La turbina Pelton (anche tradotta come ruota idraulica Pelton o turbina Bourdain, inglese: ruota Pelton o turbina Pelton) è un tipo di turbina a impatto, sviluppata dall'inventore americano Lester W. Pelton. Sviluppata da Alan Pelton. Le turbine Pelton utilizzano l'acqua per scorrere e colpire la ruota idraulica per ottenere energia, a differenza della tradizionale ruota idraulica a iniezione verso l'alto azionata dal peso dell'acqua stessa. Prima della pubblicazione del progetto di Pelton, esistevano diverse versioni della turbina a impatto, ma erano meno efficienti del progetto di Pelton. Dopo che l'acqua lascia la ruota idraulica, l'acqua di solito mantiene ancora velocità, sprecando gran parte dell'energia cinetica della ruota idraulica. La geometria delle pale della Pelton è tale che la girante lascia la girante a una velocità molto bassa dopo aver funzionato a metà della velocità del getto d'acqua; pertanto, il progetto di Pelton cattura quasi interamente l'energia d'impatto dell'acqua, in modo che la turbina idraulica abbia un'elevata efficienza.
Dopo che il flusso d'acqua ad alta efficienza e velocità entra nella conduttura, la potente colonna d'acqua viene indirizzata verso le pale a forma di secchio della ventola sulla ruota in movimento attraverso la valvola a spillo per azionare la ruota in movimento. Queste pale, note anche come pale a impatto, circondano la periferia della ruota motrice e sono collettivamente chiamate ruota motrice. (Vedi foto per i dettagli, Turbina Pelton d'epoca). Quando il getto d'acqua colpisce le pale della ventola, la direzione del flusso dell'acqua cambia a causa della forma del secchio. La forza dell'impatto dell'acqua esercita un momento sul secchio dell'acqua e sul sistema della ruota in movimento, utilizzandolo per ruotare la ruota in movimento; la direzione del flusso dell'acqua stessa è "irreversibile" e l'uscita del flusso d'acqua è posizionata all'esterno del secchio dell'acqua, e la portata d'acqua scende a una velocità molto bassa. Durante questo processo, la quantità di moto del getto di fluido viene trasferita alla ruota in movimento e da lì alla turbina idraulica. Quindi l'"urto" può effettivamente generare lavoro per la turbina. Per massimizzare la potenza e l'efficienza della turbina, il sistema rotore-turbina è progettato per raddoppiare la velocità del getto di fluido sul secchio. Una piccolissima parte dell'energia cinetica originale del getto di fluido rimarrà nell'acqua, il che fa sì che il secchio si svuoti e si riempia alla stessa velocità (vedere la conservazione della massa), in modo che il fluido in ingresso ad alta pressione possa continuare a essere iniettato senza interruzioni. Non c'è spreco di energia. Solitamente, due secchi vengono montati uno accanto all'altro sul rotore, il che consente di suddividere il flusso d'acqua in due tubi uguali per il getto (vedere l'immagine). Questa configurazione bilancia le forze di carico laterali sul rotore e contribuisce a garantire la fluidità, mentre l'energia cinetica dei getti di fluido viene trasferita anche al rotore della turbina idraulica.
Poiché l'acqua e la maggior parte dei liquidi sono quasi incomprimibili, quasi tutta l'energia disponibile viene catturata nel primo stadio, dopo che il fluido fluisce nella turbina. Le turbine Pelton, invece, hanno una sola sezione di girante in movimento, a differenza delle turbine a gas che funzionano con fluidi comprimibili.
Applicazioni pratiche Le turbine Pelton sono tra i migliori tipi di turbine per la produzione di energia idroelettrica e sono il tipo di turbina più adatto all'ambiente quando la fonte d'acqua disponibile ha altezze di salto molto elevate e basse portate. efficace. Pertanto, in ambienti con alto salto e bassa portata, la turbina Pelton è la più efficace, anche se divisa in due flussi, contiene comunque la stessa energia in teoria. Inoltre, i condotti utilizzati per i due flussi di iniezione devono essere di qualità comparabile, uno dei quali richiede un tubo lungo e sottile e l'altro un tubo corto e largo. Le turbine Pelton possono essere installate in siti di tutte le dimensioni. Esistono già centrali idroelettriche con turbine Pelton idrauliche ad albero verticale nella classe ton. La sua unità di installazione più grande può arrivare fino a 200 MW. Le turbine Pelton più piccole, d'altra parte, sono larghe solo pochi centimetri e possono essere utilizzate per estrarre energia da flussi che scorrono solo pochi galloni al minuto. Alcuni impianti idraulici domestici utilizzano ruote idrauliche di tipo Pelton per la distribuzione dell'acqua. Si consiglia l'utilizzo di queste piccole turbine Pelton a salti di 9,1 m (30 piedi) o più per generare una potenza significativa. Attualmente, in base alla portata d'acqua e al progetto, il salto del sito di installazione della turbina Pelton è preferibilmente compreso tra 14,9 e 1.799,8 metri (49-5.905 piedi), ma al momento non esiste un limite teorico.
Data di pubblicazione: 02-04-2022
