กังหันน้ำเพลตัน

กังหันแบบ Impulse เป็นกังหันน้ำที่ใช้พลังงานจลน์ของกระแสน้ำแรงดันสูงในการทำงาน น้ำจากอ่างเก็บน้ำที่มีหัวสูงจะถูกนำไปยังกังหันผ่านท่อส่ง น้ำแรงดันสูงจะถูกเปลี่ยนเป็นกระแสน้ำความเร็วสูงผ่านหัวฉีดของกังหัน ซึ่งจะกระทบกับถังของกังหัน ทำให้กังหันหมุนและทำงาน
มีกังหันแบบ Impulse หลักๆ สามประเภท: กังหันน้ำเพลตัน, กังหันน้ำเทอร์โก, และกังหันแบบครอสโฟลว์ ส่วนนี้จะแนะนำกังหันเพลตันและกังหันเทอร์โกที่ใช้กันทั่วไป

ใบพัดและหลักการทำงาน

รูปที่ 1 แสดงใบพัดของกังหันเพลตัน โดยมีมุมมองด้านหน้าทางด้านซ้ายและมุมมองด้านข้างทางด้านขวา ใบพัดประกอบด้วยแผ่นล้อและถังหลายใบ ดังนั้นจึงเรียกว่ากังหันแบบถัง

รูปที่ 1 ใบพัดกังหันเพลตัน

รูปที่ 2 เป็นภาพตัดขวางของถัง สามารถมองเห็นได้จากภาพตัดขวางของถังว่าถังประกอบด้วยตัวเรือนรูปช้อนสองอันที่จัดเรียงอยู่ข้างๆ กัน การไหลของน้ำจะถูกพ่นเข้าไปในตัวเรือนรูปช้อนสองอัน ทำให้ใบพัดหมุน

รูปที่ 2 ภาพตัดขวางของถัง

รูปที่ 3 เป็นไดอะแกรมหลักการทำงานของกังหันเพลตัน การไหลของน้ำความเร็วสูงจะถูกพ่นไปยังถังผ่านหัวฉีด สะท้อนและปล่อยออกโดยถัง พลังงานจลน์ของน้ำจะดันถัง ทำให้ใบพัดหมุน เส้นสีน้ำเงินแสดงถึงการไหลของน้ำที่พ่นออกมาจากหัวฉีดและการไหลของน้ำที่สะท้อนโดยใบพัด

รูปที่ 3 -- หลักการทำงานของกังหันเพลตัน

รูปที่ 4 เป็นไดอะแกรมที่แสดงทิศทางการไหลของน้ำที่พ่นลงบนถัง การไหลของน้ำความเร็วสูงที่พ่นออกมาจากหัวฉีดจะพุ่งไปที่ถัง ถูกแยกโดยขอบทางเข้าไปยังพื้นผิวการทำงานทั้งสองด้าน จากนั้นจะสะท้อนออกจากถังโดยพื้นผิวการทำงาน หลังจากสะท้อนโดยถังแล้ว การไหลของเจ็ทความเร็วสูงจะถ่ายโอนพลังงานจลน์ไปยังถัง ทำให้ถังเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

รูปที่ 4 การไหลของเจ็ทของใบพัดกังหันเพลตัน

กลไกการฉีด

กลไกการฉีด ซึ่งเรียกว่าหัวฉีดในระยะสั้น ประกอบด้วยหัวฉีด เข็ม และกลไกการเคลื่อนที่ของเข็ม ขนาดของช่องจ่ายน้ำของหัวฉีดจะเปลี่ยนไปโดยการเคลื่อนที่ของเข็มภายในหัวฉีด ซึ่งจะเปลี่ยนอัตราการไหลของน้ำจากหัวฉีดเพื่อปรับกำลังของกังหัน รูปที่ 5 เป็นไดอะแกรมแผนผังของโครงสร้างของกลไกการฉีด ซึ่งเข็มจะถูกดึงกลับเข้าไปในท่อ และหัวฉีดอยู่ในสถานะเปิด

