در توربین Pelton یا همان چرخ Pelton فواره ی آب بر روی تیغه های توربین باعث ایجاد چرخش، تولید گشتاور و توان می شود. در ادامه با خواندن این مقاله درباره طراحی، تجزیه و تحلیل، اصول کار و کاربردهای توربین چرخ Pelton بیشتر خواهید دانست.
توربین های هیدرولیکی از زمان های بسیار قدیم به منظور ذخیری سازی انرژی های موجود در آب های جاری مانند نهرها، رودخانه ها و دریاچه ها، استفاده می شود. قدیمی ترین و ساده ترین شکل یک توربین هیدرولیک Waterwheel برای خرد کردن دانه غلات (آسیاب)، استفاده می شد. انواع مختلف توربین های هیدرولیکی با نیاز روز افزون به توان (برق) تولید شده است. سه نوع عمده عبارتند از چرخ پلتون (Pelton Whee)، توربین فرانسین ( Francis Turbine) و توربین کاپلان (Kaplan Turbine).
طراحی توربین چرخ پلتون ( Pelton )
توربین پلتون دارای یک دیسک دایره ای بر روی شفت یا روتور چرخشی است. این دیسک دایره ای دارای تیغه های فنجان شکل است که به عنوان سطل نامیده می شود، در فاصله مساوی اطراف دور آن قرار می گیرد. نازل ها در اطراف چرخ مرتب شده اند، به طوری که جت آب که از یک نازل که به دور چرخ از توربین پلتون مماس است، ظاهر می شود. با توجه به سر آب موجود (فشار آب) و نیازهای عملیاتی، شکل و تعداد نازل های اطراف چرخ پلتون می تواند متفاوت باشد.
اصول کار توربین پلتون ( Pelton Turbine )
فوراره های آب با سرعت بالا در حال ظهور از نازل ها به پره های سطل مانندی که روی توربین تعبیه شده است برخورد می کنند و به دو جریان مساوی تقسیم می کنند. این جریان در امتداد انحنای داخلی سطل ها می باشد که در جهت مخالف هنگام ورود خارج می شود. سرعت بالای فواره آب در حال اجرا توربین چرخ Pelton از طریق افزایش فشار آب نازل ها نسبت به فشار جو به دست می آیند. آب فشار بالا می تواند از هر جایی که در برخی از ارتفاع ها و یا جریان های آب در پایین تپه ها قرار دارد به دست آید.
تغییر در مومنتوم (جهت و سرعت) جریان آب موجب ضربه روی تیغه چرخ توربین پلتون می شود. این ضربه باعث گشتاور و چرخش در شفت توربین پلتون می شود. برای به دست آوردن خروجی مطلوب از توربین Pelton، ایمپالس دریافت شده توسط تیغه باید حداکثر باشد. برای ان، تغییر در مومنتوم جریان آب باید حداکثر ممکن باشد. این زمانی به دست می آید که جریان آب در جهت مخالفی که به آن سطل ها ضربه می زند با همان سرعت نسبت به سطل ها انحراف پیدا کند.
راه اندازی هیدروالکتریک توربین پلتون
تنظیم معمولی یک سیستم تولید برق با استفاده از توربین Pelton دارای یک مخزن آب است که در ارتفاع از چرخ Pelton واقع شده است. آب مخزن از طریق یک کانال فشار به سر آبگیر (penstock ) و سپس از طریق penstock یا خط لوله تامین به نازل، از جایی که آب به به صورت جت (فواره) های با سرعت بالا بر روی تیغه های توربین پلتون ضربه می زند. جریان می یابد. سر آب گیر (penstock ) دارای یک مخزن پرانرژی است که نوسانات ناگهانی فشار را جذب و تخلیه می کند.
برای یک جریان ثابت آب از نازل سرعت توربین با تغییر بار بر روی آن تغییر می کند. برای تولید انرژی الکتریکی با کیفیت، توربین باید با سرعت ثابت چرخش یابد. برای حفظ سرعت ثابت با وجود بارهای متغیر، جریان آب توربین از طریق نازل تغییر می کند. برای کنترل تغییرات تدریجی در بار سرو کنترل شده، سوپاپ های کنترل در جت برای تغییر سرعت جریان استفاده می شود. و برای کاهش ناگهانی بار، جت ها با استفاده از صفحات منحرف کننده، منحرف می شوند به طوری که برخی فواره ها به تیغه ضربه نزنند. این مانع از افزایش سرعت توربین می شود.
توربین های هیدرولیکی انرژی را از یک سیال در جریان به یک شفت چرخان انتقال می دهند. توربین چیزی است که می چرخد یا چرخانیده می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد توربین های هیدرولیکی، اصول کار توربین های هیدرولیک و نحوه طبقه بندی آنها، مجموعه مقالات زیر را بخوانید:
