Eine Peltonturbine ist eine hydraulische Impulsturbine, die in Wasserkraftwerken mit großer vertikaler Höhe verwendet wird.
Es wurde in den 1870er Jahren von Lester Allan Pelton erfunden und über das Ende des 19. Jahrhunderts hinaus von anderen Erfindern erheblich verbessert.
Die Peltonturbine ist eine Weiterentwicklung des traditionellen Wasserrades. Das Ziel dieser Turbine ist die Umwandlung der hydraulischen Energie im Impuls eines oder mehrerer Wasserstrahlen mit sehr hoher Geschwindigkeit in mechanische Energie.
Eine Pelton-Turbine hat einen Wirkungsgrad von 92 % bei der Nutzung der hydraulischen Energie.
Wie funktioniert eine Peltonturbine?
Die Peltonturbine wird in der Regel in einem Wasserkraftwerk installiert und an eine Druckleitung eines Hochstaudamms angeschlossen.
Wasser tritt in eine oder mehrere Düsen ein und verursacht eine starke Beschleunigung des Wasserflusses. Zu diesem Zeitpunkt trifft der Wasserstrahl auf mehrere schüsselförmige Schaufeln, wodurch sich Turbine und Welle drehen.
Die Turbinenwelle ist mit einem Generator verbunden, der elektrische Energie erzeugt.
Bei früheren Turbinentypen hatte das Wasser beim Verlassen des Rades noch eine hohe Geschwindigkeit, so dass ein Großteil der kinetischen Energie des Wassers nicht vollständig genutzt wurde.
Pelton hat die Schaufeln so konstruiert, dass sich der Wasserstrahl nach Verlassen der Schaufeln um fast 180° dreht. Das Wasser verlässt das Turbinenrad mit sehr geringer Geschwindigkeit.
Peltonturbinenteile
Die Hauptkomponenten der Peltonturbine bestehen aus:
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Ein Rohr, das als Druckstollen bezeichnet wird, um das Wasser aus großer Höhe zur Turbine zu transportieren.
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Düsen- und Durchflussregelanordnung zur Beschleunigung der Zuflussrate.
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Rotor und Blätter sind dafür verantwortlich, die Kraft des Wassers in mechanische Energie umzuwandeln.
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Im Gehäuse ist der Rotor untergebracht. Es ist mit Luft mit Atmosphärendruck gefüllt.
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Die Bremsdüse dient zum Anhalten des Laufrades, wenn es nicht läuft. Diese Situation entsteht, wenn der Einlass der Düse mit Hilfe einer Lanze verschlossen wird und dann der Wasserstrahl in den Eimern gestoppt wird.
Der Rotor
Das Laufrad kann auf einer vertikalen Welle oder einer horizontalen Welle montiert werden und ist mit einem oder mehreren Lagern ausgestattet. Normalerweise werden horizontale Achsen für Wasserturbinen mit einem oder zwei Wasserstrahlen verwendet, während man die vertikale Achse wählt, wenn mehr Wasserstrahlen vorhanden sind.
Die Düse bzw. die Düsen der Peltonturbine sind so montiert, dass der Wasserstrahl rechtwinklig auf die äußersten Schaufeln des Laufrades trifft.
Schaufeln
Die Klingen sind schalenförmig montiert, sodass der Wasserstrahl jede Klinge für einen Augenblick berührt. Da das Wasser nach dem Verlassen der Behälter eine gewisse Geschwindigkeit hat, verschwindet es schnell aus dem Laufrad. Auf diese Weise sind die Behälter leer, wenn sie den nächsten Wasserstrahl erreichen.
Die Klingen sind doppelt so, dass sich in der Mitte jeder Klinge ein Element befindet, das den Wasserstrahl schneidet. Jede der beiden Behälterhälften lenkt die Hälfte des Wasserstrahls ab. Das Wasser, das der Kontur der Behälter folgen muss, macht eine "U-Drehung". Jede Hälfte des geteilten Wasserstrahls durchläuft praktisch eine 180°-Krümmung, bevor sie den Außenrand des Behälters verlässt.
Diese Aufteilung gleicht die seitlichen Belastungskräfte auf Rad und Achse aus. Die Tatsache, dass das Wasser eine „Kehre“ macht, ist Voraussetzung für die bestmögliche Ausnutzung des Schwunges des Wasserstrahls.
Ein kleiner Teil der ursprünglichen kinetischen Energie des Wasserflusses verbleibt im Wasser, nachdem sich das Rad zur nächsten Schüssel gedreht hat. Dies ist notwendig, damit das Wasser schnell aus dem Laufrad läuft und eine Kollision zwischen dem Wasser und der Rückseite der Schüsseln vermieden wird.
Wofür wird die Peltonturbine verwendet?
Die Peltonturbine ist der bevorzugte Turbinentyp für den Einsatz von Wasserfällen mit großen hydraulischen Sprüngen bei kleinen Wassermengen.
Die in Kleinkraftwerken, Mini-Wasserkraftwerken und Wasserkraftwerken verwendeten Turbinen sind häufig Peltonturbinen.