Turbine Pelton

Turbine Pelton

Macchina ad azione

Le turbine Pelton sono macchine ad azione (a differenza delle turbine Francis e Kaplan).

Cosa significa turbina ad azione

L'energia potenziale si trasforma totalmente in energia cinetica: in un ugello che porta la vena liquida ad alta velocità contro le pale, montate sulla periferia della girante. L'acqua poi cade nel canale di scarico con una piccola energia residua. Le casse possono essere usate a N₂ solo allo scopo di evitare danneggiamenti e la fuoriuscita dell'acqua. Il grado di reazione è zero: ε_r = 0.

Caratteristiche costruttive

• Ugelli induttori:
  • Convertire l'energia di pressione del fluido in energia cinetica del getto. Il getto esce a pressione ambiente ed in direzione della tangente alla circonferenza media della corona palare. Regolare la portata: c'è un elemento che occlude la sezione → spina doppia. La velocità C_j di uscita dell'ugello dipende idealmente solo dal salto.
• Otturatore:
  • È costituito dalla spina doppia. La spina doppia consente di regolare la portata in modo lento (per evitare il colpo d'ariete) e inoltre mantiene il getto compatto (evitando turbolenza).
• Ugello deviatore:
  • Nel caso in cui si dovesse ridurre velocemente la portata, senza causare danni dovuti al colpo d'ariete, si aziona il tegolo deviatore. È inserito all'uscita del boccaglio e impedisce al getto di raggiungere le pale deviandolo in parte o totalmente verso lo scarico. Se bisogna intervenire istantaneamente: valvola di intercettazione.
• Controgetto:
  • Nel caso in cui la turbina dovesse essere fermata, data la sua enorme inerzia rotazionale, si usa un controgetto che indirizza il getto d'acqua sul dorso delle pale per frenare, evitando così che la macchina vada in fuga.
• Corona di pale a doppio cucchiaio:
  • Le pale intercettano il getto dividendolo in due linee. La divisione avviene grazie al tagliente. Le vene percorrono la superficie interna del cucchiaio invertendo la propria direzione di circa 170°. Come si può vedere dall'immagine, le pale hanno una parte con colpi di rondine che hanno lo scopo di evitare che il getto non resti col cucchiaio iniziale, ma permette all'acqua di entrare gradualmente nella pala per non perdere energia. Inoltre, questa geometria consente di avere dai 3 ai 5 cucchiai in presa. Il tagliente è inclinato lievemente rispetto alla direzione radiale per fare in modo che il contatto con il getto avvenga con il cucchiaio in posizione prossima all'origine, evitando così che la vena venga deviata verso il centro della ruota. Le pale sono lucidate a specchio per ridurre le perdite di attrito perietale. La pala presenta una costa di rondine e un sferamento del tagliente (compromesso necessario per evitare la trazione del disco). La schiena del cucchiaio presenta una cava per evitare il getto saltando un cucchiaio e incontrare fenomeni di collisione in cloud (nuvola).

Parametri fondamentali per descrivere la macchina

D = diametro medio della ruota, dipende da: caduta H_n n - velocità periferica della ruota u = ω (D/2) = ωr = u₁ = u₂. d = diametro del getto, dipende da: Portata Q_u. Nella realtà: il getto interagisce con più pale.

F = ϕ (β_s; A_getto; c₁; c₂) NO
F = ϕ (β_s; A_getto; W_u1; W_u2) SÌ
F = ρ Q_u (W_u1−W_u2) = Forza agente sulla ruota

dove Q_u = A_getto• c_u1 λ = A_pale • c₁ • (c_r−u_t) • (1−K_w • cos β_2b)→ dove - Se K_w = 1 allora w₂ = u₂, K_w = w_u1 • 1 ─ Se K_w• u₂ = w_u2 cos β_2b = w_u2 f_i = ρ• A_getto• 2• c_u1 • (c_r−u_t).

Diagramma di potenza e coppia

La differenza tra ideale e reale sono le perdite idrauliche M_idr = (P_ab) / (P_idr) = (h_t) / h dove P_ab = ρQ_ugh; M_idr nom.

Macchine motrici e operatrici

• Macchine motrici: h_t < h (il fluido ha più energia rispetto a quella che si riesce ad estrarre).
• Macchine operatrici: h_t > h (il fluido riceve una h minore rispetto a quella messa a disposizione dalla girante).