De Pelton-turbine , ook wel bekend als het tangentiële hydraulische wiel of Pelton-wiel, werd uitgevonden door de Amerikaan Lester Allen Pelton in de jaren 1870. Hoewel er vóór het Pelton-type verschillende soorten turbines werden gemaakt, is dit nog steeds het meest gebruikte momenteel vanwege zijn effectiviteit.
Het is een impulsturbine of hydraulische turbine die een eenvoudig en compact ontwerp heeft, de vorm heeft van een wiel, voornamelijk samengesteld uit emmers, deflectoren of verdeelde bewegende bladen, gelegen rond zijn omtrek.
De messen kunnen afzonderlijk worden gepositioneerd of aan de centrale naaf worden bevestigd, of het hele wiel kan in één geheel worden gemonteerd. Om te functioneren, zet het de energie van de vloeistof om in beweging, die wordt gegenereerd wanneer een hogesnelheidsstraal water de bewegende bladen raakt, waardoor het gaat draaien en begint te werken.
Het wordt meestal gebruikt om elektriciteit op te wekken in waterkrachtcentrales, waar het beschikbare waterreservoir zich op een bepaalde hoogte boven de turbine bevindt.
Geschiedenis
Hydraulische wielen werden geboren uit de eerste wielen die werden gebruikt om water uit rivieren te halen en werden verplaatst door de inspanning van mens of dier.
Deze wielen dateren uit de 2e eeuw voor Christus, toen peddels werden toegevoegd aan de omtrek van het wiel. Hydraulische wielen werden gebruikt toen de mogelijkheid werd ontdekt om de energie van stromingen te gebruiken om andere machines te bedienen, tegenwoordig bekend als turbomachines of hydraulische machines.
De impulsturbine van het Pelton-type verscheen pas in 1870, toen de mijnwerker Lester Allen Pelton van Amerikaanse afkomst het eerste mechanisme met wielen implementeerde om water aan te zuigen, vergelijkbaar met een molen, en vervolgens stoommachines implementeerde.
Deze mechanismen begonnen te falen in hun werking. Van daaruit kwam Pelton op het idee om hydraulische wielen te ontwerpen met bladen of bladen die de schok van water met hoge snelheid opvangen.
Hij merkte op dat de straal op de rand van de bladen sloeg in plaats van in het midden, met als resultaat dat de waterstroom in de omgekeerde richting wegging en de turbine versnelde, wat een efficiëntere methode werd. Dit feit is gebaseerd op het principe waarmee de kinetische energie die door de straal wordt geproduceerd, wordt behouden en kan worden gebruikt om elektrische energie op te wekken.
Pelton wordt beschouwd als de vader van waterkracht, vanwege zijn belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van waterkracht over de hele wereld. Zijn uitvinding aan het einde van de jaren 1870, door hemzelf de Pelton Runner genoemd, werd erkend als het meest efficiënte ontwerp van impulsturbines.
Later patenteerde Lester Pelton zijn wiel en in 1888 richtte hij de Pelton Water Wheel Company op in San Francisco. "Pelton" is een handelsmerk van de producten van dat bedrijf, maar de term wordt gebruikt om soortgelijke impulsturbines aan te duiden.
Later kwamen er nieuwe ontwerpen bij, zoals de Turgo-turbine die in 1919 werd gepatenteerd, en de Banki-turbine die geïnspireerd was op het Pelton-wielmodel.
Werking van de Pelton-turbine
Er zijn twee soorten turbines: reactieturbine en impulsturbine. In een reactieturbine vindt de ontwatering plaats onder de druk van een gesloten kamer; bijvoorbeeld een eenvoudige tuinsproeier.
In de impulsturbine van het Pelton-type, wanneer de emmers aan de rand van het wiel het water direct met hoge snelheid ontvangen, drijven ze de rotatiebeweging van de turbine aan, waarbij de kinetische energie wordt omgezet in dynamische energie.
Hoewel zowel kinetische energie als drukenergie worden gebruikt in de reactieturbine, en hoewel alle energie die wordt geleverd in een impulsturbine kinetisch is, hangt de werking van beide turbines af van een verandering in de snelheid van het water, zodat het een dynamische kracht uitoefent op het roterende element.
