Das Rad von Pelton ist eine Impuls-Turbine, die unter den effizientesten Typen von Wasserturbinen ist. Es wurde von Lester Allan Pelton in den 1870er Jahren erfunden. Die Radextrakt-Energie von Pelton vom Impuls (Schwung) von bewegendem Wasser, im Vergleich mit seinem Gewicht wie traditionelles hinausgeschossenes Wasserrad. Obwohl viele Schwankungen von Impuls-Turbinen vor dem Design von Pelton bestanden haben, waren sie weniger effizient als das Design von Pelton; das Wasser, diese Räder verlassend, hatte normalerweise noch hohe Geschwindigkeit, und hat viel von der Energie weggetragen. Die Paddel-Geometrie von Pelton wurde so dass entworfen, wenn die Rand-Läufe an ½ die Geschwindigkeit des Wasserstrahles, das Wasser das Rad mit sehr wenig Geschwindigkeit verlässt, fast ganze seine Energie herausziehend, und eine sehr effiziente Turbine berücksichtigend.

Geschichte

Funktion

Das Wasser fließt entlang der Tangente in den Pfad des Läufers. Schnauzen direkte kräftige Ströme von Wasser gegen eine Reihe von Eimern in der Form von des Löffels sind um den Rand eines Rades gestiegen. Als Wasser in den Eimer fließt, ändert sich die Richtung der Wassergeschwindigkeit, um der Kontur des Eimers zu folgen. Wenn sich das Wasserstrahl mit dem Eimer in Verbindung setzt, übt das Wasser Druck auf den Eimer aus, und das Wasser wird verlangsamt, weil es eine "Wende" tut und die andere Seite des Eimers an der niedrigen Geschwindigkeit überflutet. Dabei wird der Schwung von Wasser der Turbine übertragen. Dieser "Impuls" arbeitet wirklich an der Turbine. Für die maximale Macht und Leistungsfähigkeit wird das Turbinensystem solch entworfen, dass die Wasserstrahlgeschwindigkeit zweimal die Geschwindigkeit des Eimers ist. Ein sehr kleiner Prozentsatz der ursprünglichen kinetischen Energie von Wasser wird noch im Wasser bleiben; jedoch erlaubt das dem Eimer, an derselben Rate entleert zu werden, es wird gefüllt, (sieh Bewahrung der Masse), so dem Wasserfluss erlaubend, ununterbrochen weiterzugehen. Häufig werden zwei Eimer nebeneinander bestiegen, so das Wasserstrahl entzwei spaltend (sieh Foto). Das erwägt die Seitenlast-Kräfte auf dem Rad und hilft, glatte, effiziente Schwung-Übertragung des flüssigen Strahles zum Turbinenrad zu sichern.

Weil Wasser und die meisten Flüssigkeiten fast incompressible sind, wird fast die ganze verfügbare Energie in der ersten Stufe der hydraulischen Turbine herausgezogen. Deshalb haben Räder von Pelton nur eine Turbinenbühne verschieden von Gasturbinen, die mit komprimierbarer Flüssigkeit funktionieren.

Anwendungen

Räder von Pelton sind die bevorzugte Turbine für die Wasserkraft, wenn die verfügbare Wasserquelle relativ hohen hydraulischen Kopf an niedrigen Durchflüssen hat. Räder von Pelton werden in allen Größen gemacht. Dort bestehen Sie Mehrtonne Räder von Pelton, die auf vertikalen Ölpolster-Lagern in Wasserkraftwerken bestiegen sind. Die größten Einheiten können bis zu 200 Megawatt sein. Die kleinsten Räder von Pelton sind nur einige Zoll darüber und können verwendet werden, um Macht von Bergströmen zu klopfen, die Flüsse von einigen Gallonen pro Minute haben. Einige dieser Systeme verwerten Haushalt, der Vorrichtungen für die Wasserübergabe lotrecht macht. Diese kleinen Einheiten werden für den Gebrauch mit dreißig Metern oder mehr vom Kopf empfohlen, um bedeutende Macht-Niveaus zu erzeugen. Abhängig vom Wasserfluss und Design funktionieren Räder von Pelton am besten mit Köpfen von 15 Metern bis 1,800 Metern, obwohl es keine theoretische Grenze gibt.

