Турбина Пельтона – детали, работа и аспекты конструкции

Что такое турбина Пельтона?

Турбина Пельтона – это импульсная турбина тангенциального потока, в которой энергия давления воды преобразуется в кинетическую энергию, образуя высокоскоростную струю воды, и эта струя ударяет в колесо по касательной, заставляя его вращаться. Ее также называют колесом Пельтона.

Части и их функции турбины Пельтона

Ниже приведены различные части и функции турбины Пельтона.

Части турбины Пельтона

1.Сопло и механизм регулирования потока

Вода из источника передается по пенштоку, на конце которого имеется форсунка. С помощью этого сопла можно формировать высокоскоростную водяную струю. Для управления струей воды из сопла внутри сопла расположено подвижное игольчатое копье.

Сопло и устройство потока

Копье движется назад и вперед в осевом направлении. При движении вперед поток уменьшается или останавливается, а при движении назад поток увеличивается.

2.Бегунок и ковши

Турбина Пельтона состоит из бегуна, который представляет собой круглый диск, на периферии которого установлено несколько ковшей с равным расстоянием между ними. Установленные ковши имеют двойную полусферическую или двойную эллипсоидную форму.

Бегун и ковши колеса Пельтона

Для каждого ковша предусмотрена перегородка, называемая разделителем, которая разделяет ковш на две равные части. Ковши обычно изготавливаются из чугуна, нержавеющей стали или бронзы в зависимости от напора на входе в турбину Пельтона.

3.Корпус

Все расположение бегунка и ковшей, входных и тормозных струй покрыто корпусом. Кожух турбины Пельтона не выполняет никаких гидравлических действий, но предотвращает разбрызгивание воды во время работы, а также способствует отводу воды в хвостовую часть.

Модель турбины Пельтона с корпусом

4.Тормозная струя

Тормозная струя используется для остановки работающего колеса, когда оно не работает. Эта ситуация возникает, когда входное отверстие сопла закрывается с помощью копья, тогда струя воды останавливается на ковшах. Но из-за инерции бегун не прекращает вращаться даже после полного закрытия входного патрубка.
Чтобы остановить это, предусмотрено тормозное сопло, как показано на рисунке 1. Тормозная форсунка направляет струю воды на заднюю часть ковшей, чтобы остановить колесо. Струя, направляемая тормозным соплом, называется тормозной струей.

Работа турбины Пельтона

Турбина Пелтона работает следующим образом:

• Вода поступает из источника с высоким напором по длинному трубопроводу, называемому пенштоком.
• Форсунки в конце пенштока помогают воде ускориться, и она вытекает в виде высокоскоростной струи с высокой скоростью и разряжением при атмосферном давлении.
• Струя попадает на делитель ковша, который распределяет струю на две половины ковша, и колесо начинает вращаться.
• Кинетическая энергия струи уменьшается при ударе о ковш, а также из-за сферической формы ковша направленная струя изменяет свое направление, делает разворот и попадает в хвостовую часть.

Струя воды, ударяющая по ковшам пельтонного колеса

Аспекты проектирования турбины Пельтона

Ниже перечислены аспекты, которые необходимо учитывать при проектировании турбины с колесом Пельтона.

Пельтонное колесо

1.Скорость струи

Скорость струи на входе определяется следующим образом

Где Cv = коэффициент скорости =0,98 или 0,99.
H= чистый напор на турбине.

2.Скорость колеса

Скорость колеса (u) определяется по формуле

Где, = коэффициент скорости = от 0,43 до 0,48

3.Угол отклонения струи

Угол отклонения струи после удара по ковшам принимается равным 165o, если угол отклонения не задан.

4.Средний диаметр колеса

Средний диаметр или диаметр шага D пельтонной турбины определяется по формуле

5.Коэффициент струи

Он определяется как отношение диаметра шага (D) пельтонной турбины к диаметру струи (d). Он обозначается m и определяется как

m = D/d

Для достижения максимальной гидравлической эффективности соотношение (m) находится в диапазоне от 11 до 16. Однако в большинстве случаев оно принимается равным 12.

6.Размеры ковша

Размеры ковша проектируются таким образом, чтобы его ширина была в 3-4 раза больше диаметра струи, длина – в 2-3 раза больше диаметра струи, а толщина – в 0,8-1,2 раза больше диаметра струи.

Ковш с колесом Пельтона

7.Количество струй

Получается путем деления общей скорости потока через турбину на скорость потока воды через одну струю.
В общем случае количество струй ограничено двумя в случае вертикальной турбины и шестью в случае горизонтальной турбины.

8.Количество ковшей

Количество ковшей (z) на бегуне определяется следующим образом

Где, D = диаметр шага
d = диаметр струи
m = коэффициент струи

• Факторы, влияющие на выбор гидравлической турбины.
• Турбина Френсиса – ее компоненты, работа и применение.
• Разница между турбинами Пельтона, Френсиса и Каплана.
• Турбина Каплана – ее компоненты, работа и применение.
• Компоненты гидроэлектростанции и их функции.
• Расстояние видимости в дорожном строительстве – типы и расчеты.
• Центробежный насос – компоненты, работа, типы и применение.