Toepassing
Er is een grote verscheidenheid aan turbines in verschillende groottes op de markt, maar het wordt aanbevolen om de turbine van het type Pelton te gebruiken op hoogtes van 300 meter tot ongeveer 700 meter of meer.
Kleine turbines worden gebruikt voor huishoudelijke doeleinden. Dankzij de dynamische energie die wordt opgewekt door de snelheid van het water, kan het gemakkelijk elektrische energie produceren op een zodanige manier dat deze turbines voornamelijk worden gebruikt voor de werking van waterkrachtcentrales.
Bijvoorbeeld de waterkrachtcentrale Bieudron in het Grande Dixence-damcomplex in de Zwitserse Alpen in het kanton Wallis, Zwitserland.
Deze fabriek begon haar productie in 1998, met twee wereldrecords: het heeft de krachtigste Pelton-turbine ter wereld en de hoogste kop die wordt gebruikt om hydro-elektrische energie te produceren.
De faciliteit herbergt drie Pelton-turbines, elk met een hoogte van ongeveer 1869 meter en een debiet van 25 kubieke meter per seconde, met een efficiëntie van meer dan 92%.
In december 2000 brak de poort van de Cleuson-Dixence-dam, die de Pelton-turbines in Bieudron voedt, op ongeveer 1234 meter hoogte, waardoor de elektriciteitscentrale moest worden stilgelegd.
De breuk was 9 meter lang en 60 centimeter breed, waardoor de stroom door de breuk meer dan 150 kubieke meter per seconde bedroeg, dat wil zeggen dat er snel een grote hoeveelheid water bij hoge druk vrijkwam, waardoor de passage van ongeveer 100 hectare weilanden, boomgaarden, bossen, het wassen van verschillende chalets en schuren in dit gebied.
Ze hebben een groot onderzoek gedaan naar het ongeval, waardoor ze de afsluiter bijna volledig opnieuw hebben ontworpen. De oorzaak van de breuk is nog onbekend.
Het herontwerp vereiste verbeteringen aan de buisbekleding en bodemverbetering rond de afsluiter om de waterstroom tussen de buis en het gesteente te verminderen.
Het beschadigde gedeelte van de afsluiter werd omgeleid van de vorige locatie om nieuwe rots te vinden die stabieler was. De bouw van de opnieuw ontworpen poort is in 2009 voltooid.
De faciliteit in Bieudron was na dit ongeval pas operationeel in januari 2010.
Referenties
- Penton Wheel. Wikipedia, de gratis encyclopedie. Hersteld: en.wikipedia.org
- Pelton-turbine. Wikipedia, de gratis encyclopedie. Opgehaald van es.wikipedia.org
- Lester Allen Pelton. Wikipedia, de gratis encyclopedie. Opgehaald van en.wikipedia.org
- Waterkrachtcentrale Bieudron. Wikipedia, de gratis encyclopedie. Opgehaald van en.wikipedia.org
- Pelton en Turgo Turbines. Hernieuwbare energie eerst. Opgehaald van renewablesfirst.co.uk
- Hanania J., Stenhouse K. en Jason Donev J. Pelton Turbine. Encyclopedie van energie-educatie. Hersteld van energyeducation.ca
- Pelton Turbine - Werk- en ontwerpaspecten. Leer techniek. Opgehaald van learnengineering.org
- Hydraulische turbines. Krachtmachines OJSC. Hersteld van power-m.ru/es/
- Pelton Wheel. Hartvigsen Hydro. Opgehaald van h-hydro.com
- Bolinaga JJ Elementaire mechanica van vloeistoffen. Andres Bello Katholieke Universiteit. Caracas, 2010. Toepassingen op hydraulische machines. 298
- Linsley RK en Franzini JB Hydraulic Resources Engineering. CECSA. Hydraulische machines. Hoofdstuk 12. 399-402, 417.
- Wylie S. Mechanics of Fluids. McGraw Hill. Zesde editie. Theorie van turbomachines. 531-532.