Pelton turbine ιστορία, λειτουργία, εφαρμογή

Το Pelton turbine, Επίσης γνωστό ως Pelton τροχό εφαπτόμενο φτερωτή ή επινοήθηκε από τον Αμερικανό Lester Allen Pelton στις αρχές του 1870. Αν και διάφοροι τύποι ανεμογεννητριών δημιουργήθηκαν πριν από τον τύπο Pelton, αυτό παραμένει η πιο χρησιμοποιούνται σήμερα για την αποτελεσματικότητά της.

Πρόκειται για έναν παρορμητικό στρόβιλο ή υδραυλικό στρόβιλο που έχει ένα απλό και συμπαγές σχέδιο, έχει σχήμα τροχού, αποτελούμενο κυρίως από κάδοι, εκτροπείς ή διαχωρισμένα κινητά πτερύγια, που βρίσκονται γύρω από την περιφέρειά του.

Οι λεπίδες μπορούν να τοποθετηθούν μεμονωμένα ή να συνδεθούν στην κεντρική πλήμνη, ή ολόκληρος ο τροχός μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα ενιαίο κομμάτι. Για να λειτουργήσει, μετατρέπει την ενέργεια του ρευστού σε κίνηση, η οποία παράγεται όταν ένα πίδακα νερού σε υψηλή ταχύτητα, χτυπά τα κινούμενα πτερύγια προκαλώντας την περιστροφή και την έναρξη λειτουργίας.

Χρησιμοποιείται γενικά για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε υδροηλεκτρικά εργοστάσια, όπου η διαθέσιμη δεξαμενή νερού βρίσκεται σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από τον στρόβιλο.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία
• 2 Λειτουργία του στροβίλου Pelton
• 3 Εφαρμογή
• 4 Αναφορές

Ιστορία

Οι υδραυλικοί τροχοί γεννήθηκαν από τους πρώτους τροχούς που χρησιμοποιήθηκαν για να αντλήσουν νερό από τους ποταμούς και μετακινήθηκαν από την προσπάθεια του ανθρώπου ή των ζώων.

Αυτοί οι τροχοί χρονολογούνται από τον 2ο αιώνα π.Χ., όταν προστέθηκαν πετάλια στην περιφέρεια του τροχού. Οι υδραυλικοί τροχοί άρχισαν να χρησιμοποιούνται, όταν ανακαλύφθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης της ενέργειας των ρευμάτων για τη λειτουργία άλλων μηχανών, γνωστών σήμερα ως στροβιλομηχανές ή υδραυλικές μηχανές.

Ο υδροστρόβιλος Pelton, δεν έκανε την εμφάνισή του μέχρι το 1870, όταν η εξόρυξη Lester Allen Pelton αμερικανικής προέλευσης σε εφαρμογή το πρώτο μηχανισμό με τροχούς για να αντλούν νερό, παρόμοιο με ένα μύλο, τότε οι μηχανές ατμού σε εφαρμογή.

Αυτοί οι μηχανισμοί άρχισαν να παρουσιάζουν αποτυχίες στη λειτουργία τους. Από εκεί, ο Pelton ήρθε με την ιδέα του σχεδιασμού υδραυλικών τροχών με λεπίδες ή πτερύγια που δέχονται το σοκ του νερού με μεγάλη ταχύτητα.

Παρατήρησε ότι το τζετ χτύπησε την άκρη των πτερυγίων αντί για το κέντρο του και ως αποτέλεσμα η ροή του νερού που έμεινε στην αντίθετη κατεύθυνση και ο στρόβιλος απέκτησε μεγαλύτερη ταχύτητα, καθιστώντας μια πιο αποτελεσματική μέθοδο. Το γεγονός αυτό βασίζεται στην αρχή με την οποία η κινητική ενέργεια που παράγεται από τον πίδακα διατηρείται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο Pelton θεωρείται ο πατέρας της υδροηλεκτρικής ενέργειας, για τη σημαντική συμβολή της στην ανάπτυξη υδροηλεκτρικής ενέργειας σε όλο τον κόσμο. Η εφεύρεσή του στα τέλη της δεκαετίας του '70, που ονομάστηκε από τον εαυτό του ως Pelton Runner, αναγνωρίστηκε ως ο πιο αποδοτικός σχεδιασμός του στροβίλου παρορμήσεων..

Αργότερα, ο Lester Pelton κατοχύρωσε τον τροχό του και το 1888 σχημάτισε την Pelton Water Wheel Company στο Σαν Φρανσίσκο. Το "Pelton" είναι σήμα κατατεθέν των προϊόντων της εταιρείας αυτής, αλλά ο όρος χρησιμοποιείται για την αναγνώριση παρόμοιων στροβίλων ώθησης.

Αργότερα, προέκυψαν νέα σχέδια, όπως ο στρόβιλος Turgo που κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1919, και ο στρόβιλος Banki εμπνευσμένος από το μοντέλο του τροχού Pelton..

Λειτουργία του στρόβιλου Pelton

Υπάρχουν δύο τύποι στροβίλων: στρόβιλος αντίδρασης και στροβίλος ώθησης. Σε έναν στρόβιλο αντίδρασης, η απορροή εκτελείται υπό την πίεση ενός κλειστού θαλάμου. για παράδειγμα, ένας απλός ψεκαστήρας κήπου.

Στον στρόβιλο ώθησης τύπου Pelton, όταν οι κάδοι που βρίσκονται στην περιφέρεια του τροχού δέχονται άμεσα το νερό με υψηλή ταχύτητα, ενεργοποιούν την κίνηση περιστροφής του στροβίλου, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε δυναμική ενέργεια.

