатор мощности, отличный от любых первичных двигателей. Как показывает практика, каждый отдельный диск ротора способен выполнять также много работы, как целое лопастное колесо. Кроме того, имеет ряд других преимуществ, что делает ее особенно применимой для работы качестве двигателя внутреннего Можно использовать различные решения, но самый простой и наиболее прямой способ, которого мне известен, показан здесь. Ссылаясь опять на чертеж, верхней части корпуса турбины 22 закреплена центральная 23, 24, из формируется камера сгорания. Чтобы не допустить чрезмерного используется дополнительная полость 25 вокруг сгорания, в которой циркулирует охлаждающая жидкость, водяной впрыск, если эти средства нежелательны, может быть использовано воздушное охлаждение, это все тем сильнее необходимо, чем выше используемые температуры. Верхняя часть камеры сгорания закрыта пластиной 26 с устройством получения искры или специальным проводом нагрева 27, по сторонам подсоединены два створчатых клапана 5, связанные с центральной камерой 24. Один из них, нормально, открыт в атмосферу, а другой подсоединен к источнику топлива через газопровод 28. Низ камеры сгорания заканчивается соответствующим соплом 29, которое состоит из разделенных частей жаропрочного материала. Для регулировки поступления взрывных компонентов и гарантии правильной смеси воздуха и газа каналы снабжены, соответственно, вентилями 30 и 31. Выходные окна 32 ротора должны быть связаны с вентилятором, предпочтительно расположенном на том же валу и имеющем любую подходящую конструкцию. Его использование, в любом случае выгодно, но не обязательно, всасывание производится и ротором турбины, что достаточно для обеспечения надлежащей работы. Эта деталь упущена из чертежа как несущественная для понимания. Но несколько слов необходимо сказать для пояснения режимов работы. Когда воздушный клапан 30 открыт искрение устанавливается поперек клемм 27, газ поступает, медленно смешиваясь в камере 24 , достигая критического состояния, и воспламеняется. Оба канала работают по отношению к утечке, как закрытые клапаны, продукты сгорания выходят через сопло 29, получая большую скорость и, сообщая импульс ротору 21, запуская его в движение. После утихания взрыва, давление в камере падает ниже атмосферного, посредством насосного действия ротора или вентилятора, и новая смесь поступает в камеру, отчищая полость и каналы, которая детонирует как и ранее, и так далее. При этом непрерывные импульсы движения жидкости производят почти непрерывное вращательное усилие. Через короткий промежуток времени камера нагревается настолько, что воспламеняющие устройство может быть отключено без изменения установленного режима. Описанный выше способ имеет недостаток - при старте турбины необходимо использование чрезмерно большой камеры сгорания, которая не желательна с точки зрения экономичности. Это не только влечет за собой увеличение потерь тепла, но и при этом взрывы не могут следовать один за другим с такой скоростью, какая необходима для обеспечения наилучшего клапанного действия. Для небольшой камеры необходимы дополнительные средства для старта, например сжатый воздух, что позволит получить очень высокую скорость последовательности взрывов. Частота будет тем большей, чем сильнее всасывание, и возможно, при определенных условиях, получить сотни и даже тысячи за секунду. Вместо одной может быть использовано несколько камер для целей охлаждения, а также для увеличения числа действующих импульсов и отдачи машины. Устройство, показанное на чертеже, обладает преимуществами высокой простоты, точности и надежности, там нет компрессора, лопастей или сложных клапанных механизмов. Оно также позволяет, с использованием различных дополнений, использовать разные виды топлива и получить автономный, мощный, легкий и компактный двигатель внутреннего сгорания для общей работы. Когда достижение высокой эффективности – основная цель, например, в машинах больших размеров, взрывные компоненты должны поставляться под высоким давлением, а также должно быть создано поддержание вакуума на выпуске. Такое устройство вполне обычно и просто применимо к этим улучшениям, поэтому я не буду подробнее останавливаться на этом».
Этой цитатой я хочу сказать, что у меня нет не единого сомнения, в осуществимости данного проекта. Сама по себе турбина, как устройство, имеет очень высокую эффективность, и не требует сложных доработок. Используя современные материалы и высокоточные методы обработки, в сочетании с современными методами сжигания топлива можно добиться огромных результатов. С помощью электронных систем управления можно будет добиться максимальной эффективности, и экономичности. Конечно, для более полного изучения происходящих процессов нужно провести немало испытаний и тестов, но, в общем, эта турбина может заменить поршневой ДВС. Преимущества данного устройства неоспоримы: простота конструкции, малый вес, высокая эффективность, возможность использования разных видов топлива. Для примера ниже приведу некоторые цифры. В начале 20го века экспериментальная турбина Теслы весом примерно 20кг развивала мощность 110л.с. на 9000об.\мин. И это, естественно, не придел. По словам Н.Теслы, мощность этого типа турбины ограничивается лишь характеристиками материалов, и может достигать огромной величины, механический КПД этой турбины достигает 95%. А отношение мощности к единице веса просто ошеломляющие – 5,5л.с./кг., и это при использовании старых технологий! Однако, не путайте КПД преобразования кинетической энергии потока, с КПД процесса сжигания топлива. Думаю, что общий КПД может достичь 70-80%, от таких показателей далеки даже самые лучшие дизели.
