펠톤 터빈(Pelton waterwheel or Bourdain turbine, 영어: Pelton wheel or Pelton Turbine)은 미국의 발명가 레스터 W. 앨런 펠톤이 개발한 충격 터빈의 일종입니다. 펠톤 터빈은 물을 사용하여 흐르게 하고 물레방아에 부딪혀 에너지를 얻습니다. 이는 물 자체의 무게로 구동되는 기존의 상향 분사식 물레방아와 다릅니다. 펠톤의 설계가 발표되기 전에는 여러 가지 버전의 충돌 터빈이 있었지만 펠톤의 설계보다 효율이 낮았습니다. 물이 물레방아를 떠난 후에도 물은 일반적으로 속도를 유지하여 물레방아의 운동 에너지의 상당 부분을 낭비합니다. 펠톤의 패들 형상은 임펠러가 워터젯 속도의 절반으로 작동한 후 매우 낮은 속도로만 임펠러를 떠나도록 되어 있습니다. 따라서 펠톤의 설계는 물의 충격 에너지를 거의 전적으로 포착하여 고효율 물 터빈을 갖게 합니다.
고효율 고속 수류가 파이프라인으로 유입되면, 강한 수주가 니들 밸브를 통해 이동 휠의 버킷 모양 팬 블레이드로 전달되어 이동 휠을 구동합니다. 이는 충돌 팬 블레이드라고도 하며, 구동 휠의 주변을 감싸고 있어 통칭하여 구동 휠이라고 합니다. (자세한 내용은 빈티지 펠톤 터빈 사진 참조) 물 분사가 팬 블레이드에 충돌하면 버킷의 모양에 따라 물의 흐름 방향이 바뀝니다. 물의 충격력은 물 버킷과 이동 휠 시스템에 모멘트를 가하고, 이를 이용하여 이동 휠을 회전시킵니다. 물 자체의 흐름 방향은 "비가역적"이며, 물의 흐름 출구는 물 버킷 외부에 설정되고 물의 흐름 속도는 매우 낮은 속도로 떨어집니다. 이 과정에서 유체 제트의 운동량은 이동 휠로 전달되고, 다시 그곳에서 수차로 전달됩니다. 따라서 "충격"은 실제로 터빈에 일을 할 수 있습니다. 터빈 작동의 동력과 효율을 극대화하기 위해 로터와 터빈 시스템은 버킷으로 분사되는 유체 제트의 속도를 두 배로 높이도록 설계되었습니다. 유체 제트의 원래 운동 에너지 중 매우 적은 부분만 물에 남아 버킷을 비우고 채우는 속도가 동일하므로(질량 보존 참조), 고압 입력 유체가 중단 없이 계속 주입될 수 있습니다. 따라서 에너지 낭비가 발생하지 않습니다. 일반적으로 로터에 두 개의 버킷이 나란히 장착되어 물의 흐름을 분사를 위해 두 개의 동일한 파이프로 나눌 수 있습니다(그림 참조). 이러한 구성은 로터에 가해지는 측면 하중의 균형을 맞추고 원활한 흐름을 보장하는 데 도움이 되며, 유체 제트의 운동 에너지도 수력 터빈 로터로 전달됩니다.
물과 대부분의 액체는 거의 비압축성이기 때문에, 사용 가능한 에너지의 거의 대부분은 유체가 터빈으로 유입된 후 첫 번째 단계에서 포착됩니다. 반면, 펠턴 터빈은 압축성 유체로 작동하는 가스터빈과 달리 움직이는 바퀴 부분이 하나뿐입니다.
실제 적용 펠톤 터빈은 수력 발전에 가장 적합한 터빈 유형 중 하나이며, 가용 수원의 양정이 매우 높고 유량이 낮은 환경에 가장 적합한 터빈 유형입니다. 효과적입니다. 따라서 양정이 높고 유량이 낮은 환경에서는 펠톤 터빈이 가장 효과적이며, 두 개의 흐름으로 나뉘더라도 이론상으로는 동일한 에너지를 보유합니다. 또한, 두 주입 흐름에 사용되는 도관은 비슷한 품질이어야 하며, 하나는 길고 가는 관을, 다른 하나는 짧고 넓은 관을 사용해야 합니다. 펠톤 터빈은 모든 규모의 부지에 설치할 수 있습니다. 이미 톤급 수력 수직축 펠톤 터빈을 사용하는 수력 발전소가 있습니다. 가장 큰 설치 용량은 최대 200MW입니다. 반면, 가장 작은 펠톤 터빈은 폭이 몇 인치에 불과하여 분당 몇 갤런(약 1.2L)의 유량만 흐르는 하천에서 에너지를 추출하는 데 사용할 수 있습니다. 일부 가정용 배관 시스템에서는 펠톤형 수차를 사용하여 물을 공급합니다. 이 소형 펠톤 터빈은 상당한 전력을 생산하기 위해 9.1m(30피트) 이상의 헤드 높이에서 사용하는 것이 권장됩니다. 현재 물의 흐름과 설계를 고려할 때, 펠톤 터빈 설치 장소의 헤드 높이는 14.9m(49~5,905피트)에서 1,799.8m(49~5,905피트) 사이가 바람직하지만, 현재로서는 이론적인 한계가 없습니다.
게시 시간: 2022년 4월 2일