Das Pelton Rad ist in hohen Hauptanwendungen am effizientesten (sieh die "" Regel-Designabteilung). So kann mehr Macht aus einer Wasserquelle mit dem Hochdruck- und niedrigen Fluss herausgezogen werden als von einer Quelle mit dem Unterdruck- und hohen Fluss, selbst wenn die zwei Flüsse theoretisch dieselbe Macht enthalten. Auch ein vergleichbarer Betrag des Pfeife-Materials ist für jede der zwei Quellen, das ein Verlangen einer langen dünnen Pfeife und des anderen eine kurze breite Pfeife erforderlich.

Designregeln

Spezifische Geschwindigkeit

Die spezifische Geschwindigkeit einer Turbine diktiert die Gestalt der Turbine in einem Weg, der mit seiner Größe nicht verbunden ist. Das erlaubt einem neuen Turbinendesign, von einem vorhandenen Design der bekannten Leistung erklettert zu werden. Die spezifische Geschwindigkeit ist auch das Hauptkriterium, für eine spezifische hydroelektrische Seite mit dem richtigen Turbinentyp zu vergleichen.

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Die Formel weist darauf hin, dass die Turbine von Pelton für Anwendungen mit dem relativ hohen hydraulischen Leiter H wegen der 5/4 Hochzahl am passendsten ist, die größer ist als Einheit, und gegeben die charakteristisch niedrige spezifische Geschwindigkeit von Pelton.

Turbinenphysik und Abstammung

Energie und anfängliche Strahlgeschwindigkeit

Im Ideal (frictionless) Fall wird die ganze hydraulische potenzielle Energie (E = mgh) in die kinetische Energie umgewandelt (E = mv/2) (sieh den Grundsatz von Bernoulli). Die Gleichstellung dieser zwei Gleichungen und das Lösen für die anfängliche Strahlgeschwindigkeit (V) zeigen an, dass die theoretische (maximale) Strahlgeschwindigkeit V =  (2gh) ist. Für die Einfachheit, nehmen Sie an, dass alle Geschwindigkeitsvektoren zu einander parallel sind. Das Definieren der Geschwindigkeit des Radläufers als: (u) dann weil nähert sich das Strahl dem Läufer, die anfängliche Strahlgeschwindigkeit hinsichtlich des Läufers ist: (V  u).

Endstrahlgeschwindigkeit

Das Annehmen, dass die Strahlgeschwindigkeit höher ist als die Läufer-Geschwindigkeit, wenn das Wasser unterstützt im Läufer nicht werden soll, dann wegen der Bewahrung der Masse muss die Masse, die in den Läufer eingeht, der Masse gleichkommen, den Läufer verlassend. Wie man annimmt, ist die Flüssigkeit incompressible (eine genaue Annahme für die meisten Flüssigkeiten). Auch es wird angenommen, dass die Querschnittsfläche des Strahles unveränderlich ist. Die Strahlgeschwindigkeit bleibt unveränderlich hinsichtlich des Läufers. So, da das Strahl vom Läufer zurücktritt, ist die Strahlgeschwindigkeit hinsichtlich des Läufers:  (V  u) = V + u. Im Rahmen des normativen Verweises (hinsichtlich der Erde) ist die Endgeschwindigkeit dann: V = (V + u) + u = V + 2u.

Optimale Radgeschwindigkeit

Wir wissen, dass die ideale Läufer-Geschwindigkeit die ganze kinetische Energie im Strahl veranlassen wird, dem Rad übertragen zu werden. In diesem Fall muss die Endstrahlgeschwindigkeit Null sein. Wenn wir V + 2u = 0 lassen, dann wird die optimale Läufer-Geschwindigkeit u = V/2 oder Hälfte der anfänglichen Strahlgeschwindigkeit sein.

Drehmoment

Nach den zweiten und dritten Gesetzen des Newtons ist die Kraft F auferlegt durch das Strahl dem Läufer gleich, aber gegenüber der Rate der Schwung-Änderung der Flüssigkeit, so:

: F = m (V  V) =  ρQ [(V + 2u)  V] =  ρQ (2V + 2u) = 2ρQ (V  u)

wo (ρ) die Dichte ist und (Q) die Volumen-Rate des Flusses von Flüssigkeit ist. Wenn (D) das Raddiameter ist, ist das Drehmoment auf dem Läufer: T = F (D/2) = ρQD (V  u). Das Drehmoment ist an einem Maximum, wenn der Läufer (d. h. wenn u = 0, T = ρQDV) angehalten wird. Wenn die Geschwindigkeit des Läufers der anfänglichen Strahlgeschwindigkeit gleich ist, ist das Drehmoment Null (d. h. wenn u = V, dann T = 0). Auf einem Anschlag des Drehmoments gegen die Läufer-Geschwindigkeit ist die Drehmoment-Kurve zwischen diesen zwei Punkten, (0, pQDV) und (V, 0) gerade.

