بررسی اجمالی و اصول طراحی توربین پلتون

توربین پلتون (همچنین ترجمه شده: Pelton waterwheel یا Bourdain turbine، انگلیسی: Pelton wheel or Pelton Turbine) نوعی توربین ضربه ای است که توسط مخترع آمریکایی لستر دبلیو توسعه یافته توسط آلن پلتون ساخته شده است.توربین‌های پلتون از آب برای جاری شدن استفاده می‌کنند و برای به دست آوردن انرژی به چرخ آب برخورد می‌کنند، که با چرخ آبی سنتی تزریق رو به بالا که توسط وزن خود آب به حرکت در می‌آید متفاوت است.قبل از انتشار طرح پلتون، چندین نسخه مختلف از توربین برخوردی وجود داشت، اما کارایی کمتری نسبت به طرح پلتون داشتند.پس از خروج آب از چرخ آب، آب معمولاً همچنان سرعت دارد و بسیاری از انرژی جنبشی چرخ آب را هدر می دهد.هندسه دست و پا زدن پلتون به گونه ای است که پروانه پس از دویدن با نصف سرعت جت آب، پروانه را با سرعت بسیار پایین ترک می کند.بنابراین، طرح پلتون تقریباً به طور کامل انرژی ضربه آب را جذب می کند، به طوری که توربین آبی با راندمان بالا دارد.

پس از اینکه جریان آب با سرعت بالا با راندمان بالا وارد خط لوله شد، ستون آب قوی از طریق دریچه سوزنی به سمت پره های فن سطلی شکل روی چرخ متحرک هدایت می شود تا چرخ متحرک را به حرکت درآورد.این به عنوان پره های فن برخورد نیز شناخته می شود، آنها اطراف چرخ محرک را احاطه کرده اند و در مجموع به آنها چرخ محرک گفته می شود.(برای جزئیات به عکس، توربین پلتون قدیمی مراجعه کنید).با برخورد جت آب به پره های فن، جهت جریان آب به دلیل شکل سطل تغییر می کند.نیروی ضربه آب یک لحظه بر روی سطل آب و سیستم چرخ متحرک وارد می کند و از آن برای چرخاندن چرخ متحرک استفاده می کند.جهت جریان خود آب "غیرقابل برگشت" است و خروجی جریان آب خارج از سطل آب تنظیم می شود و سرعت جریان آب به سرعت بسیار پایین کاهش می یابد.در طی این فرآیند، تکانه جت سیال به چرخ متحرک و از آنجا به توربین آب منتقل می شود.بنابراین "شوک" در واقع می تواند برای توربین کار کند.به منظور به حداکثر رساندن قدرت و بازده کار توربین، سیستم روتور و توربین طوری طراحی شده است که سرعت جت سیال روی سطل را دو برابر کند.و بخش بسیار کمی از انرژی جنبشی اولیه جت سیال در آب باقی می‌ماند، که باعث می‌شود سطل خالی و با همان سرعت پر شود (به حفظ جرم مراجعه کنید)، به طوری که سیال ورودی با فشار بالا می‌تواند به تزریق ادامه دهد. بدون وقفهنیازی به هدر دادن انرژی نیست.معمولاً دو سطل در کنار هم روی روتور نصب می‌شوند که به جریان آب اجازه می‌دهد تا برای جت کردن به دو لوله مساوی تقسیم شود (تصویر را ببینید).این پیکربندی نیروهای بار جانبی روی روتور را متعادل می کند و به اطمینان از صاف بودن کمک می کند، در حالی که انرژی جنبشی جت های سیال نیز به روتور هیدروتوربین منتقل می شود.

از آنجایی که آب و بیشتر مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند، تقریباً تمام انرژی موجود در مرحله اول پس از جریان سیال به داخل توربین جذب می شود.از سوی دیگر، توربین‌های پلتون، برخلاف توربین‌های گازی که بر روی سیالات قابل تراکم کار می‌کنند، تنها یک بخش چرخ متحرک دارند.

کاربردهای عملی توربین های پلتون یکی از بهترین انواع توربین ها برای تولید برق آبی هستند و زمانی که منبع آب موجود دارای ارتفاع هد بسیار بالا و دبی کم باشد، مناسب ترین نوع توربین برای محیط زیست هستند.تاثیر گذار.بنابراین، در محیط هد بالا و جریان کم، توربین پلتون مؤثرترین است، حتی اگر به دو جریان تقسیم شود، باز هم از نظر تئوری دارای همان انرژی است.همچنین مجراهای مورد استفاده برای دو جریان تزریق باید از کیفیت قابل مقایسه ای برخوردار باشند که یکی از آنها به یک لوله نازک بلند و دیگری به یک لوله کوتاه عرض نیاز دارد.توربین های پلتون را می توان در سایت هایی با هر اندازه ای نصب کرد.در حال حاضر نیروگاه های برق آبی با توربین های پلتون شفت عمودی هیدرولیک در کلاس تن وجود دارد.بزرگترین واحد نصب آن می تواند تا 200 مگاوات باشد.از طرف دیگر، کوچکترین توربین های پلتون، تنها چند اینچ عرض دارند و می توان برای استخراج انرژی از جریان هایی که تنها چند گالن در دقیقه جریان دارند، استفاده کرد.برخی از سیستم های لوله کشی خانگی از چرخ های آبی نوع Pelton برای تحویل آب استفاده می کنند.این توربین های کوچک پلتون برای استفاده در ارتفاع 30 فوت (9.1 متر) یا بیشتر برای تولید توان قابل توجه توصیه می شود.در حال حاضر با توجه به جریان آب و طراحی، ارتفاع سر محل نصب توربین پلتون ترجیحاً در محدوده 49 تا 5905 فوت (9/14 تا 8/1799 متر) است، اما در حال حاضر محدودیت نظری وجود ندارد.