و توربينات بيلتون ، المعروف أيضا باسم العجلة الهيدروليكية عرضية أو عجلة بيلتون، اخترعها الأمريكي ليستر ألين بيلتون في 1870s. على الرغم من أن تم إنشاء عدة أنواع من التوربينات قبل نوع بيلتون، وهذا لا يزال الأكثر استخداما على نطاق واسع حاليا لفعاليتها.
إنه توربين اندفاعي أو توربين هيدروليكي له تصميم بسيط ومضغوط ، وله شكل عجلة ، تتكون أساسًا من دلاء أو عواكس أو شفرات متحركة مقسمة ، تقع حول محيطها.
يمكن وضع الشفرات بشكل فردي أو ربطها بالمحور المركزي ، أو يمكن تركيب العجلة بأكملها في قطعة واحدة كاملة. لتعمل ، تقوم بتحويل طاقة السائل إلى حركة ، والتي تتولد عندما تضرب نفاثة عالية السرعة من الماء الشفرات المتحركة ، مما يتسبب في تدويرها وبدء التشغيل.
يتم استخدامه بشكل عام لإنتاج الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية ، حيث يقع خزان المياه المتاح على ارتفاع معين فوق التوربين.
التاريخ
ولدت العجلات الهيدروليكية من العجلات الأولى التي كانت تستخدم لسحب المياه من الأنهار وتم تحريكها بجهد الإنسان أو الحيوانات.
يعود تاريخ هذه العجلات إلى القرن الثاني قبل الميلاد ، عندما تمت إضافة المجاذيف إلى محيط العجلة. بدأ استخدام العجلات الهيدروليكية عندما تم اكتشاف إمكانية تسخير طاقة التيارات لتشغيل آلات أخرى ، والمعروفة اليوم باسم الآلات التوربينية أو الآلات الهيدروليكية.
لم يظهر التوربين النبضي من نوع بيلتون حتى عام 1870 ، عندما قام عامل المنجم ليستر ألين بيلتون من أصل أمريكي بتنفيذ أول آلية مع عجلات لسحب المياه ، على غرار المطحنة ، ثم قام بتطبيق المحركات البخارية.
بدأت هذه الآليات بالفشل في عملها. من هناك ، جاء بيلتون بفكرة تصميم عجلات هيدروليكية ذات شفرات أو شفرات تستقبل صدمة الماء بسرعة عالية.
لاحظ أن النفاثة اصطدمت بحافة الشفرات بدلاً من مركزها ونتيجة لذلك خرج تدفق المياه في الاتجاه المعاكس واكتسب التوربين السرعة ، مما جعلها طريقة أكثر كفاءة. تستند هذه الحقيقة إلى المبدأ الذي بموجبه يتم الحفاظ على الطاقة الحركية التي تنتجها الطائرة ويمكن استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
يعتبر بيلتون والد الطاقة الكهرومائية ، لمساهمته الكبيرة في تطوير الطاقة الكهرومائية حول العالم. تم التعرف على اختراعه في أواخر سبعينيات القرن التاسع عشر ، والذي أطلق عليه نفسه اسم بيلتون رانر ، باعتباره التصميم الأكثر كفاءة للتوربينات الدافعة.
في وقت لاحق ، حصل ليستر بيلتون على براءة اختراع لعجلته وفي عام 1888 أسس شركة بيلتون ووتر ويل في سان فرانسيسكو. "Pelton" هي علامة تجارية لمنتجات تلك الشركة ، ولكن المصطلح يستخدم لتحديد التوربينات الدافعة المماثلة.
في وقت لاحق ، ظهرت تصميمات جديدة ، مثل توربين تورغو الحاصل على براءة اختراع في عام 1919 ، وتوربين بانكي المستوحى من نموذج عجلة بيلتون.
تشغيل توربين بيلتون
هناك نوعان من التوربينات: توربينات التفاعل والتوربينات النبضية. في التوربينات التفاعلية ، يحدث الصرف تحت ضغط غرفة مغلقة ؛ على سبيل المثال ، رشاش حديقة بسيط.
في التوربينات النبضية من نوع بيلتون ، عندما تتلقى الدلاء الموجودة على محيط العجلة الماء مباشرة بسرعة عالية ، فإنها تدفع الحركة الدورانية للتوربين ، وتحول الطاقة الحركية إلى طاقة ديناميكية.
على الرغم من استخدام كل من الطاقة الحركية وطاقة الضغط في توربينات التفاعل ، وعلى الرغم من أن كل الطاقة التي يتم توفيرها في التوربينات النبضية حركية ، فإن تشغيل كلا التوربينات يعتمد على تغيير في سرعة الماء ، بحيث يمارس قوة ديناميكية على العنصر الدوار المذكور.
