Hydroturbine van Pelton

Impulsturbines zijn waterturbines die de kinetische energie van hoge druk straalstromen gebruiken om werk te doen.Het hoogdrukwater wordt door de sproeiers van de turbine omgezet in snelle straalstromen, die vervolgens de emmers van de turbine raken, waardoor de turbine draait en werk verricht.
Er zijn drie hoofdsoorten impulsturbines:Pelton-waterturbines, Turgo-waterturbinesIn dit hoofdstuk worden de meest gebruikte Pelton- en Turgo-turbines geïntroduceerd.

Loper en werkingsbeginsel

Figuur 1 toont de loop van een Pelton-turbine, met de voorkant links en de zijkant rechts.dus het wordt ook wel een emmer turbine genoemd.

Figuur 1 Pelton-turbinerunner

In figuur 2 is een dwarsdoorsnede van een emmer weergegeven. Uit de dwarsdoorsnede van een emmer blijkt dat de emmer bestaat uit twee lepelvormige lichamen die naast elkaar staan.De waterstroom wordt in de twee lepelvormige lichamen gegooid, waardoor de loper gaat draaien.

Figuur 2 dwarsdoorsnede van een emmer

Figuur 3 is een werkingsdiagram van een Pelton-turbine.De kinetische energie van het water duwt de emmers.De blauwe lijnen geven de waterstroom aan die door de spuitstuk wordt gespoten en de waterstroom die door de spuitstuk wordt gereflecteerd.

Figuur 3 -- Werkingsbeginsel van de Pelton-turbine

Figuur 4 toont de stroomrichting van het water dat naar de emmers stroomt.wordt gesplitst door de inlaatrand naar de werkvlakken aan beide zijdenNa het reflecteren door de emmers, de hoge snelheid straalstroom overbrengt zijn kinetische energie naar de emmers, duwen ze vooruit.

Figuur 4 Stroomstraal van de Pelton-turbine

Injectie-mechanisme

Het injectiemechanisme, kortweg de spuitstuk, bestaat voornamelijk uit een spuitstuk, een naald en een naaldbewegingsmechanisme.De grootte van de uitlaat van het spuitstuk wordt gewijzigd door de naald in het spuitstuk te verplaatsen, waardoor de waterstroom van de spuitstuk wordt gewijzigd om het vermogen van de turbine aan te passen. figuur 5 is een schematisch schema van de structuur van het injectiemechanisme,met een diameter van niet meer dan 20 mm,.

Figuur 5 -- de structuur van het inlaat- en het injectiemechanisme

In het diagram wordt de naald verplaatst door handmatige besturing.waardoor de waterstroom van het mondstuk verandertVoor grootschalige waterturbines worden hydraulische of elektrische servomekanismen gebruikt om de naald te bewegen.De bovengenoemde bewegende mechanismen zijn buiten de buis geïnstalleerd en behoren tot het extern bediende injectiemechanisme.Er is een ander type injectiemechanisme dat in het mondstuk is geïnstalleerd en dat geen naaldstaaf heeft die zich buiten de buis uitstrekt en geen elleboog vereist.Het brengt veel gemak met zich mee in de structuur van de pijpleiding.Het zal echter niet hier worden geïntroduceerd.

Aan de linkerkant van figuur 6 bevindt de naald zich in de normale werkpositie en wordt de waterstroom naar de emmer geleid.De naald beweegt zich naar voren om de opening van het mondstuk te blokkeren., en het mondstuk is gesloten.

Figuur 6  Beheersing van de waterstroom door beweging van de naald

Deflector

De Pelton-turbines hebben een breed bereik van enkele honderden tot meer dan duizend meter.De pijpleidingen van het reservoir naar de turbine kunnen van één kilometer tot enkele kilometers lang zijn.In het geval van een storing in het elektriciteitsnet waardoor er sprake is van een storing, moeten deze leidingen een enorme waterdruk weerstaan, vooral in de onderste delen.De waterbron moet onmiddellijk worden uitgeschakeld om de turbine te stoppen.Als de windturbine niet in staat is om te draaien, wordt de lading verlaagd, wat leidt tot een snelle toename van de rotatiesnelheid en schade aan de eenheid.de grote hoeveelheid bewegende water binnen kan niet snel stoppen met stromenAls de pijpleidingen snel worden afgesloten, ontstaat er een extreem hoge waterdruk, die de veiligheid van de pijpleidingen ernstig in gevaar brengt.De enige oplossing is om het gespotte water naar de turbine te leiden zodat het niet tegen de turbine raakt., in plaats van de waterstroom af te sluiten.
De installatie van een deflector voor de spuitstuk is de eenvoudigste methode. Tijdens normale werking wordt de deflector opgeheven, zonder dat de waterstroom 喷出 uit de spuitstuk wordt beïnvloed,en de turbine normaal draait (links van figuur 7)Wanneer de deflector wordt verlaagd, wordt de waterstroom van de spuitstuk door de deflector geblokkeerd en naar de onderste uitlaat (rechts van figuur 7) doorgestuurd en stopt de turbine met werken.De deflector kan binnen 1 tot 2 seconden worden gedraaid naar de blokkeringspositie.

Figuur 7 -- Werkingsbeginsel van de deflector

Figuur 8 is de belangrijkste animatie van een Pelton-turbine.en de kleine oranje kralen geven de waterstroom weer die van de achterzijde van de loperDe middellijn van de waterstroom die uit de spuit wordt geslingerd, is tangent aan de toonhoogtecirkel van de hardloper.Vandaar de naam "Pelton-turbine" (letterlijk "tangentiële slagturbine").

Figuur 9 toont een model van een kleine en middelgrote impulsturbine, die hoofdzakelijk bestaat uit een onderste behuizing, een bovenste behuizing, een loop (binne de behuizing), een waterinlaatpijp,een spuitnaald en het aandrijfsmechanisme daarvan, en een betonnen fundering.

Uit de doorsnede van de onderste en bovenste behuizing is de loop, de spuitstuk en de deflector zichtbaar, zoals weergegeven op figuur 10.De sectie tekening van de betonnen fundering toont de staart water trog en de uitlaat.

De as van de deflector loopt door het lager onder de spuitkop en de deflector kan rond de as draaien.

Multi-jet Pelton-turbine
Om de prestaties van turbines te verbeteren, hebben grote impulsturbines vaak 2 tot 6 sproeiers. Hieronder is een structuurdiagram van een impulsturbine met twee sproeiers.