Турбіна Пелтона (також перекладається як водяне колесо Пелтона або турбіна Бурдена, англійською: колесо Пелтона або турбіна Пелтона) — це різновид ударної турбіни, розробленої американським винахідником Лестером В. Розробником був Алан Пелтон. Турбіни Пелтона використовують воду для потоку та удару об водяне колесо для отримання енергії, що відрізняється від традиційного водяного колеса з впорскуванням вгору, що приводиться в рух вагою самої води. До публікації конструкції Пелтона існувало кілька різних версій ударної турбіни, але вони були менш ефективними, ніж конструкція Пелтона. Після того, як вода залишає водяне колесо, вона зазвичай все ще має швидкість, витрачаючи значну частину кінетичної енергії водяного колеса. Геометрія лопаті Пелтона така, що робоче колесо залишає робоче колесо лише на дуже низькій швидкості після роботи на половині швидкості струменя води; таким чином, конструкція Пелтона майже повністю захоплює енергію удару води, завдяки чому водяна турбіна має високоефективний коефіцієнт корисної дії.
Після того, як високоефективний високошвидкісний потік води потрапляє в трубопровід, сильний стовп води спрямовується до лопатей вентилятора у формі ковша на рухомому колесі через голчастий клапан, щоб привести в рух рухоме колесо. Це також відомо як лопаті вентилятора ударного типу, вони оточують периферію ведучого колеса і разом називаються ведучим колесом. (Детальніше див. фото, старовинна турбіна Пельтона). Коли струмінь води ударяється об лопаті вентилятора, напрямок потоку води змінюється через форму ковша. Сила удару води створюватиме момент на ковш з водою та систему рухомого колеса, і використовуватиме його для обертання рухомого колеса; напрямок потоку води сам по собі є «незворотним», а вихід потоку води розташований поза ковшем з водою, і швидкість потоку води знизиться до дуже низької швидкості. Під час цього процесу імпульс струменя рідини передаватиметься на рухоме колесо, а звідти – на водяну турбіну. Таким чином, «удар» дійсно може виконувати роботу для турбіни. Для максимізації потужності та ефективності роботи турбіни, система ротора та турбіни спроектована таким чином, щоб подвоїти швидкість струменя рідини на ковш. При цьому дуже мала частина початкової кінетичної енергії струменя рідини залишатиметься у воді, що змушує ковш спорожнятися та наповнюватися з тією ж швидкістю (див. закон збереження маси), завдяки чому рідина, що подається під високим тиском, може продовжувати впорскуватися без перерви. Енергія не витрачається даремно. Зазвичай на роторі встановлюються два ковші поруч, що дозволяє розділити потік води на дві рівні труби для струменевого розпилення (див. малюнок). Така конфігурація врівноважує сили бічного навантаження на ротор і допомагає забезпечити плавність ходу, водночас кінетична енергія струменів рідини також передається на ротор гідротурбіни.
Оскільки вода та більшість рідин майже нестисливі, майже вся доступна енергія захоплюється на першому етапі після того, як рідина потрапляє в турбіну. Турбіни Пельтона, з іншого боку, мають лише одну рухому колісну секцію, на відміну від газових турбін, які працюють на стисливих рідинах.
Практичне застосування Турбіни Пелтона є одним з найкращих типів турбін для виробництва гідроелектроенергії та є найбільш підходящим типом турбін для середовища, коли доступне джерело води має дуже високий напір та низькі швидкості потоку. Тому в середовищі з високим напором та низьким потоком турбіна Пелтона є найефективнішою, навіть якщо її розділити на два потоки, вона все одно теоретично містить однакову енергію. Крім того, трубопроводи, що використовуються для двох потоків впорскування, повинні бути порівнянної якості, один з яких вимагає довгої тонкої труби, а інший - короткої широкої труби. Турбіни Пелтона можна встановлювати на об'єктах будь-якого розміру. Вже існують гідроелектростанції з гідравлічними вертикальними турбінами Пелтона в класі тонн. Найбільша установка може мати потужність до 200 МВт. Найменші турбіни Пелтона, з іншого боку, мають ширину лише кілька дюймів і можуть бути використані для вилучення енергії з потоків, які протікають лише кілька галонів за хвилину. Деякі побутові водопровідні системи використовують водяні колеса типу Пелтона для подачі води. Ці малі турбіни Пелтона рекомендуються для використання на висоті напору 30 футів (9,1 м) або більше для вироблення значної потужності. Наразі, залежно від потоку води та конструкції, висота напору місця встановлення турбіни Пелтона переважно знаходиться в діапазоні від 49 до 5905 футів (від 14,9 до 1799,8 метрів), але наразі теоретичного обмеження немає.
Час публікації: 02 квітня 2022 р.
