Pelton Turbine이란? - 정의, 부품, 작동

펠튼 터빈이란?

Pelton 터빈 또는 Pelton 휠은 수력 발전소에서 널리 사용되는 임펄스 유형 수차입니다. 이 터빈은 일반적으로 300미터 이상의 수두를 가진 사이트에 사용됩니다. 이 유형의 터빈은 1870년대 미국 발명가 Lester Allan Pelton이 골드 러시 동안 개발했습니다.

Pelton 터빈의 물은 고속으로 빠르게 움직이고 터빈은 물의 속도를 늦춤으로써 물에서 에너지를 추출하여 이를 임펄스 터빈으로 만듭니다.

전기를 생산할 때 일반적으로 Pelton 터빈보다 약간 높은 곳에 물 저장고가 있습니다. 그런 다음 물은 펜스톡 파이프를 통해 가압된 물을 터빈으로 공급하는 특수 노즐로 흐릅니다.

압력 불규칙성을 피하기 위해 펜스톡에는 압력을 변경할 수 있는 물의 급격한 변동을 흡수하는 서지 탱크가 장착되어 있습니다. 반응 터빈인 다른 유형의 터빈과 달리 Pelton 터빈은 임펄스 터빈으로 알려져 있습니다.

이것은 단순히 반력으로 인해 움직이는 대신 물이 터빈을 움직이게 하는 충격을 생성한다는 것을 의미합니다.

 

 

펠튼 터빈의 설계

Pelton 터빈은 아주 간단하게 제작되었습니다. 큰 원형 디스크는 로터로 알려진 일종의 회전 샤프트에 장착됩니다. 이 원형 디스크에는 전체 바퀴 주위에 균일한 간격으로 배치된 버킷이라고 하는 컵 모양의 블레이드가 장착되어 있습니다.

일반적으로 버킷은 가장자리 주위에 쌍으로 배열됩니다. 그런 다음 노즐을 바퀴에 놓고 터빈에 물을 도입하는 역할을 합니다.

노즐은 구동 휠의 외부 림 주위에 장착된 일련의 숟가락 모양의 버킷(임펄스 블레이드라고도 함)에 대해 강력하고 빠른 물줄기를 유도합니다. 물줄기가 날개에 닿으면 물의 속도 방향이 날개의 윤곽을 따르도록 변경됩니다.

워터 제트의 충격 에너지는 버킷 및 휠 시스템에 토크를 가하고 휠을 돌립니다. 워터 제트는 "U-turn"을 만들고 버킷 외부로 나와 저속으로 감속합니다. 워터 제트의 충격은 바퀴로 전달되어 터빈으로 전달됩니다.

따라서 "임펄스 에너지"가 터빈에 작용합니다. 워터 제트의 속도가 회전하는 블레이드 속도의 두 배일 때 최대 성능과 효율성이 달성됩니다.

워터 제트의 원래 운동 에너지 중 매우 작은 비율이 물에 남아 있고 채워지는 것과 동일한 속도로 버킷을 비우므로 고압 유입구 흐름이 에너지 낭비 없이 중단 없이 계속될 수 있습니다.

일반적으로 두 개의 버킷이 휠에 나란히 장착되며 워터 제트는 두 개의 동일한 스트림으로 분할됩니다. 이것은 휠에 가해지는 측면 하중의 균형을 유지하고 워터 제트에서 터빈 휠로 모멘텀을 부드럽고 효율적으로 전달하는 데 기여합니다.

물은 거의 압축할 수 없기 때문에 거의 모든 가용 에너지가 수력 터빈의 첫 번째 단계에서 빠져 나옵니다. "따라서 압축성 유체로 작동하는 가스터빈과 달리 Pelton 휠에는 터빈 스테이지가 하나만 있습니다."

 

 

Pelton 터빈 작동원리

Pelton 터빈의 작동은 매우 간단합니다. 이러한 유형의 터빈에서는 터빈을 둘러싸고 있는 노즐에서 물의 고속 제트가 나옵니다. 이 노즐은 워터 제트가 두 개의 스트림으로 분할되는 버킷의 중심인 스플리터에서 버킷을 치도록 배열됩니다.

Pelton 터빈의 작동은 다음과 같습니다.

▷ 물은 펜스톡(penstock)이라는 긴 파이프를 통해 고압 소스에서 끌어옵니다.
▷ 압력파이프 끝단의 노즐 배열은 물의 가속을 돕고 고속의 제트로 고속으로 유출되어 대기압에서 배출됩니다.
▷ 제트는 제트를 버킷의 두 반쪽으로 분배하고 휠이 회전하기 시작하는 버킷의 스플리터에 충돌합니다.
▷ 제트기의 운동 에너지는 버킷에 부딪힐 때 감소하고 버킷의 구형으로 인해 지향된 제트기는 방향을 변경하고 U턴을 하고 테일레이스로 떨어집니다.
▷ 일반적으로 제트의 입구 각도는 1o에서 3o 사이이며, 버킷을 친 후 편향된 제트 각도는 165o에서 170o 사이입니다.
▷ 테일레이스에 모인 물은 어떤 경우에도 Pelton 휠을 잠기게 해서는 안 됩니다.
▷ 더 많은 출력을 생성하기 위해 두 개의 Pelton 바퀴를 단일 샤프트에 배치하거나 두 개의 워터 제트를 한 번에 단일 Pelton 바퀴로 보낼 수 있습니다.

 

Pelton 터빈의 응용

Pelton 터빈은 150m에서 2000m 이상의 높은 수두에서 물을 사용할 수 있는 수력 발전소에서 사용됩니다. 수력 발전소에서는 부착된 발전기를 구동하는 데 사용되며 발전기는 터빈의 기계적 에너지를 전기 에너지로 생성합니다.

 

펠튼 터빈의 장점

▷ 유지 관리가 쉽습니다.
▷ Pelton 터빈에는 캐비테이션 문제가 없습니다.
▷ Pelton 터빈은 구조가 간단합니다.
▷ 그것은 높은 머리와 낮은 방전에서 작동할 수 있습니다.
▷ 조립이 매우 쉽습니다.
▷ 이 터빈의 전체 효율은 매우 높습니다.

 

Pelton 터빈의 단점

▷ Pelton Turbine은 작동을 위해 매우 높은 헤드가 필요합니다.
▷ 효율성은 시간이 지남에 따라 빠르게 감소합니다.
▷ 터빈 크기가 일반적으로 커서 큰 공간이 필요합니다.
▷ 하이 헤드에서만 작동하기 때문에 작동 헤드의 진동 제어가 어렵습니다.