Турбина Пелтона (также переводится как: водяное колесо Пелтона или турбина Бурдена, английский: колесо Пелтона или турбина Пелтона) — это разновидность ударной турбины, разработанная американским изобретателем Лестером У. Аланом Пелтоном. Турбина Пелтона использует поток воды, который ударяет по водяному колесу, получая энергию, что отличает её от традиционного водяного колеса с восходящим потоком, приводимого в движение весом самой воды. До публикации конструкции Пелтона существовало несколько различных вариантов ударной турбины, но они были менее эффективны, чем конструкция Пелтона. После того, как вода покидает водяное колесо, она обычно сохраняет скорость, теряя большую часть кинетической энергии водяного колеса. Геометрия лопастей Пелтона такова, что импеллер покидает рабочее колесо с очень низкой скоростью после того, как вращается со скоростью, равной половине скорости водяной струи; поэтому конструкция Пелтона почти полностью улавливает энергию удара воды, что делает её высокоэффективной водяной турбиной.
После того, как высокоэффективный высокоскоростной поток воды поступает в трубопровод, мощный водяной столб направляется через игольчатый клапан к лопаткам вентилятора ковшеобразной формы на вращающемся колесе, приводя его в движение. Эти лопатки также известны как лопатки ударного вентилятора, они окружают периферию ведущего колеса и вместе называются ведущим колесом (см. фото для подробностей, винтажная турбина Пелтона). Когда струя воды ударяет по лопаткам вентилятора, направление потока воды изменяется из-за формы лопаток. Сила удара воды создает момент на лопатках и системе вращающегося колеса, используя его для вращения колеса; направление потока воды само по себе «необратимо», а выходное отверстие для потока воды расположено вне лопаток, и скорость потока воды падает до очень низкой. В ходе этого процесса импульс струи жидкости передается на вращающееся колесо, а оттуда — на водяную турбину. Таким образом, «ударный» импульс действительно совершает работу для турбины. Для максимальной мощности и эффективности работы турбины роторно-турбинная система спроектирована таким образом, чтобы скорость струи жидкости, поступающей в лопатку, удваивалась. При этом очень небольшая часть первоначальной кинетической энергии струи жидкости остается в воде, что позволяет лопатке опорожняться и наполняться с той же скоростью (см. закон сохранения массы), благодаря чему подача жидкости под высоким давлением может продолжаться без перерыва. Энергия не расходуется впустую. Обычно на роторе устанавливаются две лопатки, расположенные рядом, что позволяет разделить поток воды на две равные трубы для подачи струи (см. рисунок). Такая конфигурация уравновешивает боковые нагрузки на ротор и обеспечивает плавность хода, а кинетическая энергия от струй жидкости передается на ротор гидротурбины.
Поскольку вода и большинство жидкостей практически несжимаемы, почти вся доступная энергия улавливается на первой ступени после того, как жидкость поступает в турбину. Турбины Пелтона, напротив, имеют только одну подвижную секцию колеса, в отличие от газовых турбин, работающих на сжимаемых жидкостях.
Практическое применение. Турбины Пелтона — один из лучших типов турбин для гидроэнергетики и наиболее подходящий тип турбин для условий, когда доступный источник воды имеет очень высокий напор и низкий расход. Поэтому в условиях высокого напора и низкого расхода турбина Пелтона наиболее эффективна, даже если поток воды разделен на два, теоретически он сохраняет ту же энергию. Кроме того, трубопроводы, используемые для двух потоков, должны быть сопоставимого качества: один должен представлять собой длинную тонкую трубу, а другой — короткую широкую. Турбины Пелтона могут быть установлены на площадках любого размера. Уже существуют гидроэлектростанции с гидравлическими вертикальными турбинами Пелтона класса «тонна». Максимальная установленная мощность может достигать 200 МВт. Самые маленькие турбины Пелтона, напротив, имеют ширину всего несколько дюймов и могут использоваться для извлечения энергии из потоков с расходом всего несколько галлонов в минуту. В некоторых бытовых водопроводных системах для подачи воды используются водяные колеса типа Пелтона. Эти небольшие турбины Пелтона рекомендуется использовать при высоте напора 30 футов (9,1 м) и более для выработки значительной мощности. В настоящее время, в зависимости от расхода воды и проектных параметров, предпочтительная высота напора на месте установки турбины Пелтона составляет от 49 до 5905 футов (от 14,9 до 1799,8 метров), однако теоретического предела пока нет.
Дата публикации: 02.04.2022