Macht

Die Macht P = Fu = Tω, wo ω die winkelige Geschwindigkeit des Rades ist. F auswechselnd, haben wir P = 2ρQ (V  u) u. Um die Läufer-Geschwindigkeit an der maximalen Macht zu finden, nehmen Sie die Ableitung von P in Bezug auf u und setzen Sie es gleich der Null, [dP/du = 2ρQ (V  2u)]. Maximale Macht kommt wenn u = V/2 vor. P = ρQV/2. Die anfängliche Strahlmacht V =  (2gh) einsetzend, vereinfacht das zu P = ρghQ. Diese Menge kommt genau der kinetischen Macht des Strahles gleich, so in diesem idealen Fall ist die Leistungsfähigkeit 100 %, da die ganze Energie im Strahl zur Welle-Produktion umgewandelt wird.

Leistungsfähigkeit

Eine durch die anfängliche Strahlmacht geteilte Radmacht, ist die Turbinenleistungsfähigkeit, η = 4u (V  u)/V. Es ist Null für u = 0 und für u = V. Wie die Gleichungen anzeigen, wenn ein echtes Rad von Pelton in der Nähe von der maximalen Leistungsfähigkeit, den Flüssigkeitsströmungen vom Rad mit sehr wenig restlicher Geschwindigkeit arbeitet. Anscheinend weist diese grundlegende Theorie nicht darauf hin, dass sich Leistungsfähigkeit mit dem hydraulischen Kopf ändern wird, und weitere Theorie erforderlich ist, das zu zeigen.

Es gibt vier Typ der Leistungsfähigkeit in der pelton Turbine:

1. Hydraulische Leistungsfähigkeit.

2. Mechanische Leistungsfähigkeit.

3. Volumetrische Leistungsfähigkeit.

4. Gesamte Leistungsfähigkeit.

Beispiele und Designdaten

Ein Arbeitsrad von Pelton wurde verwendet, um Elektrizität im Südlichen Kalifornien zu erzeugen. Das System hatte die folgenden Spezifizierungen. Wurf-Diameter, 162 Zoll (13.5 ft; 4.11 m); Maschinengeschwindigkeit, 250 rpm (26.2 rad/s); Kopf, 2200 ft (671 m). Die theoretische Strahlgeschwindigkeit V =  (2gh), wird berechnet, um, und die Radrand-Geschwindigkeit u = zu sein. Weil u  V/2, das Daten mit dem theoretischen Modell im Einklang stehend ist. Das Verhältnis der Läufer-Geschwindigkeit u zur idealen Strahlgeschwindigkeit  (2gh) wird gewöhnlich φ angezeigt. Wie das theoretische Modell für ein Rad von Pelton darauf hinweist, das an der maximalen Leistungsfähigkeit arbeitet, ist φ über 1/2. Wie man schätzt, hat dieses Rad ungefähr 60,000 hp (45 MW) auf einem Fluss von ungefähr 7 m/s erzeugt.

Systembestandteile

Die Röhre, die Hochdruckwasser zum Impuls-Rad bringt, wird die "Stauanlage" genannt. Ursprünglich war die Stauanlage der Name der Klappe, aber der Begriff ist erweitert worden, um die ganze flüssige Versorgungshydraulik einzuschließen. Stauanlage wird jetzt als ein allgemeiner Begriff für einen Wasserdurchgang verwendet, und kontrollieren Sie, der unter dem Druck ist, ob es eine Impuls-Turbine liefert oder nicht.

Siehe auch

• Bieudron Wasserdruckprüfungsprojekt
• Turbine von Francis
• Hydroelektrizität
• Wasserkraft
• Turbine von Kaplan
• Neuer Bullards Bar Damms
• Peltric setzen
• Turbine
• Turbomachinery
• Wasserturbine

Außenverbindungen

• Beispiel-Wasserdruckprüfung an der Dorado Aussicht-Ranch