รูปที่ 5 -- โครงสร้างของช่องจ่ายน้ำเข้าท่อและกลไกการฉีด

การเคลื่อนที่ของเข็มจะทำได้โดยกลไกการเคลื่อนที่ของเข็ม ในไดอะแกรม เข็มจะถูกเคลื่อนที่โดยการควบคุมด้วยมือ—การหมุนวงล้อช่วยให้เข็มเคลื่อนที่ได้ ซึ่งจะเปลี่ยนอัตราการไหลของน้ำของหัวฉีด สำหรับกังหันน้ำขนาดใหญ่ จะใช้กลไกเซอร์โวแบบไฮดรอลิกหรือไฟฟ้าในการเคลื่อนที่เข็ม กลไกการเคลื่อนที่ดังกล่าวติดตั้งอยู่ภายนอกท่อและเป็นของกลไกการฉีดที่ควบคุมภายนอก มีกลไกการฉีดอีกประเภทหนึ่งที่ติดตั้งอยู่ภายในหัวฉีด ซึ่งไม่มีก้านเข็มยื่นออกมาภายนอกท่อและไม่ต้องใช้ข้อศอก ทำให้สะดวกอย่างยิ่งสำหรับการวางท่อ อย่างไรก็ตาม จะไม่ถูกนำเสนอที่นี่

ทางด้านซ้ายของรูปที่ 6 เข็มอยู่ในตำแหน่งการทำงานปกติ และการไหลของน้ำจะถูกนำไปยังถัง ทางด้านขวาของรูปที่ 6 เข็มจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเพื่อปิดช่องเปิดของหัวฉีด และหัวฉีดอยู่ในสถานะปิด

รูปที่ 6—การควบคุมการไหลของน้ำโดยการเคลื่อนที่ของเข็ม

ตัวเบี่ยงเบน

ตอนนี้มาแนะนำตัวเบี่ยงเบนกัน กังหันเพลตันเป็นกังหันหัวสูงที่มีช่วงหัวตั้งแต่หลายร้อยเมตรถึงกว่าหนึ่งพันเมตร ท่อส่งจากอ่างเก็บน้ำไปยังกังหันอาจยาวถึงหนึ่งกิโลเมตรถึงหลายกิโลเมตร และท่อส่งเหล่านี้ต้องทนต่อแรงดันน้ำมหาศาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนล่าง ในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้องทำให้เกิดการสะดุด แหล่งน้ำจะต้องถูกปิดทันทีเพื่อหยุดกังหัน มิฉะนั้น กังหันจะสูญเสียภาระ ทำให้ความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและทำให้หน่วยเสียหาย เนื่องจากความยาวของท่อส่งที่ยาว ปริมาณน้ำที่เคลื่อนที่จำนวนมากภายในจึงไม่สามารถหยุดการไหลได้อย่างรวดเร็ว หากท่อส่งถูกปิดอย่างรวดเร็ว แรงดันน้ำที่สูงมากจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งเป็นอันตรายอย่างร้ายแรงต่อความปลอดภัยของท่อส่ง วิธีเดียวคือเปลี่ยนเส้นทางน้ำที่พ่นไปยังกังหัน เพื่อไม่ให้กระทบกับกังหัน แทนที่จะปิดการไหลของน้ำ
การติดตั้งตัวเบี่ยงเบนไว้ด้านหน้าหัวฉีดเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด ในระหว่างการทำงานปกติ ตัวเบี่ยงเบนจะถูกยกขึ้น ไม่ส่งผลกระทบต่อการไหลของน้ำ 喷出 จากหัวฉีด และกังหันทำงานตามปกติ (ทางด้านซ้ายของรูปที่ 7) เมื่อตัวเบี่ยงเบนถูกลดลง การไหลของน้ำจากหัวฉีดจะถูกปิดกั้นโดยตัวเบี่ยงเบนและเปลี่ยนเส้นทางไปยังช่องจ่ายน้ำด้านล่าง (ทางด้านขวาของรูปที่ 7) และกังหันจะหยุดทำงาน ตัวเบี่ยงเบนสามารถหมุนไปยังตำแหน่งปิดกั้นได้ภายใน 1 ถึง 2 วินาที

รูปที่ 7 -- หลักการทำงานของตัวเบี่ยงเบน

รูปที่ 8 เป็นภาพเคลื่อนไหวหลักการทำงานของกังหันเพลตัน ลูกปัดสีเขียวขนาดเล็กแสดงถึงการไหลของน้ำที่สะท้อนจากด้านหน้าของใบพัด และลูกปัดสีส้มขนาดเล็กแสดงถึงการไหลของน้ำที่สะท้อนจากด้านหลังของใบพัด เส้นกลางของการไหลของน้ำที่พ่นออกมาจากหัวฉีดจะสัมผัสกับวงกลมพิทช์ของใบพัด วงกลมพิทช์คือวงกลมที่ผ่านจุดกระทบของเจ็ทบนใบพัด ดังนั้นจึงเป็นที่มาของชื่อ "กังหันเพลตัน" (แปลตามตัวอักษรว่า "กังหันผลกระทบสัมผัส")