Inleiding
Een Pelton turbine is een type waterkracht turbine die wordt gebruikt in de energieopwekkingssector. In tegenstelling tot de Francis turbine en Kaplan turbine, zijn Pelton turbines impulsturbines.
Hoewel Pelton turbines zeer efficiënt zijn, zijn ze minder gebruikelijk dan Kaplan en Francis turbines omdat de Pelton turbine een zeer grote valhoogte (verschil in hoogte tussen het bovenste en onderste reservoir) vereist om te functioneren; dit beperkt het gebruik tot specifieke geografische gebieden.
Waterkrachtcentrales maken deel uit van de hernieuwbare energiesector en worden geclassificeerd als een 'groene' vorm van energieopwekking.
Geschiedenis
De Pelton turbine werd uitgevonden door Lester Allan Pelton in de jaren 1870. Lester Pelton was niet de eerste die probeerde impulsenergie te gebruiken om een waterturbine aan te drijven, maar hij was de eerste die een efficiënte impulswaterturbine ontwikkelde.
Origineel ontwerp van Lester Pelton
Impulsturbines
Impulsturbines zetten kinetische energie om in mechanische energie. Het onderdeel van de turbine dat kinetische energie omzet in mechanische energie wordt de loper genoemd. Het onderdeel dat mechanische energie omzet in elektrische energie is de generator.
De Pelton loper bestaat uit een reeks gebogen emmers die aan de buitenrand van een ronde wiel zijn gemonteerd. Daarom wordt een Pelton loper soms een Peltonrad genoemd.
Geniet je van dit artikel? Zorg er dan voor dat je onze Waterkrachtcentrales Videocursus bekijkt! De cursus bevat een quiz, een handboek, en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus voltooit. Geniet ervan!
Pelton Turbine Componenten
Emmers
De emmers, of impulsbladen, zijn gegoten in twee halve bollen naast elkaar. Deze emmers 'vangen' de waterstraal en leiden de stroom geleidelijk naar achteren. Door het ontwerp van de emmer wordt bijna alle kinetische energie van het water als koppel benut voordat het wordt afgevoerd.
Wiel
Het Peltonrad is zeer zwaar en fungeert als een vliegwiel. Een vliegwiel slaat rotatie-energie op en weerstaat veranderingen in rotatiesnelheid. De hoeveelheid energie die in het vliegwiel is opgeslagen, is afhankelijk van de vierkantswortel van zijn rotatiesnelheid.
Aandrijfas
De aandrijfas verbindt de turbine loper met de generator, waardoor het mogelijk is om de mechanische energie van de roterende loper om te zetten in elektrische energie. Pelton turbines kunnen ook worden gebruikt als aandrijvers voor andere roterende apparaten, zoals een mechanische pomp.
Speer/Naald
De speer/naald regelt de waterstroom door de nozzle en daarmee de hoeveelheid kracht die op het wiel wordt uitgeoefend. Niet alle Pelton wielen hebben een speer of naald.
Speerregelaar
De speerregelaar kan handmatig, elektrisch of hydraulisch worden bediend. Grote Pelton turbines bedienen de speerregelaar uitsluitend hydraulisch.
Hoe Pelton Turbines Werken
Water wordt geleverd via een onder druk staande watergeleider die bekend staat als een penstock. De penstock vormt de zuigzijde van de turbine en verbindt het bovenste reservoir met de turbine. Aan het einde van de penstock bevindt zich een spuitmond.
De spuitmond zet de potentiële energie van het water om in kinetische energie, deze kinetische energie manifesteert zich als een hogesnelheidswaterstraal die uit de spuitmond wordt gespoten en naar de Pelton loper emmers wordt gericht. De waterstraal raakt het binnenoppervlak van elke emmer tangentieel.