Παρά το γεγονός ότι τόσο κινητική ενέργεια και η ενέργεια πίεσης χρησιμοποιείται στο στρόβιλο αντίδρασης, και παρόλο που όλη η ενέργεια που παραδίδεται σε ένα ωστικό στρόβιλο είναι κινητική, ως εκ τούτου, η λειτουργία και των δύο στροβίλων εξαρτάται από μια αλλαγή στην ταχύτητα του νερού, για να ασκήσει δυναμική δύναμη σε αυτό το περιστρεφόμενο στοιχείο.

Εφαρμογή

Υπάρχει μεγάλη ποικιλία στροβίλων σε διαφορετικά μεγέθη στην αγορά, ωστόσο συνιστάται η χρήση του στροβίλου τύπου Pelton σε ύψη από 300 μέτρα έως περίπου 700 μέτρα ή περισσότερο..

Οι μικρές τουρμπίνες χρησιμοποιούνται για οικιακούς σκοπούς. Χάρη στη δυναμική ενέργεια που παράγεται από την ταχύτητα του νερού, μπορεί εύκολα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι συγκεκριμένοι στρόβιλοι να χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον για τη λειτουργία υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων.

Για παράδειγμα, ο υδροηλεκτρικός σταθμός Bieudron στο συγκρότημα φράγματος Grande Dixence που βρίσκεται στις ελβετικές Άλπεις στο καντόνι του Valais της Ελβετίας.

Το εργοστάσιο αυτό ξεκίνησε την παραγωγή του το 1998, με δύο παγκόσμια ρεκόρ: διαθέτει τον ισχυρότερο στρόβιλο Pelton στον κόσμο και το υψηλότερο κεφάλι που χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας.

Η εγκατάσταση φιλοξενεί τρεις στροβίλους Pelton, οι οποίοι λειτουργούν σε ύψος περίπου 1869 μέτρων και ροή 25 κυβικών μέτρων ανά δευτερόλεπτο, με απόδοση άνω του 92%.

Τον Δεκέμβριο του 2000, η ​​πύλη της Cleuson-Dixence Dam, η οποία τροφοδοτεί τις ανεμογεννήτριες Pelton σε Bieudron, είχε ένα διάλειμμα περίπου 1234 μέτρα, αναγκάζοντας το κλείσιμο του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ρήξη είχε μήκος 9 μέτρων από 60 εκατοστά πλάτος, προκαλώντας τη ροή μέσω ρήξης υπερβαίνει τα 150 κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή, είχαν μια ταχεία απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας του νερού σε υψηλή πίεση, καταστρέφοντας το πέρασμα των 100 εκταρίων περίπου βοσκοτόπων, οπωρώνων, δασών, το πλύσιμο πολλών σαλέ και αχυρώνων που βρίσκονται γύρω από αυτή την περιοχή.

Έκαναν μια σπουδαία έρευνα για το ατύχημα, ως αποτέλεσμα σχεδόν ανασχεδίασαν σχεδόν πλήρως τον εξαναγκασμένο σωλήνα. Η αιτία της ρήξης εξακολουθεί να είναι άγνωστη.

Ο επανασχεδιασμός απαιτούσε βελτιώσεις στην επένδυση του σωλήνα και τη βελτίωση του εδάφους γύρω από τον εξαναγκασμένο σωλήνα για να μειωθεί η ροή του νερού μεταξύ του σωλήνα και του βράχου..

Το κατεστραμμένο τμήμα του αναγκαστικού σωλήνα ανακατευθύνθηκε από την προηγούμενη θέση για να βρει νέο βράχο που ήταν πιο σταθερό. Η κατασκευή του ανασχεδιασμένου φράγματος ολοκληρώθηκε το 2009.

Η εγκατάσταση του Bieudron δεν είχε τεθεί σε λειτουργία μετά το ατύχημα μέχρι την πλήρη ανάληψη των δραστηριοτήτων του τον Ιανουάριο του 2010.

Αναφορές

1. Penton Wheel. Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ανάκτηση: en.wikipedia.org
2. Pelton turbine. Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ανακτήθηκε από το es.wikipedia.org
3. Lester Allen Pelton. Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
4. Bieudron Υδροηλεκτρικός Σταθμός. Wikipedia, η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
5. Pelton και Turgo Turbines. Ανανεώσιμες Πρώτες Ανάκτηση από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
6. Hanania J., Stenhouse Κ., Και Jason Donev J. Pelton Turbine. Εγκυκλοπαίδεια Ενεργειακής Εκπαίδευσης. Ανακτήθηκε από energyeducation.ca
7. Pelton Turbine - Θέματα εργασίας και σχεδίασης. Μάθετε Μηχανική. Ανακτήθηκε από το learnengineering.org
8. Υδραυλικές τουρμπίνες Power Machines OJSC. Ανακτήθηκε από power-m.ru/
9. Pelton Wheel. Hartvigsen Hydro. Ανακτήθηκε από h-hydro.com
10. Bolinaga J. J. Elemental Mechanics of Fluids. Andrés Bello Καθολικό Πανεπιστήμιο. Caracas, 2010. Εφαρμογές σε υδραυλικά μηχανήματα. 298.
11. Linsley R. Κ., And Franzini J.B. Μηχανική Υδραυλικών Πόρων. CECSA. Υδραυλικά μηχανήματα. Κεφάλαιο 12. 399-402, 417.
12. Wylie S. Μηχανική υγρών. McGraw Hill. Έκτη Έκδοση. Θεωρία των στροβιλομηχανών. 531-532.