نظرة عامة ومبادئ تصميم بيلتون توربين

توربين بيلتون (مترجم أيضًا: عجلة بيلتون أو توربين بوردان ، الإنجليزية: عجلة بيلتون أو توربين بيلتون) هو نوع من التوربينات الصدمية ، تم تطويره بواسطة المخترع الأمريكي ليستر دبليو طوره آلان بيلتون.تستخدم توربينات بيلتون الماء للتدفق وضرب العجلة المائية للحصول على الطاقة ، والتي تختلف عن عجلة الماء التقليدية التي تعمل بالحقن الصاعد والتي يقودها وزن الماء نفسه.قبل نشر تصميم بيلتون ، كانت هناك عدة إصدارات مختلفة من توربين الاصطدام ، لكنها كانت أقل كفاءة من تصميم بيلتون.بعد أن يترك الماء العجلة المائية ، عادة ما تظل المياه تتمتع بالسرعة ، مما يهدر الكثير من الطاقة الحركية للعجلة المائية.إن هندسة بيلتون للمضرب تجعله يترك المكره بسرعة منخفضة جدًا فقط بعد الجري بنصف سرعة نفاث الماء ؛لذلك ، فإن تصميم بيلتون يلتقط طاقة تأثير الماء بالكامل تقريبًا ، بحيث يحتوي على توربينات مائية عالية الكفاءة.

بعد دخول تدفق المياه عالي الكفاءة عالي السرعة إلى خط الأنابيب ، يتم توجيه عمود الماء القوي إلى شفرات المروحة على شكل دلو على العجلة المتحركة عبر صمام الإبرة لدفع العجلة المتحركة.يُعرف هذا أيضًا باسم شفرات مروحة الاصطدام ، وهي تحيط بمحيط عجلة القيادة ، وتسمى مجتمعة عجلة القيادة.(انظر الصورة للحصول على التفاصيل ، Vintage Pelton Turbine).نظرًا لأن نفاثة الماء تصطدم بشفرات المروحة ، فإن اتجاه تدفق الماء سيتغير بسبب شكل الدلو.ستؤثر قوة تأثير الماء لحظة على دلو الماء ونظام العجلة المتحركة ، وتستخدم هذا لتدوير العجلة المتحركة ؛اتجاه تدفق الماء نفسه "لا رجوع فيه" ، ويتم ضبط مخرج تدفق المياه خارج دلو الماء ، وسينخفض ​​معدل تدفق تدفق المياه إلى سرعة منخفضة جدًا.خلال هذه العملية ، سيتم نقل زخم السائل النفاث إلى العجلة المتحركة ومن هناك إلى التوربينات المائية.لذا فإن "الصدمة" يمكنها فعلاً فعلاً مع التوربين.من أجل زيادة قوة وكفاءة عمل التوربين إلى الحد الأقصى ، تم تصميم النظام الدوار والتوربينات لمضاعفة سرعة تدفق السائل على الجرافة.وستبقى نسبة صغيرة جدًا من الطاقة الحركية الأصلية لنفث السوائل في الماء ، مما يجعل الدلو فارغًا ويملأ بالسرعة نفسها (انظر الحفاظ على الكتلة) ، بحيث يمكن الاستمرار في حقن سائل الضغط العالي دون انقطاع.لا حاجة لإهدار الطاقة.عادة ، يتم تركيب دلاءين جنبًا إلى جنب على الدوار ، مما يسمح بتقسيم تدفق المياه إلى أنبوبين متساويين من أجل النفث (انظر الصورة).يوازن هذا التكوين قوى الحمل الجانبي على الدوار ويساعد على ضمان النعومة ، بينما يتم أيضًا نقل الطاقة الحركية من نفاثات السوائل إلى دوار التوربين المائي.

نظرًا لأن الماء ومعظم السوائل غير قابلة للضغط تقريبًا ، يتم التقاط كل الطاقة المتاحة تقريبًا في المرحلة الأولى بعد تدفق السائل إلى التوربين.من ناحية أخرى ، تحتوي توربينات بيلتون على قسم واحد فقط من العجلات المتحركة ، على عكس توربينات الغاز التي تعمل على السوائل القابلة للانضغاط.

التطبيقات العملية تعد توربينات بيلتون واحدة من أفضل أنواع التوربينات لتوليد الطاقة الكهرومائية وهي أكثر أنواع التوربينات ملاءمة للبيئة عندما يكون لمصدر المياه المتاح ارتفاعات عالية جدًا ومعدلات تدفق منخفضة.فعال.لذلك ، في بيئة الرأس العالي والتدفق المنخفض ، يكون توربين بيلتون هو الأكثر فاعلية ، حتى لو تم تقسيمه إلى تيارين ، فإنه لا يزال يحتوي على نفس الطاقة من الناحية النظرية.أيضًا ، يجب أن تكون القنوات المستخدمة في مجاري الحقن ذات جودة مماثلة ، تتطلب إحداها أنبوبًا رفيعًا طويلًا والأخرى أنبوبًا عريضًا قصيرًا.يمكن تركيب توربينات بيلتون في المواقع بجميع الأحجام.توجد بالفعل محطات لتوليد الطاقة الكهرومائية مع توربينات بيلتون ذات المحور الرأسي الهيدروليكي في فئة طن.يمكن أن تصل أكبر وحدة تركيب بها إلى 200 ميجاوات.من ناحية أخرى ، يبلغ عرض أصغر توربينات بيلتون بضع بوصات فقط ويمكن استخدامها لاستخراج الطاقة من التيارات التي تتدفق فقط بضعة جالونات في الدقيقة.تستخدم بعض أنظمة السباكة المنزلية نواعير مائية من نوع Pelton لتوصيل المياه.يوصى باستخدام توربينات بيلتون الصغيرة هذه على ارتفاعات رأس 30 قدمًا (9.1 م) أو أكثر لتوليد طاقة كبيرة.في الوقت الحالي ، وفقًا لتدفق المياه والتصميم ، يفضل أن يتراوح ارتفاع رأس موقع تركيب توربين بيلتون من 49 إلى 5905 قدمًا (14.9 إلى 1799.8 مترًا) ، ولكن لا يوجد حد نظري في الوقت الحالي.