პელტონის ტურბინის მიმოხილვა და დიზაინის პრინციპები

პელტონის ტურბინა (ასევე ითარგმნება: პელტონის წყლის ბორბალი ან ბურდენის ტურბინა, ინგლ.: პელტონის ბორბალი ან პელტონის ტურბინა) არის დარტყმითი ტურბინის სახეობა, რომელიც შეიმუშავა ამერიკელმა გამომგონებელმა ლესტერ ვ.-მ. შექმნა ალან პელტონმა. პელტონის ტურბინები იყენებენ წყალს წყლის ბორბალზე დასარტყმელად და ენერგიის მისაღებად, რაც განსხვავდება ტრადიციული ზევით მიმართული წყლის ბორბლისგან, რომელიც თავად წყლის წონით ამოძრავდება. პელტონის დიზაინის გამოქვეყნებამდე არსებობდა დარტყმითი ტურბინის რამდენიმე განსხვავებული ვერსია, მაგრამ ისინი ნაკლებად ეფექტური იყო, ვიდრე პელტონის დიზაინი. წყლის ბორბლიდან გამოსვლის შემდეგ, წყალს, როგორც წესი, კვლავ აქვს სიჩქარე, რაც წყლის ბორბლის კინეტიკური ენერგიის დიდ ნაწილს ხარჯავს. პელტონის ნიჩბის გეომეტრია ისეთია, რომ იმპულერი იმპულსს მხოლოდ ძალიან დაბალი სიჩქარით ტოვებს წყლის ჭავლის სიჩქარის ნახევარით მუშაობის შემდეგ; ამიტომ, პელტონის დიზაინი თითქმის მთლიანად იჭერს წყლის დარტყმის ენერგიას, ისე, რომ მას აქვს მაღალი ეფექტურობის წყლის ტურბინა.

მას შემდეგ, რაც მაღალეფექტური, მაღალსიჩქარიანი წყლის ნაკადი მილსადენში შევა, ძლიერი წყლის სვეტი ნემსისებრი სარქვლის მეშვეობით მიმართულია მოძრავ ბორბალზე არსებულ ვედროს ფორმის ვენტილატორის პირებისკენ, რათა მოძრავი ბორბალი ამოძრავდეს. ეს ასევე ცნობილია, როგორც დარტყმითი ვენტილატორის პირები, ისინი აკრავს მამოძრავებელი ბორბლის პერიფერიას და ერთობლივად უწოდებენ მამოძრავებელ ბორბალს. (დეტალებისთვის იხილეთ ფოტო, ვინტაჟური პელტონის ტურბინა). როდესაც წყლის ჭავლი ვენტილატორის პირებს ეჯახება, წყლის ნაკადის მიმართულება შეიცვლება ვედროს ფორმის გამო. წყლის ზემოქმედების ძალა ახდენს მომენტს წყლის ვედროსა და მოძრავი ბორბლის სისტემაზე და გამოიყენებს ამას მოძრავი ბორბლის ბრუნვისთვის; თავად წყლის ნაკადის მიმართულება „შეუქცევადია“ და წყლის ნაკადის გამოსასვლელი წყლის ვედროს გარეთაა დაყენებული, ხოლო წყლის ნაკადის სიჩქარე ძალიან დაბალ სიჩქარემდე დაეცემა. ამ პროცესის დროს, სითხის ჭავლის იმპულსი გადაეცემა მოძრავ ბორბალს და იქიდან წყლის ტურბინას. ამგვარად, „დარტყმითი ძალა“ მართლაც შეუძლია ტურბინისთვის სამუშაოს შესრულება. ტურბინის მუშაობის სიმძლავრისა და ეფექტურობის მაქსიმიზაციის მიზნით, როტორისა და ტურბინის სისტემა ისეა შექმნილი, რომ გააორმაგოს ვედროში სითხის ნაკადის სიჩქარე. სითხის ნაკადის საწყისი კინეტიკური ენერგიის ძალიან მცირე ნაწილი წყალში დარჩება, რაც ვედროს იმავე სიჩქარით ცარიელდება და ივსება (იხ. მასის შენახვის პრინციპი), რათა მაღალი წნევის შემავალი სითხე შეუფერხებლად შეჰყავდეს. ენერგიის ფლანგვა საჭირო არ არის. როგორც წესი, როტორზე გვერდიგვერდ დამონტაჟებულია ორი ვედრო, რაც საშუალებას იძლევა წყლის ნაკადი გაიყოს ორ თანაბარ მილად ჭავლური ნაკადისთვის (იხ. სურათი). ეს კონფიგურაცია აბალანსებს როტორზე გვერდითი დატვირთვის ძალებს და ხელს უწყობს გლუვ მუშაობას, ხოლო სითხის ნაკადის კინეტიკური ენერგია ასევე გადაეცემა ჰიდროტურბინის როტორს.

რადგან წყალი და სითხეების უმეტესობა თითქმის შეკუმშვადია, არსებული ენერგიის თითქმის მთელი ნაწილი პირველ ეტაპზე იჭრება მას შემდეგ, რაც სითხე ტურბინაში ჩაედინება. პელტონის ტურბინებს, მეორეს მხრივ, მხოლოდ ერთი მოძრავი ბორბლის სექცია აქვთ, განსხვავებით შეკუმშვად სითხეებზე მომუშავე გაზის ტურბინებისგან.

პრაქტიკული გამოყენება პელტონის ტურბინები ჰიდროელექტროენერგიის გენერაციისთვის ერთ-ერთი საუკეთესო ტიპის ტურბინაა და ყველაზე შესაფერისი ტიპის ტურბინაა იმ გარემოსთვის, როდესაც არსებულ წყლის წყაროს აქვს ძალიან მაღალი წნევის სიმაღლე და დაბალი ნაკადის სიჩქარე. ეფექტურია. ამიტომ, მაღალი წნევის და დაბალი ნაკადის გარემოში, პელტონის ტურბინა ყველაზე ეფექტურია, მაშინაც კი, თუ ის ორ ნაკადად არის დაყოფილი, თეორიულად მაინც შეიცავს ერთსა და იმავე ენერგიას. ასევე, ორი ინექციური ნაკადისთვის გამოყენებული მილები უნდა იყოს შედარებითი ხარისხის, რომელთაგან ერთს სჭირდება გრძელი, თხელი მილი, ხოლო მეორეს - მოკლე და ფართო. პელტონის ტურბინების დამონტაჟება შესაძლებელია ყველა ზომის ობიექტზე. უკვე არსებობს ჰიდროელექტროსადგურები ტონიანი კლასის ჰიდრავლიკური ვერტიკალური ლილვის პელტონის ტურბინებით. მისი უდიდესი სამონტაჟო ერთეული შეიძლება იყოს 200 მეგავატამდე. მეორეს მხრივ, ყველაზე პატარა პელტონის ტურბინები მხოლოდ რამდენიმე ინჩის სიგანისაა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგიის მისაღებად იმ ნაკადებიდან, რომლებიც წუთში მხოლოდ რამდენიმე გალონით მიედინება. ზოგიერთი საყოფაცხოვრებო სანტექნიკის სისტემა იყენებს პელტონის ტიპის წყლის ბორბლებს წყლის მიწოდებისთვის. ეს პატარა პელტონის ტურბინები რეკომენდებულია 30 ფუტის (9.1 მ) ან მეტი სიმაღლის წერტილებში გამოსაყენებლად მნიშვნელოვანი სიმძლავრის გენერირებისთვის. ამჟამად, წყლის ნაკადისა და დიზაინის მიხედვით, პელტონის ტურბინის დამონტაჟების ადგილის სიმაღლის წერტილი სასურველია იყოს 49-დან 5,905 ფუტამდე (14.9-დან 1,799.8 მეტრამდე), მაგრამ ამჟამად თეორიული ზღვარი არ არსებობს.