Pelton-turbiini (myös käännettynä: Peltonin vesiratas tai Bourdain-turbiini, englanniksi: Pelton-pyörä tai Pelton-turbiini) on eräänlainen iskuturbiini, jonka kehitti amerikkalainen keksijä Lester W. W. Alan Pelton. Pelton-turbiinit käyttävät vettä virtaukseen ja osuvat vesirattaaseen energian saamiseksi, mikä eroaa perinteisestä ylöspäin ruiskuttavasta vesirattaasta, jota käyttää itse veden paino. Ennen Peltonin suunnittelun julkaisemista oli olemassa useita erilaisia törmäysturbiiniversioita, mutta ne olivat vähemmän tehokkaita kuin Peltonin suunnittelu. Kun vesi poistuu vesirattaasta, vedellä on yleensä edelleen nopeus, mikä hukkaa suuren osan vesirattaan liike-energiasta. Peltonin siipigeometria on sellainen, että juoksupyörä poistuu juoksupyörästä vain hyvin alhaisella nopeudella käytyään puolella vesisuihkun nopeudesta; siksi Peltonin suunnittelu tallentaa veden iskuenergian lähes kokonaan, joten sillä on erittäin tehokas vesiturbiini.
Kun tehokas ja nopea vesivirtaus tulee putkistoon, voimakas vesipatsas ohjataan neulaventtiilin kautta liikkuvan pyörän kauhanmuotoisiin tuulettimen lapoihin pyörittämään liikkuvaa pyörää. Tätä kutsutaan myös törmäystuulettimen lapoiksi. Ne ympäröivät vetopyörän kehää ja niitä kutsutaan yhteisesti vetopyöräksi. (Katso lisätietoja kuvasta, Vintage Pelton -turbiini). Kun vesisuihku osuu tuulettimen lapoihin, veden virtaussuunta muuttuu kauhan muodon vuoksi. Veden iskuvoima kohdistaa momentin vesisäiliöön ja liikkuvaan pyöräjärjestelmään ja käyttää tätä pyörittämään liikkuvaa pyörää. Itse veden virtaussuunta on "peruuttamaton", ja veden virtausaukko on vesisäiliön ulkopuolella, ja veden virtausnopeus laskee hyvin alhaiseksi. Tämän prosessin aikana nestesuihkun liikemäärä siirtyy liikkuvaan pyörään ja sieltä vesiturbiiniin. Joten "isku" voi todellakin tehdä työtä turbiinille. Turbiinin työn tehon ja hyötysuhteen maksimoimiseksi roottori ja turbiinijärjestelmä on suunniteltu kaksinkertaistamaan nestesuihkun nopeus kauhaan. Ja hyvin pieni osa nestesuihkun alkuperäisestä liike-energiasta jää veteen, mikä saa kauhan tyhjenemään ja täyttymään samalla nopeudella (katso massan säilyminen), jotta korkeapaineista syöttönestettä voidaan jatkaa ruiskuttamiseen keskeytyksettä. Energiaa ei tarvitse tuhlata. Yleensä roottoriin asennetaan kaksi kauhaa vierekkäin, jolloin vesivirtaus voidaan jakaa kahteen yhtä suureen putkeen suihkutusta varten (katso kuva). Tämä kokoonpano tasapainottaa roottoriin kohdistuvia sivuttaiskuormitusvoimia ja auttaa varmistamaan tasaisuuden, samalla kun nestesuihkujen liike-energia siirtyy myös hydroturbiinin roottoriin.
Koska vesi ja useimmat nesteet ovat lähes kokoonpuristumattomia, lähes kaikki käytettävissä oleva energia talteenotetaan ensimmäisessä vaiheessa sen jälkeen, kun neste virtaa turbiiniin. Pelton-turbiineissa on puolestaan vain yksi liikkuva pyöräosa, toisin kuin kokoonpuristuvilla nesteillä toimivissa kaasuturbiineissa.
Käytännön sovellukset Pelton-turbiinit ovat yksi parhaista turbiinityypeistä vesivoiman tuotantoon ja sopivin turbiinityyppi ympäristöön, jossa käytettävissä olevalla vesilähteellä on erittäin korkeat nostokorkeudet ja alhaiset virtausnopeudet. Siksi korkean nostokorkeuden ja alhaisen virtauksen ympäristössä Pelton-turbiini on tehokkain, vaikka se jaettaisiin kahteen virtaukseen, se sisältää teoriassa silti saman energian. Myös kahden ruiskutusvirran putkien on oltava laadultaan vertailukelpoisia, joista toinen vaatii pitkän, ohuen putken ja toinen lyhyen, leveän putken. Pelton-turbiineja voidaan asentaa kaikenkokoisiin kohteisiin. Tonnin luokassa on jo vesivoimalaitoksia, joissa on hydrauliset pystyakseliset Pelton-turbiinit. Sen suurin asennusyksikkö voi olla jopa 200 MW. Pienimmät Pelton-turbiinit ovat puolestaan vain muutaman tuuman levyisiä ja niitä voidaan käyttää energian ottamiseksi puroista, jotka virtaavat vain muutaman gallonan minuutissa. Joissakin kotitalouksien LVI-järjestelmissä käytetään Pelton-tyyppisiä vesirattaita veden toimittamiseen. Näitä pieniä Pelton-turbiineja suositellaan käytettäväksi vähintään 9,1 metrin (30 jalan) nostokorkeudella merkittävän tehon tuottamiseksi. Tällä hetkellä Pelton-turbiinin asennuspaikan nostokorkeus on veden virtauksesta ja suunnittelusta riippuen mieluiten 14,9–1 799,8 metriä (49–5 905 jalkaa), mutta teoreettista rajaa ei ole tällä hetkellä.
Julkaisun aika: 02.04.2022
