Các tuabin Pelton , còn được gọi là bánh xe thủy lực tiếp tuyến hoặc Pelton bánh xe, được phát minh bởi người Mỹ Lester Allen Pelton trong những năm 1870. Mặc dù một số loại tuabin đã được tạo ra trước khi loại Pelton, điều này vẫn còn được sử dụng rộng rãi nhất hiện tại vì hiệu quả của nó.
Nó là một tuabin xung lực hoặc tuabin thủy lực có thiết kế đơn giản và nhỏ gọn, có hình dạng của một bánh xe, cấu tạo chủ yếu là các gầu, các thanh lệch hướng hoặc các cánh chuyển động được phân chia, nằm xung quanh ngoại vi của nó.
Các cánh quạt có thể được định vị riêng lẻ hoặc gắn vào trung tâm hoặc toàn bộ bánh xe có thể được lắp thành một bộ hoàn chỉnh. Để hoạt động, nó chuyển đổi năng lượng của chất lỏng thành chuyển động, được tạo ra khi một tia nước tốc độ cao chạm vào các cánh chuyển động, khiến nó quay và bắt đầu hoạt động.
Nó thường được sử dụng để sản xuất điện trong các nhà máy thủy điện, nơi hồ chứa nước có sẵn nằm ở độ cao nhất định so với tuabin.
Lịch sử
Bánh xe thủy lực được sinh ra từ những bánh xe đầu tiên dùng để hút nước từ các con sông và được di chuyển nhờ công sức của con người hoặc động vật.
Những bánh xe này có niên đại từ thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, khi mái chèo được thêm vào chu vi của bánh xe. Bánh xe thủy lực bắt đầu được sử dụng khi người ta phát hiện ra khả năng khai thác năng lượng của dòng điện để vận hành các loại máy móc khác, ngày nay được gọi là máy tua-bin hoặc máy thủy lực.
Tua bin xung lực kiểu Pelton không xuất hiện cho đến năm 1870, khi người thợ mỏ Lester Allen Pelton người Mỹ thực hiện cơ chế đầu tiên có bánh xe để hút nước, tương tự như cối xay, sau đó ông thực hiện động cơ hơi nước.
Các cơ chế này bắt đầu thất bại trong hoạt động của chúng. Từ đó, Pelton nảy ra ý tưởng thiết kế các bánh xe thủy lực có cánh hoặc lưỡi cắt có khả năng nhận chấn động của nước ở tốc độ cao.
Ông quan sát thấy rằng tia phản lực đập vào mép của các cánh thay vì ở tâm của chúng và kết quả là dòng nước thoát ra theo hướng ngược lại và tuabin tăng tốc độ, làm cho nó trở thành một phương pháp hiệu quả hơn. Thực tế này dựa trên nguyên tắc mà động năng do phản lực tạo ra được bảo toàn và có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng điện.
Pelton được coi là cha đẻ của thủy điện, vì đã đóng góp đáng kể vào sự phát triển của thủy điện trên khắp thế giới. Phát minh của ông vào cuối những năm 1870, tự đặt cho mình là Pelton Runner, được công nhận là thiết kế tuabin xung hiệu quả nhất.
Sau đó, Lester Pelton đã được cấp bằng sáng chế cho bánh xe của mình và năm 1888 thành lập Công ty Bánh xe nước Pelton ở San Francisco. "Pelton" là nhãn hiệu của các sản phẩm của công ty đó, nhưng thuật ngữ này được sử dụng để xác định các tuabin xung lực tương tự.
Sau đó, các thiết kế mới xuất hiện, chẳng hạn như tuabin Turgo được cấp bằng sáng chế vào năm 1919, và tuabin Banki lấy cảm hứng từ mô hình bánh xe Pelton.
Hoạt động của tuabin Pelton
Có hai loại tuabin: tuabin phản ứng và tuabin xung lực. Trong tuabin phản ứng, việc thoát nước diễn ra dưới áp suất của một buồng kín; ví dụ, một vòi phun nước trong vườn đơn giản.
Trong tuabin xung lực kiểu Pelton, khi các gầu nằm ở ngoại vi của bánh xe trực tiếp nhận nước ở tốc độ cao, chúng sẽ dẫn động chuyển động quay của tuabin, chuyển động năng thành động năng.
Mặc dù cả năng lượng động năng và năng lượng áp suất đều được sử dụng trong tuabin phản ứng và mặc dù tất cả năng lượng được cung cấp trong tuabin xung lực đều là động năng, do đó, hoạt động của cả hai tuabin phụ thuộc vào sự thay đổi tốc độ của nước, để nó tác dụng một lực động lên phần tử quay nói trên.
