التوربين بيلتون: التاريخ والتشغيل والتطبيق

اخترع التوربين Pelton ، المعروف أيضًا باسم عجلة المياه العرضية أو عجلة Pelton ، من قِبل American Lester Allen Pelton في سبعينيات القرن التاسع عشر ، على الرغم من أن عدة أنواع من التوربينات تم إنشاؤها قبل نوع Pelton ، إلا أنها لا تزال الأكثر استخدامًا. حاليا لفعاليته.

إنه توربينات من التوربينات الدافعة أو التوربينات الهيدروليكية ذات التصميم البسيط والمدمج ، وله شكل عجلة ، ويتألف بشكل أساسي من الجرافات أو العاكسات أو دوارات متحركة مقسمة ، وتقع حول محيطها.

يمكن وضع الشفرات بشكل فردي أو تركيبها على المحور المركزي ، أو يمكن وضع العجلة بالكامل في قطعة واحدة كاملة. للعمل ، يقوم بتحويل طاقة السائل إلى حركة ، والتي يتم توليدها عندما تصطدم نفاثة ماء بسرعة عالية بالشفرات المتحركة مما يؤدي إلى تحولها وبدء العمل.

يستخدم بشكل عام لإنتاج الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية ، حيث يوجد خزان المياه المتاح على ارتفاع معين فوق التوربينات.

تاريخ

ولدت العجلات الهيدروليكية من العجلات الأولى التي كانت تستخدم لسحب المياه من الأنهار ونقلها بجهد من الإنسان أو الحيوانات.

يعود تاريخ هذه العجلات إلى القرن الثاني قبل الميلاد ، عندما أضافت المجاذيف إلى محيط العجلة. بدأ استخدام العجلات الهيدروليكية ، عندما تم اكتشاف إمكانية تسخير طاقة التيارات لتشغيل الآلات الأخرى ، المعروفة حاليًا باسم التوربينات أو الآلات الهيدروليكية.

لم يظهر التوربين الدافع Pelton حتى عام 1870 ، عندما طبق عامل المناجم Lester Allen Pelton من أصل أمريكي أول آلية بعجلات لسحب المياه ، مثل الطاحونة ، ثم نفذت المحركات البخارية.

بدأت هذه الآليات في تقديم إخفاقات في عملها. من هناك ، فكرت بيلتون في تصميم العجلات الهيدروليكية ذات الشفرات أو المجاذيف التي تستقبل صدمة الماء بسرعة عالية.

ولاحظ أن الطائرة اصطدمت بحواف المجاذيف بدلاً من وسطها ، ونتيجة لذلك ، غادر تدفق المياه في الاتجاه المعاكس واكتسبت التوربينات سرعة أكبر ، وأصبحت وسيلة أكثر كفاءة. تستند هذه الحقيقة إلى المبدأ الذي يتم من خلاله الحفاظ على الطاقة الحركية التي تنتجها الطائرة ويمكن استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.

تعتبر بيلتون والد الطاقة الكهرومائية ، لإسهامها الكبير في تطوير الطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم. تم اختراع اختراعه في أواخر سبعينيات القرن التاسع عشر ، والذي أطلق عليه نفسه باسم بيلتون رنر ، باعتباره التصميم الأكثر فاعلية للتوربين الدافع.

في وقت لاحق ، حصل ليستر بيلتون على براءة اختراعه وفي عام 1888 قام بتأسيس شركة بيلتون ووتر ويل في سان فرانسيسكو. "Pelton" هي علامة تجارية مسجلة لمنتجات تلك الشركة ، ولكن يتم استخدام المصطلح لتحديد التوربينات الدافعة المماثلة.

في وقت لاحق ، ظهرت تصميمات جديدة ، مثل توربين تورغو الحاصل على براءة اختراع في عام 1919 ، وتوربينات بانكي المستوحاة من نموذج عجلة بيلتون.

تشغيل التوربينات بيلتون

هناك نوعان من التوربينات: التوربينات المتفاعلة والتوربينات الدافعة. في توربينات التفاعل ، يتم إجراء جريان الماء تحت ضغط غرفة مغلقة ؛ على سبيل المثال ، حديقة الرش بسيطة.

في التوربينات الدافعة من نوع Pelton ، عندما تتلقى الجرافات الموجودة على محيط العجلة المياه مباشرة بسرعة عالية ، فإنها تقوم بتنشيط حركة دوران التوربينات ، وتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة ديناميكية.

على الرغم من استخدام كل من الطاقة الحركية وطاقة الضغط في التوربينات التفاعلية ، وعلى الرغم من أن كل الطاقة التي يتم توصيلها في التوربينات النبضية هي حركية ، فإن تشغيل كلا التوربينات يعتمد على التغير في سرعة الماء ، بحيث تمارس قوة ديناميكية في هذا العنصر الدوار.

تطبيق

هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من التوربينات بأحجام مختلفة في السوق ، ومع ذلك فمن المستحسن استخدام التوربين نوع بيلتون على ارتفاعات من 300 متر إلى حوالي 700 متر أو أكثر.

تستخدم التوربينات الصغيرة للأغراض المنزلية. بفضل الطاقة الديناميكية الناتجة عن سرعة الماء ، يمكن بسهولة إنتاج الطاقة الكهربائية بطريقة تستخدم هذه التوربينات في الغالب لتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية.

على سبيل المثال ، محطة Bieudron لتوليد الطاقة الكهرومائية في مجمع سد Grande Dixence الواقع في جبال الألب السويسرية في كانتون فاليه ، سويسرا.

بدأ هذا المصنع إنتاجه في عام 1998 ، برقمين عالميين: لديه التوربينات Pelton الأقوى في العالم وأعلى رأس يستخدم لإنتاج الطاقة الكهرومائية.

يضم المرفق ثلاثة توربينات Pelton ، يعمل كل منها على ارتفاع حوالي 1869 مترًا ومعدل تدفق يبلغ 25 متر مكعب في الثانية ، ويعمل بكفاءة أكبر من 92٪.

في شهر ديسمبر عام 2000 ، اندلعت بوابة سد Cleuson-Dixence ، الذي يغذي التوربينات Pelton في Bieudron ، على ارتفاع 1234 متر ، مما أدى إلى إغلاق محطة توليد الكهرباء.

كان التمزق يبلغ طوله 9 أمتار وعرضه 60 سنتيمتراً ، مما تسبب في تجاوز التدفق من خلال التمزق 150 متراً مكعباً في الثانية ، أي أنه كان لديه إطلاق سريع لكمية كبيرة من المياه تحت ضغط عال ، مما أدى إلى تدمير مرور 100 هكتار تقريبا من المراعي والبساتين والغابات ، وغسل العديد من الشاليهات والحظائر الموجودة حول هذه المنطقة.

لقد قاموا بإجراء تحقيق كبير حول الحادث ، ونتيجة لذلك أعيد تصميم الأنبوب القسري بالكامل تقريبًا. السبب الجذري للتمزق لا يزال مجهولا.

تطلب إعادة التصميم إدخال تحسينات على بطانة الأنابيب وتحسين التربة حول الأنبوب القسري لتقليل تدفق المياه بين الأنبوب والصخور.

تمت إعادة توجيه القسم التالف من الأنابيب القسرية من الموقع السابق للعثور على صخرة جديدة أكثر استقرارًا. اكتمل بناء البوابة المعاد تصميمها في عام 2009.

لم يتم تشغيل منشأة Bieudron بعد هذا الحادث حتى استأنفت أنشطتها بالكامل في يناير 2010.