CONSTRUCŢIA ŞI FUNCŢIONAREA TURBINELOR

Conceptul: Turbina Pelton

Turbina Pelton a fost inventată de americanul Lester Allan Pelton (fig.1a) în secolul IX, prototipul fiind construit în anul 1880 (fig.1b.). A apărut din necesitatea utilizării energiei mecanice în domeniul mineritului din perioada „febrei aurului” din SUA, inventatorul fiind mecanic şi dulgher la o exploatare auriferă.

Fig.1a. Lester Allan Pelton Fig.1b. Prima turbină Pelton

Turbina Pelton aste o maşină hidraulică cu acţiune, transformând în energie mecanică numai energia cinetică a apei.

Este specifică căderilor mari şi foarte mari, H=200 – 2000 m şi debitelor mici, de la l/s la m3/s. Turaţiile specifice de funcţionare sunt ns=3-36. Domeniul de funcţionare cu randamente ridicate este extins, randamentul maxim este ridicat, %945,93max ÷η , iar greutatea specifică este

Gsp≅30 N/kW.

Fig.2. Principalele părţi componente ale turbinei Pelton

Rotorul este sediul transformărilor energetice, fiind atacat tangenţial de 1 – 6 jeturi produse de tot atâtea injectoare. Rotorul este realizat dintr-un disc pe periferia căruia sunt dispuse paletele în formă de cupă dublă fig.3a. Paletele pot fi prinse de disc cu buloane, sau pot fi turnate împreună cu discul, rezultând o construcţie monobloc. Jetul compact creat de injector atacă trei palete rotorice, una complet şi două parţial, din cauza existenţei unei decupări la periferia paletelor – fig.3b.

Fig.3a. Paleta (cupa) turbinei Pelton Fig. 3b. Jetul de apă pe cupa Pelton

Injectorul, reprezentat în figura 4., pe lângă realizarea unui jet cât mai compact, mai are rolul de reglare al debitului, astfel ca la orice putere, din domeniul de funcţionare al turbinei, turaţia să rămână constantă.

Fig4. Injectorul turbinei Pelton

Vâna compactă de fluid ce atacă rotorul este datorată perechii conjugate ac injector – diuză injector, iar reglarea debitului se face prin mişcarea în lungul axului său a acului injector, cu ajutorul unui mecanism aflat în interiorul injectorului, sau în exteriorul său, care acţionează asupra tijei de reglare.

Deflectorul permite tăierea vânei fluide ce acţionează asupra rotorului într-un timp foarte scurt, asigurând oprirea rapidă a turbinei fără a produce fenomenul de şoc hidraulic pe conducta forţată.

Fig.5. Turbina Pelton în centrala hidroelectrică

Fig.6. Rotor Pelton cu 6

injectoare Fig 7. Deflectorul injectorului Fig.8. Interacţiunea jet -

rotor

Caracteristicile primare de funcţionare sunt redate schematic în figura 9.

Fig. 9. Curbele primare de funcţionare ale turbinei Pelton (H- căderea; s- deschiderea injectorului; n- turaţia; Q- debitul; P- puterea; η- randamentul)

Centrale hidroelectrice mari echipate cu turbine Pelton:

BIEUDON – Elveţia, P= 3x425 MW, H= 1683m, 5 injectoare ZARAMAG – Rusia, P=2x176,5 MW, H= 635 m SAN GIACOMO SUL VOMANO, P=1x282 MW CIUNGET –LOTRU – România, P= 3x170 MW, H= 866m

Deşi pot atinge puteri mari de ordinul sutelor de MW, turbinele Pelton au o largă utilizare în centrale mici.

St. Martin- Elveţia, P=57kW Câmpina-România, P=71kW Bergesli- Norvegia, P=822kw