Ứng dụng
Trên thị trường có nhiều loại tuabin với các kích cỡ khác nhau, tuy nhiên, nên sử dụng tuabin loại Pelton ở độ cao xấp xỉ từ 300 mét đến khoảng 700 mét hoặc hơn.
Các tuabin nhỏ được sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Nhờ năng lượng động lực được tạo ra bởi tốc độ của nước, nó có thể dễ dàng sản xuất năng lượng điện theo cách mà các tuabin này hầu hết được sử dụng cho hoạt động của các nhà máy thủy điện.
Ví dụ, nhà máy thủy điện Bieudron trong tổ hợp đập Grande Dixence nằm trên dãy núi Alps của Thụy Sĩ ở bang Valais, Thụy Sĩ.
Nhà máy này bắt đầu được sản xuất vào năm 1998, với hai kỷ lục thế giới: nó có tuabin Pelton mạnh nhất thế giới và trụ cao nhất được sử dụng để sản xuất năng lượng thủy điện.
Cơ sở này có ba tuabin Pelton, mỗi tuabin hoạt động ở độ cao khoảng 1869 mét và tốc độ dòng chảy 25 mét khối mỗi giây, làm việc với hiệu suất lớn hơn 92%.
Vào tháng 12 năm 2000, cửa của đập Cleuson-Dixence, nơi cung cấp năng lượng cho các tuabin Pelton tại Bieudron, bị vỡ ở độ cao khoảng 1.234 mét, buộc nhà máy điện phải ngừng hoạt động.
Vết vỡ dài 9 mét, rộng 60 cm, khiến dòng chảy qua vết vỡ vượt quá 150 mét khối mỗi giây, tức là nó đã giải phóng nhanh chóng một lượng lớn nước ở áp suất cao, phá hủy Nó đi qua khoảng 100 ha đồng cỏ, vườn cây ăn trái, rừng, rửa các nhà gỗ và chuồng trại khác nhau nằm xung quanh khu vực này.
Họ đã tiến hành một cuộc điều tra lớn về vụ tai nạn, kết quả là họ gần như thiết kế lại hoàn toàn chiếc bút chì. Nguyên nhân gốc rễ của vụ vỡ vẫn chưa được biết.
Việc thiết kế lại yêu cầu cải tiến lớp lót ống và cải tạo đất xung quanh chuồng nuôi để giảm dòng nước giữa đường ống và đá.
Phần móng bút bị hư hỏng được chuyển hướng từ vị trí cũ để tìm đá mới ổn định hơn. Việc xây dựng lại cổng được thiết kế lại đã hoàn thành vào năm 2009.
Cơ sở Bieudron đã không hoạt động sau vụ tai nạn này cho đến khi nó hoạt động hoàn toàn vào tháng 1 năm 2010.
Người giới thiệu
- Bánh xe Penton. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Đã khôi phục: en.wikipedia.org
- Tua bin Pelton. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Được khôi phục từ es.wikipedia.org
- Lester Allen Pelton. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Khôi phục từ en.wikipedia.org
- Nhà máy thủy điện Bieudron. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí. Khôi phục từ en.wikipedia.org
- Pelton và Turgo Turbines. Năng lượng tái tạo Đầu tiên. Đã khôi phục từ Reneablesfirst.co.uk
- Hanania J., Stenhouse K. và Jason Donev J. Pelton Turbine. Từ điển Bách khoa Giáo dục Năng lượng. Phục hồi từ energyeducation.ca
- Pelton Turbine - Các khía cạnh làm việc và thiết kế. Học Kỹ thuật. Khôi phục từ learningnengineering.org
- Tua bin thủy lực. Máy điện OJSC. Được phục hồi từ power-m.ru/es/
- Bánh xe Pelton. Hartvigsen Hydro. Được khôi phục từ h-hydro.com
- Bolinaga JJ Cơ học nguyên tố của chất lỏng. Đại học Công giáo Andres Bello. Caracas, 2010. Các ứng dụng cho máy thủy lực. 298.
- Linsley RK và Franzini JB Kỹ thuật tài nguyên thủy lực. CECSA. Máy móc thủy lực. Chương 12. 399-402, 417.
- Wylie S. Cơ học của chất lỏng. Đồi McGraw. Phiên bản thứ sáu. Lý thuyết về Turbomachines. 531-532.