Pelton-turbine (ook vertaald: Pelton-waterrad of Bourdain-turbine, Engels: Pelton-wiel of Pelton-turbine) is een soort impactturbine, ontwikkeld door de Amerikaanse uitvinder Lester W. Pelton. Pelton-turbines gebruiken water om te stromen en tegen het waterrad te slaan om energie te verkrijgen, wat verschilt van het traditionele waterrad met opwaartse injectie, aangedreven door het gewicht van het water zelf. Voordat Peltons ontwerp werd gepubliceerd, bestonden er verschillende versies van de impingement-turbine, maar deze waren minder efficiënt dan Peltons ontwerp. Nadat het water het waterrad verlaat, heeft het water meestal nog steeds snelheid, waardoor veel van de kinetische energie van het waterrad verloren gaat. Peltons schoepengeometrie is zodanig dat de waaier de waaier slechts met een zeer lage snelheid verlaat na te hebben gedraaid op de helft van de snelheid van de waterstraal; daarom vangt Peltons ontwerp de impactenergie van het water bijna volledig op, waardoor de turbine een zeer efficiënte waterturbine is.
Nadat de zeer efficiënte, snelle waterstroom de pijpleiding is binnengekomen, wordt de sterke waterkolom via de naaldklep naar de emmervormige ventilatorbladen op het draaiende wiel geleid om het draaiende wiel aan te drijven. Dit staat ook bekend als de impingement-ventilatorbladen; ze omringen de omtrek van het aandrijfwiel en worden gezamenlijk het aandrijfwiel genoemd. (Zie foto voor details, Vintage Pelton Turbine). Wanneer de waterstraal de ventilatorbladen raakt, verandert de stroomrichting van het water door de vorm van de emmer. De kracht van de waterinslag oefent een moment uit op de wateremmer en het draaiende wielsysteem en gebruikt dit om het draaiende wiel te laten draaien; de stroomrichting van het water zelf is "onomkeerbaar", en de waterstroomuitlaat bevindt zich buiten de wateremmer, waardoor de stroomsnelheid van de waterstroom afneemt tot een zeer lage snelheid. Tijdens dit proces wordt het momentum van de vloeistofstraal overgebracht op het draaiende wiel en van daaruit naar de waterturbine. De "schok" kan dus daadwerkelijk arbeid verrichten voor de turbine. Om het vermogen en de efficiëntie van de turbine te maximaliseren, is het rotor-turbinesysteem zo ontworpen dat de snelheid van de vloeistofstraal op de emmer wordt verdubbeld. Een zeer klein deel van de oorspronkelijke kinetische energie van de vloeistofstraal blijft in het water achter, waardoor de emmer met dezelfde snelheid leegloopt en zich vult (zie massabehoud), zodat de hogedruk-inlaatvloeistof zonder onderbreking kan worden geïnjecteerd. Er hoeft geen energie te worden verspild. Meestal worden twee emmers naast elkaar op de rotor gemonteerd, waardoor de waterstroom in twee gelijke buizen kan worden verdeeld voor het spuiten (zie afbeelding). Deze configuratie balanceert de zijwaartse krachten op de rotor en zorgt voor een soepele werking, terwijl de kinetische energie van de vloeistofstralen ook wordt overgedragen aan de rotor van de waterturbine.
Omdat water en de meeste vloeistoffen vrijwel onsamendrukbaar zijn, wordt bijna alle beschikbare energie opgevangen in de eerste fase nadat de vloeistof de turbine in stroomt. Peltonturbines daarentegen hebben slechts één bewegend wiel, in tegenstelling tot gasturbines die werken op samendrukbare vloeistoffen.
Praktische toepassingen Pelton-turbines behoren tot de beste turbinetypen voor de opwekking van waterkracht en zijn het meest geschikte type turbine voor omgevingen met een zeer hoge opvoerhoogte en een laag debiet. Effectief. Daarom is de Pelton-turbine het meest effectief in een omgeving met een hoge opvoerhoogte en een laag debiet, zelfs als deze in twee stromen wordt verdeeld, bevat deze in theorie nog steeds dezelfde energie. Bovendien moeten de leidingen die voor de twee injectiestromen worden gebruikt van vergelijkbare kwaliteit zijn; de ene vereist een lange dunne buis en de andere een korte brede buis. Pelton-turbines kunnen op locaties van alle groottes worden geïnstalleerd. Er bestaan al waterkrachtcentrales met hydraulische Pelton-turbines met een verticale as in de tonklasse. De grootste installatie-eenheid kan tot 200 MW zijn. De kleinste Pelton-turbines zijn daarentegen slechts enkele centimeters breed en kunnen worden gebruikt om energie te onttrekken aan stromen met een debiet van slechts enkele liters per minuut. Sommige huishoudelijke waterleidingsystemen maken gebruik van Pelton-waterraderen voor de watertoevoer. Deze kleine Pelton-turbines worden aanbevolen voor gebruik bij een opvoerhoogte van 9,1 meter of meer om aanzienlijk vermogen op te wekken. Momenteel ligt de opvoerhoogte van de Pelton-turbine, afhankelijk van de waterstroom en het ontwerp, bij voorkeur tussen de 14,9 en 1799,8 meter, maar er is momenteel geen theoretische limiet.
Plaatsingstijd: 02-04-2022
