A Pelton-turbina (más néven Pelton-vízkerék vagy Bourdain-turbina, magyarul: Pelton-kerék vagy Pelton-turbina) egyfajta ütközőturbina, amelyet Lester W. amerikai feltaláló fejlesztett ki. Alan Pelton fejlesztette ki. A Pelton-turbinák vizet használnak az áramláshoz és a vízkerékre ütköznek, hogy energiát nyerjenek, ami eltér a hagyományos, felfelé befecskendező vízkeréktől, amelyet maga a víz súlya hajtott. Pelton terve előtt a ütközőturbinának számos különböző változata létezett, de ezek kevésbé voltak hatékonyak, mint Pelton terve. Miután a víz elhagyja a vízkereket, a víz általában még mindig sebességgel rendelkezik, így a vízkerék mozgási energiájának nagy részét elpazarolja. Pelton lapátgeometriája olyan, hogy a járókerék csak nagyon alacsony sebességgel hagyja el a járókereket, miután a vízsugár sebességének felével forgott; ezért Pelton terve szinte teljes egészében a víz ütközési energiáját ragadja meg, így nagy hatékonyságú vízturbinával rendelkezik.
Miután a nagy hatékonyságú, nagy sebességű vízáram belép a csővezetékbe, az erős vízoszlop a tűszelepen keresztül a mozgó kerék vödör alakú ventilátorlapátjaihoz jut, hogy meghajtsa a mozgó kereket. Ezt ütköző ventilátorlapátoknak is nevezik, ezek körülveszik a hajtókerék kerületét, és együttesen hajtókeréknek nevezik őket. (Részletekért lásd a fotót, Vintage Pelton turbina). Ahogy a vízsugár a ventilátorlapátokra ütközik, a víz áramlási iránya a vödör alakja miatt megváltozik. A víz ütközési ereje nyomatékot fejt ki a vízvödörre és a mozgó kerékrendszerre, és ezt felhasználja a mozgó kerék forgatására; maga a víz áramlási iránya „irreverzibilis”, a vízáramlás kimenete a vízvödörön kívülre esik, és a víz áramlási sebessége nagyon alacsonyra csökken. E folyamat során a folyadéksugár lendülete átkerül a mozgó kerékre, majd onnan a vízturbinára. Tehát a „lökéshullám” valóban munkát végezhet a turbinának. A turbina munkájának teljesítményének és hatékonyságának maximalizálása érdekében a rotor és a turbina rendszer úgy van kialakítva, hogy megduplázza a vödörre jutó folyadéksugár sebességét. A folyadéksugár eredeti mozgási energiájának nagyon kis része marad a vízben, ami miatt a vödör ugyanolyan sebességgel ürül ki és töltődik fel (lásd a tömegmegmaradás törvényét), így a nagynyomású bemeneti folyadék megszakítás nélkül tovább fecskendezhető. Nincs szükség energiapazarlásra. Általában két vödröt szerelnek egymás mellé a rotoron, ami lehetővé teszi a vízáramlás két egyenlő csőre osztását a befecskendezéshez (lásd a képet). Ez a konfiguráció kiegyensúlyozza a rotorra ható oldalirányú terhelési erőket, és segít biztosítani a sima járást, miközben a folyadéksugarak mozgási energiája is átkerül a hidroturbina rotorjára.
Mivel a víz és a legtöbb folyadék szinte összenyomhatatlan, a rendelkezésre álló energia szinte teljes egésze az első szakaszban keletkezik, miután a folyadék a turbinába áramlik. A Pelton-turbinák ezzel szemben csak egy mozgó kerékszakasszal rendelkeznek, ellentétben a gázturbinákkal, amelyek összenyomható folyadékokkal működnek.
Gyakorlati alkalmazások A Pelton-turbinák az egyik legjobb turbinatípus a vízenergia-termeléshez, és a legmegfelelőbb turbinatípus azokban a környezetekben, amikor a rendelkezésre álló vízforrás nagyon magas fejmagassággal és alacsony áramlási sebességgel rendelkezik. Ezért nagy fejmagasságú és alacsony áramlási sebességű környezetben a Pelton-turbina a leghatékonyabb, még ha két áramra osztják is, elméletileg ugyanazt az energiát tartalmazza. A két befecskendező áramhoz használt vezetékeknek is hasonló minőségűeknek kell lenniük, amelyek közül az egyikhez hosszú, vékony cső, a másikhoz pedig rövid, széles cső szükséges. A Pelton-turbinák minden méretű telephelyen telepíthetők. Már léteznek vízerőművek hidraulikus függőleges tengelyű Pelton-turbinákkal a tonna osztályban. Legnagyobb telepítési egysége akár 200 MW is lehet. A legkisebb Pelton-turbinák viszont csak néhány hüvelyk szélesek, és energiát lehet kinyerni olyan patakokból, amelyek percenként csak néhány gallont áramlanak. Egyes háztartási vízvezeték-rendszerek Pelton típusú vízkerekeket használnak a vízellátáshoz. Ezeket a kis Pelton-turbinákat 9,1 m-es vagy annál nagyobb fejmagasságban ajánlott használni jelentős energia előállításához. Jelenleg, a vízhozam és a kialakítás szerint, a Pelton-turbina telepítési helyének fejmagassága előnyösen 14,9 és 1799,8 méter (49 és 5905 láb) között van, de jelenleg nincs elméleti korlát.
Közzététel ideje: 2022. április 2.