Krachtcentrale met Pelton Turbines
Elke emmer bestaat uit twee helften gescheiden door een hoge richel, bekend als een splitter. De splitter verdeelt de waterstraal zodat de stroom naar beide zijden van de emmer gelijk is. Een inkeping op elke emmer zorgt ervoor dat de waterstraal onder een optimale hoek in elke emmer stroomt. De lepelvorm van de emmer zorgt ervoor dat de kinetische energie van de waterstraal geleidelijk wordt omgezet in mechanische energie, terwijl het water een 180 graden draai in de emmer maakt. De mechanische energie manifesteert zich als koppel op de lopersas, waardoor de loper gaat draaien. Na het verlaten van de emmer wordt het water afgevoerd via een afvoerkuil.
Omdat de Pelton loper op een gemeenschappelijke as is aangesloten op een generator, begint de generator elektriciteit op te wekken zodra de loper draait. De generator zet de mechanische energie die door de loper wordt geleverd om in elektrische energie, die vervolgens via een elektriciteitsnet naar eindgebruikers kan worden overgebracht.
Elektriciteitsnet
Stroomregeling
Een naald (of speer) reguleert de waterstraal van de nozzle. De naald kan worden ingetrokken om volledige stroom toe te staan, of tegen de nozzle worden gedrukt om de stroom volledig te stoppen. In geval van nood kan water op de achterkant van de loper emmers worden gespoten om deze tot stilstand te brengen.
Impuls Uitleg
Kracht die gedurende een bepaalde tijd wordt uitgeoefend, staat bekend als impuls. Impuls wordt toegepast op de loper emmers gedurende de gehele tijd dat de waterstraal op de emmer inwerkt. Impuls zorgt ervoor dat de Pelton loper roteert door zijn momentum te veranderen. Vanwege de aard van impuls zal een grote kracht die gedurende een korte tijd wordt uitgeoefend, dezelfde verandering in momentum veroorzaken als een kleine kracht die gedurende een lange tijd wordt uitgeoefend. Omdat impuls wordt gebruikt om het momentum van Pelton turbines te veranderen, worden Pelton turbines geclassificeerd als impulsturbines en worden de emmers ook wel impulsbladen genoemd.
Pelton Turbine Emmers
Interessante Kenmerken
Pelton turbines zijn geschikt voor toepassingen met hoge valhoogte en lage stroom. Ze worden meestal geïnstalleerd in gebieden waar plotselinge hoogteverschillen een natuurlijk kenmerk van het lokale terrein zijn.
Water Turbine Stroom- en Hoogtebereiken
De Pelton loper draait in de lucht, onder atmosferische omstandigheden, Pelton turbines zijn dus drukloze turbines.
De meeste Pelton turbines gebruiken tussen de één en vijf nozzles.
Het is mogelijk om één of meerdere Pelton lopers op een enkele as te monteren.
De efficiëntie van Pelton turbines overschrijdt vaak 90% wanneer de juiste bedrijfsomstandigheden worden bereikt.
In tegenstelling tot reactiewaterturbines, hebben Pelton turbines geen zuigbuis nodig omdat ze in een drukloze omgeving werken.
Pelton turbines kunnen horizontaal of verticaal georiënteerd zijn. Kleinere eenheden zijn meestal horizontaal georiënteerd, terwijl grotere eenheden meestal verticaal georiënteerd zijn.
Pelton turbines kunnen groot zijn. De grootste Pelton lopers ter wereld hebben een diameter van 4,6 meter en werken met een hoogte van meer dan 1.800 meter. Elke loper wordt gevoed vanuit een penstock die op 200 bar druk staat. Vijf spuitmonden per loper creëren waterstralen die elke spuitmond verlaten met 192 meter/seconde. Elke loper is beoordeeld op meer dan 400 MW.
3D Model Componenten
Dit 3D-model toont alle belangrijke componenten die geassocieerd zijn met een typische Pelton waterkracht turbine, waaronder:
- Zuiginlaat
- Afvoer
- Pelton Loper (Emmers en Wiel)
- Lagers
- Behuizing
- Aandrijfas
- Snelheidsregelaar Handvat
- Naald/Speer
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Inleiding tot Waterkrachtcentrales
Overzicht van Waterkrachtcentrales
Aanvullende Bronnen
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Pelton_turbine
https://themechanicalengineering.com/pelton-wheel-turbine
https://en.wikipedia.org/wiki/Pelton_wheel