Турбина на Пелтон: история, работа, приложение

Турбината на Пелтон, известна още като тангенциално водно колело или колело Пелтън, е изобретен от американския Лестър Алън Пелтън през 1870 г. Въпреки че няколко вида турбини са създадени преди типа на Пелтън, той все още е най-широко използваният. ефективност.

Това е турбина от импулсна или хидравлична турбина, която има проста и компактна конструкция, има форма на колело, съставена главно от кофи, дефлектори или разделени подвижни крила, разположени около периферията му.

Ножовете могат да бъдат поставени индивидуално или прикрепени към централната главина, или цялото колело може да бъде поставено в една пълна част. За да работи, тя преобразува енергията на флуида в движение, което се генерира, когато струя вода с висока скорост удари движещите се остриета, предизвиквайки я да се върти и да започне да работи.

Обикновено се използва за производство на електроенергия във водноелектрически централи, където наличният резервоар за вода се намира на определена височина над турбината.

история

Хидравличните колела са родени от първите колела, които са били използвани за изтегляне на вода от реките и са били движени от усилията на човека или животните.

Тези колела датират от втория век пр. Хр., Когато са добавяли гребла към обиколката на колелото. Започнаха да се използват хидравлични колела, когато беше открита възможността да се използва енергията на токовете за работа с други машини, известни като турбомашини или хидравлични машини.

Импулсната турбина на Пелтън не се появява до 1870 г., когато миньорът Лестър Алън Пелтън от САЩ произвежда първия механизъм с колела за изтегляне на вода, подобно на мелница, след което реализира парни двигатели.

Тези механизми започнаха да представят провали в тяхната работа. Оттам Пелтън се замисли за проектиране на хидравлични колела с остриета или лопатки, които получават удар на вода с висока скорост.

Той забелязал, че струята е ударила ръба на лопатките вместо в центъра и в резултат на това потокът вода останал в обратна посока и турбината придобила по-голяма скорост, превръщайки се в по-ефективен метод. Този факт се основава на принципа, по който кинетичната енергия, произведена от струята, се запазва и може да се използва за генериране на електрическа енергия.

Пелтън се счита за бащата на водноелектрическата енергия, заради значителния си принос за развитието на водноелектрически централи в целия свят. Изобретението му в края на 1870-те години, наречено от него като Пелтън бегач, е признато за най-ефективния дизайн на импулсната турбина.

По-късно Лестър Пелтън патентова колелото си и през 1888 г. сформира компанията Pelton Water Wheel в Сан Франциско. "Пелтон" е регистрирана търговска марка на продуктите на това дружество, но терминът се използва за идентифициране на подобни импулсни турбини.

Впоследствие се появиха нови дизайни, като турбината Turgo, патентована през 1919 г., и турбината Banki, вдъхновена от модела на колелото на Пелтон.

Работа на турбината Пелтон

Има два вида турбини: реакционна турбина и импулсна турбина. В реакционната турбина оттичането се извършва под налягане на затворена камера; например, обикновена градинска пръскачка.

В импулсната турбина от типа на Пелтън, когато кофите, разположени по периферията на колелото, директно получават водата с висока скорост, те активират въртенето на турбината, превръщайки кинетичната енергия в динамична енергия.

Въпреки че в реакционната турбина се използват както кинетичната енергия, така и енергията на налягането, и въпреки че цялата енергия, доставена в импулсната турбина, е кинетична, затова работата на двете турбини зависи от промяната на скоростта на водата, така, че да упражнява динамична сила в този въртящ се елемент.

приложение

На пазара има голямо разнообразие от турбини с различни размери, но се препоръчва да се използва турбина тип Pelton с височина от 300 метра до около 700 метра или повече.

Малките турбини се използват за битови цели. Благодарение на динамичната енергия, генерирана от скоростта на водата, тя може лесно да произвежда електрическа енергия по такъв начин, че тези турбини да се използват предимно за експлоатация на водноелектрически централи.

Например, водноелектрическата централа Bieudron в комплекса на язовир Grande Dixence, разположена в швейцарските Алпи в кантона Вале, Швейцария.

Това предприятие започва своето производство през 1998 г. с два световни рекорда: има най-мощната пелтонова турбина в света и най-високата глава, използвана за производство на водноелектрическа енергия.

Съоръжението разполага с три турбини Пелтън, всяка от които работи на височина приблизително 1869 метра и дебит от 25 кубични метра в секунда, работещи с ефективност по-голяма от 92%.

През декември 2000 г. портата на язовира Cleuson-Dixence, която захранва турбините на Пелтон в Bieudron, се счупи на 1234 метра, принуждавайки затварянето на електроцентралата.

Разривът беше дълъг 9 метра и широк 60 сантиметра, което доведе до прекъсване на потока през 150 кубични метра в секунда, т.е. имаше бързо освобождаване на голямо количество вода при високо налягане, унищожавайки преминаването му на 100 хектара приблизително от пасища, овощни градини, гори, измиване на няколко хижи и хамбари, разположени около тази област.

Те направиха голямо разследване за инцидента, в резултат на което почти изцяло преработиха принудителната тръба. Основната причина за разкъсването все още не е известна.

Редизайнът изисква подобрения в облицовката на тръбата и подобряване на почвата около принудителната тръба, за да се намали притока на вода между тръбата и скалата.

Повредената част на принудителната тръба беше пренасочена от предишното местоположение, за да се намери нова скала, която е по-стабилна. Преустроената конструкция на вратата е завършена през 2009 година.

Съоръжението Bieudron не функционира след този инцидент, докато не възобнови дейността си през януари 2010 г.