Гидротурбины Пелтон
Гидротурбина Пелтона - импульсная турбина для высоких напоров
Рабочее колесо турбины Пелтона с двойными ковшами
Многоструйная система сопел турбины Пелтона
Многоструйная система сопел турбины Пелтона
Гидротурбина Пелтона — это классический представитель импульсных гидротурбин, и её конструкция и принцип работы существенно отличаются от реакционных турбин (Фрэнсис, Каплан, пропеллерных и др.). Ниже приведён подробный разбор её отличительных особенностей, основанный на инженерных данных, технических характеристиках и историческом развитии.
1. Определение и стандартизация
- Согласно ГОСТ 23956-80, ковшовая гидротурбина — это импульсная гидравлическая турбина с рабочим колесом, оснащённым двойными ковшами
- Иностранные эквиваленты: Pelton hydraulic turbine (англ.), Pelsonturbine (нем.), Turbine Pelton (фр.)
2. Импульсный принцип действия (Impulse Principle)
Главная отличительная особенность турбины Пелтона — это импульсный принцип преобразования энергии.
- Вся потенциальная энергия воды (напор) преобразуется в кинетическую энергию в сопле (nozzle) до попадания на рабочее колесо.
- Вода выходит из сопла в виде высокоскоростной струи, которая ударяет по ковшам (бадьям) рабочего колеса.
- В отличие от реакционных турбин, где энергия извлекается за счёт одновременного изменения давления и скорости воды внутри рабочего колеса, в турбине Пелтона давление воды после сопла становится атмосферным, и только скорость потока используется для передачи энергии.
3. Уникальная конструкция рабочего колеса (Runner with Split Buckets)
- Рабочее колесо турбины Пелтона оснащено серией двойных ковшей (split buckets), расположенных по окружности.
- Каждый ковш имеет центральный гребень, который делит струю воды на две части, поворачивая поток почти на 180°.
- Такая форма ковшей позволяет максимально эффективно передавать импульс воды колесу, минимизируя потери энергии на разбрызгивание и турбулентность.
4. Тангенциальное направление подачи воды
- Вода подаётся на ковши тангенциально, то есть под углом к окружности колеса, а не вдоль оси (как в аксиальных турбинах).
- После удара по ковшу вода свободно покидает рабочее колесо, не создавая обратного давления.
5. Несубмергированное (открытое) рабочее колесо
- Рабочее колесо турбины Пелтона работает в воздушной среде, а не под водой.
- Только струя воды контактирует с ковшами, а отработанная вода свободно падает вниз.
- Это резко отличает Пелтон-турбину от реакционных, где колесо полностью или частично погружено в воду.
6. Применение на высоких напорах и малых расходах
- Турбина Пелтона оптимальна для работы при высоких напорах (обычно от 300 м и выше, но возможна работа от 50 м до 1800 м) и относительно небольших расходах воды.
- Это делает её незаменимой для горных районов, где есть значительный перепад высот, но ограниченный объём воды.
7. Многоструйная схема (несколько сопел)
- Для увеличения мощности и гибкости регулирования турбины Пелтона могут оснащаться несколькими соплами (от 1 до 6), каждое из которых может независимо управляться.
- Это позволяет поддерживать высокий КПД даже при переменных расходах воды.
8. Высокая эффективность и простота обслуживания
- КПД турбины Пелтона достигает 85–92% при оптимальных условиях.
- Благодаря работе в воздушной среде и простоте конструкции, турбина устойчива к кавитации и требует минимального обслуживания.
9. Сравнение с другими типами турбин
| Характеристика | Пелтон | Фрэнсис | Каплан |
|---|---|---|---|
| Принцип действия | Импульсный | Реакционный | Реакционный |
| Напор | Высокий (50–1800 м) | Средний (10–300 м) | Низкий (2–30 м) |
| Расход воды | Малый/средний | Средний | Большой |
| Рабочее колесо | Открытое, не погружено | Погружено | Погружено |
| Форма лопаток/ковшей | Двойные ковши | Изогнутые лопатки | Поворотные лопасти |
| Количество сопел | 1–6 | Нет | Нет |
10. Историческая справка
- Турбина Пелтона была изобретена Лестером Алланом Пелтоном в конце 1870-х годов и запатентована в 1880 году.
- Её появление позволило эффективно использовать высоконапорные водные ресурсы, ранее недоступные для других типов турбин.
11. Краткое резюме
- Главная отличительная особенность гидротурбины Пелтона — это импульсный принцип работы, при котором вся энергия воды преобразуется в кинетическую до соприкосновения с рабочим колесом, а затем передаётся через высокоскоростную струю на двойные ковши открытого колеса.
- Турбина Пелтона идеально подходит для высоких напоров и малых расходов, отличается высокой эффективностью, простотой конструкции и минимальным риском кавитации.
- Именно эти особенности делают её незаменимой для горных и высоконапорных гидроэлектростанций.
Запросить расчет стоимости
Получите персональное предложение