Turbine Pelton_1

Figura 3.1: schema di impianto idrico con turbina Pelton

Dalla figura 3.1 si vedono un serbatoio a cui è collegato un condotto che permette il trasporto del fluido verso un organo chiamato bocchello o ugello incuditore.

L'energia geodetica non viene totalmente utilizzata poiché l'asse della macchina è posto più in alto rispetto per la linea. Viene fatto ciò perché altrimenti le pale subirebbero un'azione frenante.

L'utile allora avere un livello del serbatoio che viene monitorato nel corso dell'anno in base eventuali evasione.

Tutta l'energia geodetica, a meno della quota z e delle perdite h_ri, viene trasformata in energia cinetica attraverso il passaggio nell'organo statico.

Possiamo allora scrivere che la caduta idrica disponibile vale:

h_n = h_g - h_ri - z = P_t / pg + C_i² / 2g _(3.1)

Nelle turbine Pelton gli ultimi due termini rappresentano tutta l'energia idraulica che l'impianto mette a disposizione della turbina per essere convertita in energia meccanica.

Possiamo insicavere l'equazione 3.1 in questo modo:

P_i / pg + C_i² / 2g = C_u² / 2g + h_{r (3.2)}

Dove il primo termine rappresenta l'energia cinetica nella sezione di uscita del bocchello e h_r sono le perdite di carico nell'organo statico.

Se non avessimo perdite nel bocchetto avremmo il caso ideale:

P_i / pg + C_i² / 2g = C_i² / 2g _(3.3)

La velocità ideale si può anche esprimere come:

C_ui = √2gh (3.4)

dove h è la caduta idrica disponibile.

Nella realtà ci sono delle perdite, quindi si può introdurre un coefficiente di perdita ξ al fine di calcolare la velocità:

C_u = C_ui ξ = ξ√2gh (3.5)

ξ è rappresentativo delle perdite di carico ed assume valori compresi tra 0.96 e 0.98 e si mantiene costante in un'ampia gamma di variazioni di portata.

Unendo le equazioni: 3.2 e 3.3 si può calcolare il valore di h_rb:

h_rb = C_ui² - C_u² = 2gh - ξ²2gh = h - ξ_u² = h(1 - ξ_u²) (3.6)

Fig. 3.2: sezione del bocchello intraflusso

Quando con gli organi di comando si varia la porticina del bocchello e lo si sposta per esempio verso destra, è evidente che varia la sezione di attraversamento ma la velocità rimane costante.

La portata vale:

Q = πd²/4 C_j (3.7)

Quindi, quando si riduce o quando la portata varia perché è variata la sezione di attraversamento ma non la velocità,

se ci sono vari ugelli, l'equazione 3.7 diviene:

Q = πd²/4 C_j i (3.8)

dove i è il numero degli ugelli.

Così facendo particelle e palette arrivano contemporaneamente nello stesso posizione e poi la particella scappa uscendo dall’energia cinetica non viene quindi trasformata in energia meccanica è per questo che la pale deve intercettare la particella in una posizione idonnea.

Fig. 12

D1/d2 = 20c_u/u₂ = 2,13

Fig. 3.5: traiettoria della particella dopo essere stata deviata

La direzione con cui la particella entra nel cucchiaio influenza il punto di uscita e la traiettoria percorsa nel cucchiaio. Non è possibile individuare una condizione ottimale di lavoro, quindi bisogna fare delle semplificazioni al fine di poter determinare il numero di pale.

Stabilisce come traiettoria della particella quella che in figura 3.5 è indicata con le lettere DE.

In genere tutte le grandezze caratteristiche del cucchiaio sono scelte in funzione del diametro del getto.

Per stabilire il numero di pale allora scelta la traiettoria DE perché più semplice rispetto a quella BC e a quella EF. In base alla traiettoria è passo misurare il tempo di attravversamento.