Pelton hidro türbini

Darbe türbinleri, iş yapmak için yüksek basınçlı jet akışlarının kinetik enerjisini kullanan su türbinleridir. Yüksek irtifalı rezervuarlardan gelen su, cebri borular aracılığıyla türbine yönlendirilir. Yüksek basınçlı su, türbinin nozulları aracılığıyla yüksek hızlı jet akışlarına dönüştürülür, bu da türbinin kovalarına çarparak türbinin dönmesini ve iş yapmasını sağlar.
Üç ana darbe türbini türü vardır:Pelton hidro türbinleri, Turgo hidro türbinleri, ve çapraz akış türbinleri. Bu bölüm, daha yaygın olarak kullanılan Pelton türbinlerini ve Turgo türbinlerini tanıtmaktadır.

Çark ve Çalışma Prensibi

Şekil 1, Pelton türbininin çarkını göstermektedir; sol tarafta önden görünüm ve sağ tarafta yandan görünüm bulunmaktadır. Çark, bir tekerlek diskinden ve çok sayıda kovadan oluşur, bu nedenle aynı zamanda bir kova türbini olarak da adlandırılır.

Şekil-1 Pelton türbini çarkı

Şekil 2, bir kovanın kesitsel görünümüdür. Bir kovanın kesitinden, kovanın yan yana düzenlenmiş iki kaşık şeklindeki gövdeden oluştuğu görülebilir. Su akışı, çarkı döndürmek için iki kaşık şeklindeki gövdeye püskürtülür.

Şekil-2 bir kovanın kesitsel görünümü

Şekil 3, bir Pelton türbininin çalışma prensibi diyagramıdır. Yüksek hızlı su akışı, nozül aracılığıyla kovalara doğru püskürtülür, kovalar tarafından yansıtılır ve boşaltılır. Suyun kinetik enerjisi, çarkı döndürmesini sağlayarak kovaları iter. Mavi çizgiler, nozül tarafından püskürtülen su akışını ve çark tarafından yansıtılan su akışını gösterir.

Şekil 3 -- Pelton Türbininin Çalışma Prensibi

Şekil 4, kovalara püskürtülen suyun akış yönünü gösteren bir diyagramdır. Nozülünden çıkan yüksek hızlı su akışı, kovalara doğru ateşlenir, giriş kenarı tarafından her iki taraftaki çalışma yüzeylerine ayrılır ve daha sonra çalışma yüzeyleri tarafından kovalardan yansıtılır. Kovalar tarafından yansıtıldıktan sonra, yüksek hızlı jet akışı kinetik enerjisini kovalara aktarır ve onları ileri iter.

Şekil-4 Pelton türbini çarkının akışı

Enjeksiyon Mekanizması

Kısaca nozül olarak adlandırılan enjeksiyon mekanizması, esas olarak bir nozül, bir iğne ve bir iğne hareket mekanizmasından oluşur. Nozül çıkışının boyutu, türbinin gücünü ayarlamak için nozülden su akış hızını değiştirerek nozül içindeki iğnenin hareket ettirilmesiyle değiştirilir. Şekil 5, iğnenin boruya geri çekildiği ve nozülün açık olduğu bir enjeksiyon mekanizmasının yapısının şematik bir diyagramıdır.

Şekil 5 -- boru girişinin ve enjeksiyon mekanizmasının yapısı

İğnenin hareketi, iğne hareket mekanizması tarafından gerçekleştirilir. Diyagramda, iğne manuel kontrol ile hareket ettirilir—el çarkını döndürmek, iğnenin hareket etmesini sağlayarak nozülün su akış hızını değiştirir. Büyük ölçekli su türbinleri için, iğneyi hareket ettirmek için hidrolik veya elektrikli servo mekanizmalar kullanılır. Yukarıda bahsedilen hareket mekanizmaları, borunun dışına monte edilir ve harici olarak kontrol edilen enjeksiyon mekanizmasına aittir. Borunun içinde iğne çubuğu uzantısı olmayan ve bir dirsek gerektirmeyen, boru hattı düzenlemesine büyük kolaylık sağlayan başka bir enjeksiyon mekanizması türü daha vardır. Ancak, burada tanıtılmayacaktır.

