Պելտոնի տուրբինի ընդհանուր տեսքը և նախագծման սկզբունքները

Պելտոնի տուրբինը (նաև թարգմանաբար՝ Պելտոնի ջրանիվ կամ Բուրդենի տուրբին, անգլերեն՝ Պելտոնի անիվ կամ Պելտոնի տուրբին) հարվածային տուրբինի տեսակ է, որը մշակվել է ամերիկացի գյուտարար Լեսթեր Վ.-ի կողմից։ Մշակվել է Ալան Պելտոնի կողմից։ Պելտոնի տուրբիններն օգտագործում են ջուրը հոսելու և ջրանիվին հարվածելու համար՝ էներգիա ստանալու համար, որը տարբերվում է ջրի քաշով շարժվող ավանդական վերև ներարկվող ջրանիվից։ Մինչև Պելտոնի նախագծի հրապարակումը գոյություն ունեին հարվածային տուրբինի մի քանի տարբեր տարբերակներ, բայց դրանք պակաս արդյունավետ էին, քան Պելտոնի նախագիծը։ Ջրանիվից դուրս գալուց հետո ջուրը սովորաբար դեռևս պահպանում է արագությունը՝ վատնելով ջրանիվների կինետիկ էներգիայի մեծ մասը։ Պելտոնի թիակի երկրաչափությունն այնպիսին է, որ թևը թևից դուրս է գալիս միայն շատ ցածր արագությամբ՝ ջրային շիթից կես արագությամբ աշխատելուց հետո։ Հետևաբար, Պելտոնի նախագիծը գրեթե ամբողջությամբ որսում է ջրի հարվածային էներգիան, այնպես որ այն ունի բարձր արդյունավետությամբ ջրային տուրբին։

Երբ բարձր արդյունավետությամբ բարձր արագությամբ ջրի հոսքը մտնում է խողովակաշար, ուժեղ ջրի սյունը ասեղային փականի միջոցով ուղղվում է շարժվող անիվի վրա գտնվող դույլաձև օդափոխիչի շեղբերին՝ շարժվող անիվը շարժելու համար: Սա հայտնի է նաև որպես հարվածային օդափոխիչի շեղբեր, դրանք շրջապատում են շարժիչ անիվի պարագիծը և միասին կոչվում են շարժիչ անիվ: (Մանրամասների համար տե՛ս լուսանկարը՝ «Վինտաժ Պելտոն տուրբին»): Երբ ջրի շիթը հարվածում է օդափոխիչի շեղբերին, ջրի հոսքի ուղղությունը կփոխվի դույլի ձևի պատճառով: Ջրի հարվածի ուժը որոշակի մոմենտ կգործադրի ջրային դույլի և շարժվող անիվի համակարգի վրա և կօգտագործի այն շարժվող անիվը պտտելու համար. ջրի հոսքի ուղղությունն ինքնին «անշրջելի է», և ջրի հոսքի ելքը դրվում է ջրային դույլից դուրս, և ջրի հոսքի հոսքի արագությունը կնվազի մինչև շատ ցածր արագություն: Այս գործընթացի ընթացքում հեղուկի շիթերի իմպուլսը կփոխանցվի շարժվող անիվին, իսկ այնտեղից՝ ջրային տուրբինին: Այսպիսով, «հարվածը» իսկապես կարող է աշխատանք կատարել տուրբինի համար: Տուրբինի աշխատանքի հզորությունն ու արդյունավետությունը մեծացնելու համար ռոտորը և տուրբինային համակարգը նախագծված են դույլի վրա հեղուկի շիթերի արագությունը կրկնապատկելու համար։ Եվ հեղուկի շիթերի սկզբնական կինետիկ էներգիայի շատ փոքր մասը կմնա ջրի մեջ, ինչը դույլը դատարկում և լցվում է նույն արագությամբ (տե՛ս զանգվածի պահպանման օրենքը), որպեսզի բարձր ճնշման մուտքային հեղուկը կարողանա շարունակել ներարկվել առանց ընդհատման։ Էներգիա վատնելու կարիք չկա։ Սովորաբար, ռոտորի վրա կողք կողքի կտեղադրվեն երկու դույլեր, ինչը թույլ կտա ջրի հոսքը բաժանել երկու հավասար խողովակների՝ շիթերի ներարկման համար (տե՛ս նկարը)։ Այս կոնֆիգուրացիան հավասարակշռում է ռոտորի վրա կողային բեռնվածքի ուժերը և օգնում է ապահովել հարթություն, մինչդեռ հեղուկի շիթերից կինետիկ էներգիան նույնպես փոխանցվում է հիդրոտուրբինի ռոտորին։

Քանի որ ջուրը և հեղուկների մեծ մասը գրեթե անսեղմելի են, հեղուկի տուրբինի մեջ ներթափանցելուց հետո առկա էներգիայի գրեթե ամբողջությունը կլանվում է առաջին փուլում: Մյուս կողմից, Պելտոնի տուրբինները, ի տարբերություն սեղմելի հեղուկներով աշխատող գազային տուրբինների, ունեն միայն մեկ շարժական անիվի հատված:

Գործնական կիրառություններ Պելտոն տուրբինները հիդրոէլեկտրակայանների արտադրության համար լավագույն տուրբիններից մեկն են և ամենահարմար տուրբինի տեսակն են այն միջավայրի համար, երբ առկա ջրի աղբյուրն ունի շատ բարձր ճնշման բարձրություն և ցածր հոսքի արագություն: Հետևաբար, բարձր ճնշման և ցածր հոսքի միջավայրում Պելտոն տուրբինն ամենաարդյունավետն է, նույնիսկ եթե այն բաժանված է երկու հոսանքի, այն տեսականորեն պարունակում է նույն էներգիան: Բացի այդ, երկու ներարկման հոսքերի համար օգտագործվող խողովակները պետք է լինեն համեմատելի որակի, որոնցից մեկը պահանջում է երկար, բարակ խողովակ, իսկ մյուսը՝ կարճ, լայն խողովակ: Պելտոն տուրբինները կարող են տեղադրվել բոլոր չափերի տեղանքներում: Արդեն կան հիդրոէլեկտրակայաններ՝ տոննա դասի հիդրավլիկ ուղղահայաց լիսեռով Պելտոն տուրբիններով: Դրա ամենամեծ տեղադրման միավորը կարող է լինել մինչև 200 ՄՎտ: Մյուս կողմից, ամենափոքր Պելտոն տուրբինները ընդամենը մի քանի դյույմ լայնություն ունեն և կարող են օգտագործվել էներգիա արդյունահանելու համար այն հոսանքներից, որոնք հոսում են ընդամենը մի քանի գալոն րոպեում: Որոշ տնային ջրամատակարարման համակարգեր օգտագործում են Պելտոն տիպի ջրանիվներ ջրի մատակարարման համար: Այս փոքր Պելտոն տուրբինները խորհուրդ է տրվում օգտագործել 30 ոտնաչափ (9.1 մ) կամ ավելի բարձրության վրա՝ զգալի հզորություն ստեղծելու համար: Ներկայումս, ջրի հոսքի և նախագծի համաձայն, Պելտոն տուրբինի տեղադրման վայրի բարձրությունը նախընտրելի է 49-ից մինչև 5,905 ոտնաչափ (14.9-ից մինչև 1,799.8 մետր) սահմաններում, սակայն ներկայումս տեսական սահմանափակում չկա: