مقدمة وسيناريوهات التطبيق الرئيسية لمولد توربينات بيلتون

سبق أن أوضحنا أن التوربينات الهيدروليكية تنقسم إلى نوعين رئيسيين: التوربينات الصدمية والتوربينات الصدمية. كما سبق أن شرحنا تصنيف التوربينات الصدمية وارتفاعات الضغط المناسبة لها. وتنقسم التوربينات الصدمية إلى: توربينات دلوية، وتوربينات صدمية مائلة، وتوربينات مزدوجة النقر، والتي سنتناولها بالتفصيل لاحقًا.

يكون دولاب التوربين الاصطدامي دائمًا تحت ضغط الغلاف الجوي، ويتحول تدفق الماء عالي الضغط من أنبوب التوربين إلى نفاثة حرة عالية السرعة قبل دخوله التوربين. تتغير سرعة تدفق الماء، بحيث تنتقل معظم طاقته الحركية إلى الريش، مما يدفع الدولاب إلى الدوران. وخلال عملية اصطدام النفاثة بالمروحة، يبقى الضغط داخلها ثابتًا تقريبًا، وهو ما يقارب الضغط الجوي.
التوربين ذو الشفرات: يُعرف أيضًا باسم التوربين القصي، كما هو موضح في الشكل. يصطدم تيار الماء الحر عالي السرعة الخارج من الفوهة بالشفرات عموديًا على طول الاتجاه المماسي لمحيط دولاب التوربين. يُناسب هذا النوع من التوربينات محطات الطاقة الكهرومائية ذات الارتفاع العالي والتدفق المنخفض، وخاصةً عندما يتجاوز الارتفاع 400 متر. ونظرًا لمحدودية قوة الهيكل وظاهرة التكهف، فإن توربين فرانسيس غير مناسب، وغالبًا ما يُستخدم التوربين ذو الشفرات. يتراوح ارتفاع الماء المُطبق على التوربين ذي الشفرات كبير الحجم بين 300 و1700 متر، بينما يتراوح ارتفاع الماء المُطبق على التوربين ذي الشفرات صغير الحجم بين 40 و250 مترًا. حاليًا، تم استخدام أقصى ارتفاع لتوربين ذي شفرات عند 1767 مترًا (محطة ليسيك للطاقة في النمسا)، ويبلغ ارتفاع التصميم لتوربين ذي شفرات في محطة تيانهو للطاقة الكهرومائية في بلدي 1022.4 مترًا.

توربين من النوع المائل
يدخل النفث الحر من الفوهة إلى الريشة من جانب واحد من دولاب التوربين ويخرج منها من الجانب الآخر بزاوية مع مستوى دوران الدولاب. بالمقارنة مع النوع ذي الدلو، يكون تدفقه الزائد أكبر، لكن كفاءته أقل، لذا يُستخدم هذا النوع من التوربينات عادةً في محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والمتوسطة الحجم، ويتراوح الارتفاع المناسب له عادةً بين 20 و300 متر.

توربين النقر المزدوج
يصطدم تيار الماء الخارج من الفوهة بشفرات التوربين مرتين متتاليتين. يتميز هذا النوع من التوربينات ببساطة تركيبه وسهولة تصنيعه، ولكنه ذو كفاءة منخفضة وضعف في متانة شفراته. وهو مناسب فقط لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي لا تتجاوز قدرتها الإنتاجية 1000 كيلوواط، ويتراوح ارتفاع الماء المناسب لها عادةً بين 5 و100 متر.
هذه تصنيفات توربينات الصدم. يوجد عدد أقل من الفئات الفرعية لتوربينات الصدم مقارنةً بتوربينات الصدم التقليدية. مع ذلك، في المناطق ذات التفاوت الكبير في منسوب المياه، تكون توربينات الصدم أكثر فعالية، مثل نهر يارلونغ تسانغبو في بلدي، حيث يصل التفاوت إلى أكثر من 2000 متر، ومن غير العملي بناء السدود في الوقت نفسه. لذا، أصبحت توربينات الصدم الخيار الأمثل.