Ο στρόβιλος Pelton (επίσης μεταφρασμένος: Υδροτροχός Pelton ή Τουρμπίνα Bourdain, Αγγλικά: Τροχός Pelton ή Τουρμπίνα Pelton) είναι ένα είδος κρουστικού στροβίλου, ο οποίος αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό εφευρέτη Lester W. Αναπτύχθηκε από τον Alan Pelton. Οι στρόβιλοι Pelton χρησιμοποιούν νερό για να ρέει και να χτυπά τον υδροτροχό για να αποκτήσει ενέργεια, η οποία διαφέρει από τον παραδοσιακό υδροτροχό ανοδικής έγχυσης που κινείται από το βάρος του ίδιου του νερού. Πριν από τη δημοσίευση του σχεδίου του Pelton, υπήρχαν αρκετές διαφορετικές εκδόσεις του υδροστροβίλου πρόσκρουσης, αλλά ήταν λιγότερο αποτελεσματικές από το σχέδιο του Pelton. Αφού το νερό εγκαταλείψει τον υδροτροχό, το νερό συνήθως εξακολουθεί να έχει ταχύτητα, σπαταλώντας μεγάλο μέρος της κινητικής ενέργειας του υδροτροχού. Η γεωμετρία των πτερυγίων του Pelton είναι τέτοια ώστε η πτερωτή να εγκαταλείπει την πτερωτή μόνο με πολύ χαμηλή ταχύτητα αφού λειτουργεί με τη μισή ταχύτητα του πίδακα νερού. Επομένως, ο σχεδιασμός του Pelton καταγράφει σχεδόν εξ ολοκλήρου την ενέργεια κρούσης του νερού, έτσι ώστε να έχει έναν υδροστρόβιλο υψηλής απόδοσης.
Αφού η ροή νερού υψηλής απόδοσης και υψηλής ταχύτητας εισέλθει στον αγωγό, η ισχυρή στήλη νερού κατευθύνεται προς τα πτερύγια ανεμιστήρα σε σχήμα κάδου στον κινούμενο τροχό μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας για να κινήσει τον κινούμενο τροχό. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως πτερύγια ανεμιστήρα πρόσκρουσης, περιβάλλουν την περιφέρεια του κινητήριου τροχού και ονομάζονται συλλογικά κινητήριος τροχός. (Δείτε τη φωτογραφία για λεπτομέρειες, Vintage Pelton Turbine). Καθώς ο πίδακας νερού προσκρούει στα πτερύγια του ανεμιστήρα, η κατεύθυνση ροής του νερού θα αλλάξει λόγω του σχήματος του κάδου. Η δύναμη της πρόσκρουσης του νερού θα ασκήσει μια ροπή στον κάδο νερού και στο σύστημα κινούμενων τροχών και θα τη χρησιμοποιήσει για να περιστρέψει τον κινούμενο τροχό. Η κατεύθυνση ροής του ίδιου του νερού είναι «μη αναστρέψιμη» και η έξοδος ροής νερού βρίσκεται έξω από τον κάδο νερού και ο ρυθμός ροής της ροής του νερού θα μειωθεί σε πολύ χαμηλή ταχύτητα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η ορμή του πίδακα ρευστού θα μεταφερθεί στον κινούμενο τροχό και από εκεί στον υδροστρόβιλο. Έτσι, το «κρουστικό» μπορεί πράγματι να κάνει έργο για τον στρόβιλο. Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ισχύς και η απόδοση του έργου της τουρμπίνας, το σύστημα ρότορα και τουρμπίνας έχει σχεδιαστεί για να διπλασιάσει την ταχύτητα του πίδακα ρευστού στον κάδο. Και ένα πολύ μικρό ποσοστό της αρχικής κινητικής ενέργειας του πίδακα ρευστού θα παραμείνει στο νερό, γεγονός που κάνει τον κάδο να αδειάζει και να γεμίζει με την ίδια ταχύτητα (βλ. διατήρηση μάζας), έτσι ώστε το υγρό εισόδου υψηλής πίεσης να μπορεί να συνεχίσει να εγχέεται χωρίς διακοπή. Δεν χρειάζεται να σπαταλιέται ενέργεια. Συνήθως, δύο κάδοι θα τοποθετούνται δίπλα-δίπλα στον ρότορα, κάτι που θα επιτρέπει τη διαίρεση της ροής του νερού σε δύο ίσους σωλήνες για εκτόξευση (βλ. εικόνα). Αυτή η διαμόρφωση εξισορροπεί τις πλευρικές δυνάμεις φορτίου στον ρότορα και βοηθά στη διασφάλιση της ομαλότητας, ενώ η κινητική ενέργεια από τους πίδακες ρευστού μεταφέρεται επίσης στον ρότορα της υδροστροβίλου.
Δεδομένου ότι το νερό και τα περισσότερα υγρά είναι σχεδόν ασυμπίεστα, σχεδόν όλη η διαθέσιμη ενέργεια δεσμεύεται στο πρώτο στάδιο, αφού το ρευστό ρέει στον στρόβιλο. Οι στρόβιλοι Pelton, από την άλλη πλευρά, έχουν μόνο ένα κινούμενο τμήμα τροχού, σε αντίθεση με τους αεριοστροβίλους που λειτουργούν με συμπιέσιμα ρευστά.
Πρακτικές εφαρμογές Οι στρόβιλοι Pelton είναι ένας από τους καλύτερους τύπους στροβίλων για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας και είναι ο καταλληλότερος τύπος στροβίλου για το περιβάλλον όταν η διαθέσιμη πηγή νερού έχει πολύ υψηλά ύψη κεφαλής και χαμηλούς ρυθμούς ροής. Επομένως, σε περιβάλλον υψηλού κεφαλής και χαμηλής ροής, ο στρόβιλος Pelton είναι ο πιο αποτελεσματικός, ακόμη και αν χωριστεί σε δύο ρεύματα, εξακολουθεί να περιέχει την ίδια ενέργεια θεωρητικά. Επίσης, οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται για τα δύο ρεύματα έγχυσης πρέπει να είναι συγκρίσιμης ποιότητας, ο ένας από τους οποίους απαιτεί έναν μακρύ λεπτό σωλήνα και ο άλλος έναν κοντό φαρδύ σωλήνα. Οι στρόβιλοι Pelton μπορούν να εγκατασταθούν σε τοποθεσίες όλων των μεγεθών. Υπάρχουν ήδη υδροηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας με υδραυλικούς στροβίλους Pelton κάθετου άξονα στην κατηγορία των τόνων. Η μεγαλύτερη μονάδα εγκατάστασής τους μπορεί να φτάσει τα 200 MW. Οι μικρότεροι στρόβιλοι Pelton, από την άλλη πλευρά, έχουν πλάτος μόνο μερικές ίντσες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή ενέργειας από ρεύματα που ρέουν μόνο μερικά γαλόνια ανά λεπτό. Ορισμένα οικιακά υδραυλικά συστήματα χρησιμοποιούν υδροτροχούς τύπου Pelton για την παροχή νερού. Αυτές οι μικρές ανεμογεννήτριες Pelton συνιστώνται για χρήση σε ύψη κεφαλής 9,1 m ή περισσότερο για την παραγωγή σημαντικής ισχύος. Προς το παρόν, ανάλογα με τη ροή και τον σχεδιασμό του νερού, το ύψος κεφαλής του σημείου εγκατάστασης της ανεμογεννήτριας Pelton κυμαίνεται κατά προτίμηση από 14,9 έως 1799,8 μέτρα, αλλά προς το παρόν δεν υπάρχει θεωρητικό όριο.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Απριλίου 2022