Şekil 6'nın sol tarafında, iğne normal çalışma konumundadır ve su akışı kovaya yöneliktir. Şekil 6'nın sağ tarafında, iğne nozül açıklığını kapatmak için ileri hareket eder ve nozül kapalı durumdadır.

Şekil 6—İğneyi Hareket Ettirerek Su Akışını Kontrol Etme

Saptırıcı

Şimdi saptırıcıyı tanıtalım. Pelton türbinleri, birkaç yüz metreden bin metrenin üzerine kadar bir kafa aralığına sahip yüksek irtifalı türbinlerdir. Rezervuardan türbine giden boru hatları bir kilometreden birkaç kilometreye kadar uzun olabilir ve bu boru hatları, özellikle alt bölümlerde, muazzam su basıncına dayanmak zorundadır. Bir geziye neden olan bir elektrik şebekesi arızası durumunda, türbini durdurmak için su kaynağı derhal kapatılmalıdır; aksi takdirde, türbin yükünü kaybedecek, bu da dönme hızında hızlı bir artışa ve ünitenin hasar görmesine yol açacaktır. Boru hatlarının uzunluğu nedeniyle, içindeki büyük miktarda hareketli su hızla duramaz. Boru hatları hızla kapatılırsa, son derece yüksek su basıncı oluşacak ve cebri boruların güvenliğini ciddi şekilde tehlikeye atacaktır. Tek çözüm, su akışını kapatmak yerine, türbine püskürtülen suyu türbine çarpmayacak şekilde yeniden yönlendirmektir.
Nozülün önüne bir saptırıcı takmak en basit yöntemdir. Normal çalışma sırasında, saptırıcı kaldırılır, nozülden 喷出 su akışını etkilemez ve türbin normal çalışır (Şekil 7'nin solu). Saptırıcı indirildiğinde, nozülden gelen su akışı saptırıcı tarafından engellenir ve alt çıkışa yönlendirilir (Şekil 7'nin sağı) ve türbin çalışmayı durdurur. Saptırıcı, 1 ila 2 saniye içinde engelleme konumuna döndürülebilir.

Şekil 7 -- Saptırıcının Çalışma Prensibi

Şekil 8, bir Pelton türbininin prensip animasyonudur. Küçük yeşil boncuklar, çarkın ön tarafından yansıyan su akışını ve küçük turuncu boncuklar, çarkın arka tarafından yansıyan su akışını gösterir. Nozülünden çıkan su akışının merkez çizgisi, çarkın adım dairesine teğettir. Adım dairesi, çark üzerindeki jet çarpma noktalarından geçen dairedir, dolayısıyla "Pelton türbini" adı (kelimenin tam anlamıyla "teğetsel çarpma türbini" anlamına gelir).

Şekil 9, esas olarak bir alt gövde, bir üst gövde, bir çark (gövdenin içinde), bir su giriş borusu, bir nozül iğnesi ve tahrik mekanizması ve bir beton temelden oluşan küçük ve orta ölçekli bir darbe türbininin bir modelini göstermektedir.

Alt gövdenin ve üst gövdenin kesitsel görünümlerinden, Şekil 10'da gösterildiği gibi çark, nozül ve saptırıcı görülebilir. Beton temelinin kesit çizimi, kuyruk suyu oluğunu ve su çıkışını gösterir.

Saptırıcı, nozülün önündedir. Saptırıcının mili, püskürtme kafasının altındaki yatağından geçer ve saptırıcı mil etrafında dönebilir.

Çok jetli Pelton Türbini
Türbinlerin performansını artırmak için, büyük darbe türbinleri genellikle 2 ila 6 nozüle sahiptir. aşağıda iki nozüllü bir darbe türbininin yapısal bir diyagramı gösterilmektedir.