Turbin hidro Pelton

Turbin impuls adalah turbin air yang memanfaatkan energi kinetik dari aliran jet bertekanan tinggi untuk melakukan kerja. Air dari waduk berkepala tinggi diarahkan ke turbin melalui pipa pesat. Air bertekanan tinggi diubah menjadi aliran jet berkecepatan tinggi melalui nosel turbin, yang kemudian mengenai ember turbin, menyebabkan turbin berputar dan melakukan kerja.
Terdapat tiga jenis utama turbin impuls:Turbin hidro Pelton, Turbin hidro Turgo, dan turbin aliran silang. Bagian ini memperkenalkan turbin Pelton dan turbin Turgo yang lebih umum digunakan.

Runner dan Prinsip Kerja

Gambar 1 menunjukkan runner turbin Pelton, dengan tampilan depan di sebelah kiri dan tampilan samping di sebelah kanan. Runner terdiri dari cakram roda dan beberapa ember, jadi juga disebut turbin ember.

Gambar-1 Runner turbin Pelton

Gambar 2 adalah tampilan potongan melintang dari sebuah ember. Dapat dilihat dari potongan melintang sebuah ember bahwa ember tersebut terdiri dari dua badan berbentuk sendok yang disusun berdampingan. Aliran air disemprotkan ke dalam dua badan berbentuk sendok, menggerakkan runner untuk berputar.

Gambar-2 tampilan potongan melintang dari sebuah ember

Gambar 3 adalah diagram prinsip kerja turbin Pelton. Aliran air berkecepatan tinggi disemprotkan ke arah ember melalui nosel, dipantulkan dan dikeluarkan oleh ember. Energi kinetik air mendorong ember, memungkinkan runner berputar. Garis biru menunjukkan aliran air yang disemprotkan oleh nosel dan aliran air yang dipantulkan oleh runner.

Gambar 3 -- Prinsip Kerja Turbin Pelton

Gambar 4 adalah diagram yang menunjukkan arah aliran air yang menyembur ke ember. Aliran air berkecepatan tinggi yang dikeluarkan dari nosel menembak ke arah ember, terbelah oleh tepi masuk ke permukaan kerja di kedua sisi, dan kemudian dipantulkan keluar dari ember oleh permukaan kerja. Setelah dipantulkan oleh ember, aliran jet berkecepatan tinggi memindahkan energi kinetiknya ke ember, mendorongnya maju.

Gambar-4 Aliran jet runner turbin Pelton

Mekanisme Injeksi

Mekanisme injeksi, yang disebut sebagai nosel untuk singkatnya, terutama terdiri dari nosel, jarum, dan mekanisme penggerak jarum. Ukuran lubang keluar nosel diubah dengan menggerakkan jarum di dalam nosel, sehingga mengubah laju aliran air dari nosel untuk menyesuaikan daya turbin. Gambar 5 adalah diagram skematik dari struktur mekanisme injeksi, di mana jarum ditarik ke dalam pipa dan nosel dalam keadaan terbuka.

Gambar 5 -- struktur saluran masuk pipa dan mekanisme injeksi

Pergerakan jarum dilakukan oleh mekanisme penggerak jarum. Dalam diagram, jarum digerakkan oleh kontrol manual—memutar roda tangan memungkinkan jarum bergerak, sehingga mengubah laju aliran air nosel. Untuk turbin air skala besar, mekanisme servo hidrolik atau listrik digunakan untuk menggerakkan jarum. Mekanisme penggerak yang disebutkan di atas dipasang di luar pipa dan termasuk dalam mekanisme injeksi yang dikendalikan secara eksternal. Ada jenis mekanisme injeksi lain yang dipasang di dalam nosel, yang tidak memiliki batang jarum yang memanjang di luar pipa dan tidak memerlukan siku, yang memberikan kenyamanan besar pada tata letak pipa. Namun, hal itu tidak akan diperkenalkan di sini.

Di sebelah kiri Gambar 6, jarum berada pada posisi kerja normal, dan aliran air diarahkan ke arah ember. Di sebelah kanan Gambar 6, jarum bergerak maju untuk memblokir bukaan nosel, dan nosel dalam keadaan tertutup.

Gambar 6—Mengontrol Aliran Air dengan Menggerakkan Jarum

Deflektor

Sekarang mari kita perkenalkan deflektor. Turbin Pelton adalah turbin berkepala tinggi dengan rentang kepala dari beberapa ratus meter hingga lebih dari seribu meter. Pipa dari waduk ke turbin dapat sepanjang satu kilometer hingga beberapa kilometer, dan pipa-pipa ini harus menahan tekanan air yang sangat besar, terutama pada bagian bawah. Jika terjadi kegagalan jaringan listrik yang menyebabkan trip, sumber air harus segera dimatikan untuk menghentikan turbin; jika tidak, turbin akan kehilangan bebannya, yang menyebabkan peningkatan kecepatan putaran yang cepat dan kerusakan pada unit. Karena panjang pipa yang panjang, sejumlah besar air yang bergerak di dalamnya tidak dapat berhenti mengalir dengan cepat. Jika pipa dimatikan dengan cepat, tekanan air yang sangat tinggi akan dihasilkan, yang sangat membahayakan keselamatan pipa pesat. Satu-satunya solusi adalah mengarahkan kembali air yang disemprotkan ke arah turbin sehingga tidak mengenai turbin, daripada mematikan aliran air.
Pemasangan deflektor di depan nosel adalah metode yang paling sederhana. Selama operasi normal, deflektor diangkat, tidak memengaruhi 喷出 aliran air dari nosel, dan turbin berjalan normal (kiri Gambar 7). Ketika deflektor diturunkan, aliran air dari nosel diblokir oleh deflektor dan diarahkan kembali ke saluran keluar bawah (kanan Gambar 7), dan turbin berhenti beroperasi. Deflektor dapat diputar ke posisi pemblokiran dalam waktu 1 hingga 2 detik.

Gambar 7 -- Prinsip Kerja Deflektor

Gambar 8 adalah animasi prinsip turbin Pelton. Manik-manik hijau kecil menunjukkan aliran air yang dipantulkan dari sisi depan runner, dan manik-manik oranye kecil menunjukkan aliran air yang dipantulkan dari sisi belakang runner. Garis tengah aliran air yang dikeluarkan dari nosel bersinggungan dengan lingkaran pitch runner. Lingkaran pitch adalah lingkaran yang melewati titik tumbukan jet pada runner, oleh karena itu dinamakan "turbin Pelton" (secara harfiah berarti "turbin tumbukan tangensial").