Turbina Peltona: historia, działanie, aplikacja
Turbina Peltona, znana również jako tangencjalne koło wodne lub koło Peltona, została wynaleziona przez amerykańskiego Lestera Allena Peltona w latach 70. XIX w. Chociaż kilka typów turbin zostało stworzonych przed typem Peltona, nadal jest ono najczęściej używane. obecnie za jego skuteczność.
Jest to turbina z turbiną impulsową lub hydrauliczną, która ma prostą i zwartą konstrukcję, ma kształt koła, składający się głównie z kubełków, deflektorów lub podzielonych ruchomych łopatek, rozmieszczonych wokół jego obwodu.
Ostrza mogą być umieszczone pojedynczo lub przymocowane do centralnej piasty lub całe koło może być umieszczone w jednym kompletnym elemencie. Aby zadziałać, przekształca energię płynu w ruch, który powstaje, gdy strumień wody o dużej prędkości uderza w ruchome ostrza, powodując jego obrót i rozpoczęcie pracy.
Jest on zwykle używany do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach wodnych, gdzie dostępny zbiornik na wodę znajduje się na pewnej wysokości nad turbiną.
Historia
Koła hydrauliczne powstały z pierwszych kół, które były używane do czerpania wody z rzek i były poruszane przez wysiłek człowieka lub zwierząt.
Koła te pochodzą z II wieku pne, kiedy do obwodu koła dodano wiosła. Zaczęto stosować koła hydrauliczne, gdy odkryto możliwość wykorzystania energii prądów do obsługi innych maszyn, obecnie znanych jako maszyny wirnikowe lub maszyny hydrauliczne.
Turbina impulsowa Peltona pojawiła się dopiero w 1870 roku, kiedy górnik Lester Allen Pelton z USA wdrożył pierwszy mechanizm z kołami do pobierania wody, podobnie jak młyn, a następnie wdrożył silniki parowe.
Mechanizmy te zaczęły przedstawiać awarie w ich działaniu. Stamtąd Pelton pomyślał o zaprojektowaniu kół hydraulicznych z łopatkami lub łopatkami, które z dużą prędkością odbierają uderzenie wody.
Zauważył, że strumień uderzył w krawędź łopatek zamiast w jego środek iw rezultacie przepływ wody pozostał w przeciwnym kierunku, a turbina nabrała większej prędkości, stając się bardziej wydajną metodą. Fakt ten opiera się na zasadzie, według której energia kinetyczna wytwarzana przez strumień jest konserwowana i może być wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej.
Pelton jest uważany za ojca energii wodnej, ze względu na jego znaczący wkład w rozwój energetyki wodnej na całym świecie. Jego wynalazek pod koniec lat 70. XIX wieku, nazwany przez niego jako Pelton Runner, został uznany za najbardziej efektywną konstrukcję turbiny impulsowej.
Później Lester Pelton opatentował swoje koło iw roku 1888 utworzył Pelton Water Wheel Company w San Francisco. „Pelton” jest zastrzeżonym znakiem towarowym produktów tej firmy, ale termin ten jest używany do identyfikacji podobnych turbin impulsowych.
Następnie pojawiły się nowe projekty, takie jak opatentowana w 1919 r. Turbina Turgo i turbina Banki inspirowana modelem koła Peltona.
Działanie turbiny Peltona
Istnieją dwa rodzaje turbin: turbina reakcyjna i turbina impulsowa. W turbinie reakcyjnej spływ odbywa się pod ciśnieniem zamkniętej komory; na przykład prosty zraszacz ogrodowy.
W turbinie impulsowej typu Pelton, gdy kubły umieszczone na obwodzie koła bezpośrednio odbierają wodę z dużą prędkością, aktywują ruch obrotowy turbiny, przekształcając energię kinetyczną w energię dynamiczną.
Chociaż zarówno energia kinetyczna, jak i energia ciśnienia są wykorzystywane w turbinie reakcyjnej i chociaż cała energia dostarczana w turbinie impulsowej jest kinetyczna, działanie obu turbin zależy od zmiany prędkości wody, tak, że wywiera siłę dynamiczną w tym obracającym się elemencie.
Aplikacja
Na rynku istnieje duża różnorodność turbin o różnych rozmiarach, jednak zaleca się stosowanie turbiny typu Pelton o wysokości od 300 metrów do około 700 metrów lub więcej.
Małe turbiny są wykorzystywane do celów domowych. Dzięki dynamicznej energii generowanej przez prędkość wody, może ona łatwo wytwarzać energię elektryczną w taki sposób, że te turbiny są najczęściej wykorzystywane do działania elektrowni wodnych.
Na przykład elektrownia wodna Bieudron w kompleksie tamy Grande Dixence położonym w Alpach Szwajcarskich w kantonie Wallis w Szwajcarii.
Zakład ten rozpoczął produkcję w 1998 r., Mając dwa rekordy świata: ma najmocniejszą turbinę Peltona na świecie i najwyższą głowicę wykorzystywaną do produkcji energii hydroelektrycznej.
W obiekcie znajdują się trzy turbiny Peltona, każda o wysokości około 1869 metrów i natężeniu przepływu 25 metrów sześciennych na sekundę, o wydajności większej niż 92%.
W grudniu 2000 r. Brama zapory Cleuson-Dixence, która zasila turbiny Peltona w Bieudron, pękła na 1234 metrach, wymuszając zamknięcie elektrowni.
Pęknięcie miało 9 metrów długości i 60 centymetrów szerokości, powodując, że przepływ przez zerwanie przekroczył 150 metrów sześciennych na sekundę, to znaczy miał szybkie uwolnienie dużej ilości wody pod wysokim ciśnieniem, niszcząc jego przejście 100 hektarów w przybliżeniu pastwisk, sadów, lasów, mycie kilku domków i obór położonych wokół tego obszaru.
Przeprowadzili wielkie śledztwo w sprawie wypadku, w wyniku czego prawie całkowicie przeprojektowano wymuszoną rurę. Podstawowa przyczyna pęknięcia jest nadal nieznana.
Przeprojektowanie wymagało ulepszenia wyłożenia rury i ulepszenia gleby wokół wymuszonej rury w celu zmniejszenia przepływu wody między rurą a skałą.
Uszkodzona część wymuszonej rury została przekierowana z poprzedniej lokalizacji w celu znalezienia nowej skały, która była bardziej stabilna. Przeprojektowana konstrukcja bramy została ukończona w 2009 roku.
Obiekt Bieudron nie działał po tym wypadku, dopóki w pełni nie wznowił działalności w styczniu 2010 roku.