تطبيق
هناك مجموعة متنوعة من التوربينات بأحجام مختلفة في السوق ، ولكن يوصى باستخدام التوربينات من نوع بيلتون على ارتفاعات من 300 متر إلى حوالي 700 متر أو أكثر تقريبًا.
تستخدم التوربينات الصغيرة للأغراض المنزلية. بفضل الطاقة الديناميكية التي تولدها سرعة الماء ، يمكن أن تنتج بسهولة طاقة كهربائية بطريقة تستخدم هذه التوربينات في الغالب لتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية.
على سبيل المثال ، محطة الطاقة الكهرومائية Bieudron في مجمع سد Grande Dixence الواقع في جبال الألب السويسرية في كانتون Valais ، سويسرا.
بدأ هذا المصنع إنتاجه في عام 1998 ، محققًا رقمين قياسيين عالميين: لديه أقوى توربين بيلتون في العالم وأطول رأس يستخدم لإنتاج الطاقة الكهرومائية.
يضم المرفق ثلاثة توربينات بيلتون ، تعمل كل واحدة منها على ارتفاع 1869 مترًا تقريبًا وبمعدل تدفق 25 مترًا مكعبًا في الثانية ، وتعمل بكفاءة أكبر من 92٪.
في ديسمبر 2000 ، انفجرت بوابة سد كليسون ديكسنس ، الذي يغذي توربينات بيلتون في بيودرون ، على ارتفاع حوالي 1234 مترًا ، مما أجبر محطة الطاقة على الإغلاق.
كان التمزق بطول 9 أمتار وعرض 60 سم ، مما تسبب في تجاوز التدفق خلال التمزق إلى 150 مترًا مكعبًا في الثانية ، أي أنه كان له إطلاق سريع لكمية كبيرة من الماء عند ضغط عالٍ ، مما أدى إلى تدميره. ممرها ما يقرب من 100 هكتار من المراعي والبساتين والغابات وغسيل مختلف الشاليهات والحظائر الموجودة حول هذه المنطقة.
لقد أجروا تحقيقًا كبيرًا في الحادث ، ونتيجة لذلك أعادوا تصميم القلم بالكامل تقريبًا. لا يزال السبب الجذري للتمزق غير معروف.
تطلبت إعادة التصميم تحسينات في بطانة الأنابيب وتحسين التربة حول القلم للحد من تدفق المياه بين الأنبوب والصخور.
تمت إعادة توجيه الجزء التالف من القلم الرصاص من الموقع السابق للعثور على صخرة جديدة أكثر استقرارًا. تم الانتهاء من بناء البوابة المعاد تصميمها في عام 2009.
لم تكن منشأة Bieudron تعمل بعد هذا الحادث حتى تم تشغيلها بالكامل في يناير 2010.
المراجع
- عجلة بنتون. ويكيبيديا، الموسوعة الحرة. تم الاسترجاع: en.wikipedia.org
- توربين بيلتون. ويكيبيديا، الموسوعة الحرة. تعافى من es.wikipedia.org
- ليستر ألين بيلتون. ويكيبيديا، الموسوعة الحرة. تعافى من en.wikipedia.org
- محطة بيودرون للطاقة الكهرومائية. ويكيبيديا، الموسوعة الحرة. تعافى من en.wikipedia.org
- توربو بيلتون وتورغو. الطاقة المتجددة أولا. تعافى من مصادر الطاقة المتجددةfirst.co.uk
- Hanania J.، Stenhouse K.، and Jason Donev J. Pelton Turbine. موسوعة تعليم الطاقة. تعافى من powereducation.ca
- بيلتون توربين - جوانب العمل والتصميم. تعلم الهندسة. تعافى من learnengineering.org
- التوربينات الهيدروليكية. آلات الطاقة OJSC. تعافى من power-m.ru/es/
- بيلتون ويل. هارتفيجسن هيدرو. تعافى من h-hydro.com
- Bolinaga JJ Elemental Mechanics من السوائل. جامعة أندريس بيلو الكاثوليكية. كاراكاس ، 2010. تطبيقات على الآلات الهيدروليكية. 298.
- Linsley RK و Franzini JB هندسة الموارد الهيدروليكية. CECSA. الآلات الهيدروليكية. الفصل 12. 399-402 ، 417.
- ويلي س.ميكانيكا السوائل. ماكجرو هيل. الطبعة السادسة. نظرية الآلات التوربينية. 531-532.