En Pelton-turbin (også oversatt: Pelton-vannhjul eller Bourdain-turbin, engelsk: Pelton wheel eller Pelton Turbine) er en type slagturbin utviklet av den amerikanske oppfinneren Lester W. Utviklet av Alan Pelton. Pelton-turbiner bruker vann til å strømme og treffe vannhjulet for å utvinne energi, noe som er forskjellig fra det tradisjonelle oppoverinjeksjonsvannhjulet drevet av vekten av selve vannet. Før Peltons design ble publisert, eksisterte det flere forskjellige versjoner av slagturbinen, men de var mindre effektive enn Peltons design. Etter at vannet forlater vannhjulet, har vannet vanligvis fortsatt fart, og mye av den kinetiske energien til vannhjulet går tapt. Peltons padlegeometri er slik at impelleren forlater impelleren med bare en veldig lav hastighet etter å ha gått med halvparten av vannstrålens hastighet. Derfor fanger Peltons design opp vannets slagenergi nesten fullstendig, slik at den har en høyeffektiv vannturbin.
Etter at den høyeffektive høyhastighetsvannstrømmen kommer inn i rørledningen, ledes den sterke vannsøylen til de bøtteformede viftebladene på det bevegelige hjulet gjennom nåleventilen for å drive det bevegelige hjulet. Dette er også kjent som impingement-vifteblader, de omgir periferien av drivhjulet og kalles samlet drivhjulet. (Se bilde for detaljer, Vintage Pelton-turbin). Når vannstrålen treffer viftebladene, vil vannets strømningsretning endres på grunn av bøtteformen. Kraften fra vannets støt vil utøve et moment på vannbøtten og det bevegelige hjulsystemet, og bruke dette til å rotere det bevegelige hjulet. Selve vannets strømningsretning er "irreversibel", og vannstrømningsutløpet er plassert utenfor vannbøtten, og strømningshastigheten til vannstrømmen vil synke til svært lav hastighet. Under denne prosessen vil væskestrålens momentum overføres til det bevegelige hjulet og derfra til vannturbinen. Så "sjokket" kan faktisk gjøre arbeid for turbinen. For å maksimere kraften og effektiviteten til turbinens arbeid, er rotoren og turbinsystemet designet for å doble hastigheten til væskestrålen på bøtta. Og en svært liten andel av den opprinnelige kinetiske energien til væskestrålen vil forbli i vannet, noe som gjør at bøtta tømmes og fylles med samme hastighet (se massebevaring), slik at høytrykksvæsken kan fortsette å injiseres uten avbrudd. Ingen energi trenger å gå til spille. Vanligvis vil to bøtter monteres side om side på rotoren, noe som gjør at vannstrømmen kan deles i to like rør for jetting (se bilde). Denne konfigurasjonen balanserer sidebelastningskreftene på rotoren og bidrar til å sikre jevnhet, mens den kinetiske energien fra væskestrålene også overføres til hydroturbinrotoren.
Siden vann og de fleste væsker er nesten ukomprimerbare, fanges nesten all tilgjengelig energi opp i det første trinnet etter at væsken strømmer inn i turbinen. Pelton-turbiner har derimot bare én bevegelig hjulseksjon, i motsetning til gassturbiner som opererer på kompressible væsker.
Praktiske anvendelser Pelton-turbiner er en av de beste turbintypene for vannkraftproduksjon, og er den mest passende turbintypen for miljøet når den tilgjengelige vannkilden har svært høye fallhøyder og lave strømningshastigheter. Derfor er Pelton-turbinen den mest effektive i miljøer med høy fallhøyde og lav strømning, selv om den er delt inn i to strømmer, inneholder den fortsatt den samme energien i teorien. I tillegg må rørene som brukes til de to injeksjonsstrømmene være av sammenlignbar kvalitet, hvorav den ene krever et langt, tynt rør og den andre et kort, bredt rør. Pelton-turbiner kan installeres på steder i alle størrelser. Det finnes allerede vannkraftverk med hydrauliske vertikale Pelton-turbiner i tonnklassen. Den største installasjonsenheten kan være opptil 200 MW. De minste Pelton-turbinene er derimot bare noen få centimeter brede og kan brukes til å utvinne energi fra strømmer som bare strømmer noen få liter per minutt. Noen husholdningsrørleggersystemer bruker Pelton-type vannhjul for vannlevering. Disse små Pelton-turbinene anbefales for bruk i fallhøyder på 9,1 m eller mer for å generere betydelig kraft. For tiden, i henhold til vannføring og design, er fallhøyden på installasjonsstedet for Pelton-turbinen fortrinnsvis i området 14,9 til 1799,8 meter, men det er ingen teoretisk grense for øyeblikket.
Publisert: 02.04.2022
