佩爾頓式水輪機（又譯：佩爾頓水車或伯爾頓式水輪機，英語：Pelton wheel或Pelton Turbine）為衝擊式水輪機的一種，它是在1870年代由美國發明家萊斯特·艾倫·佩爾頓所開發。佩爾頓式水輪機是利用水流動並衝擊水車時來取得能量，不同於利用水自身重量來帶動的傳統上射式水車。早在佩爾頓的設計發表前，便已有多種不同的衝擊式水輪機版本已經存在，然而它們的工作效率上，比起佩爾頓的設計來的更低。在水離開水車後，水通常仍具有速度，將水車的許多動能一併給浪費掉。佩爾頓的划槳幾何設計，使得動輪跑在水射流速度的一半後，僅用極低的速度離開動輪；因此佩爾頓的設計幾乎完全擷取了水的衝擊能量，如此一來便可擁有一部具有高效能的水輪機。
基本介紹
- 中文名：佩爾頓式水輪機
- 外文名：Pelton wheel
- 領域：電力
效能,實際套用,設計規則,系統組件,壓力鋼管,參見,
效能
高速的水流進入管線後，再分別透過針閥將強力水柱向動輪上水斗狀的扇葉上來帶動動輪。而此也被稱作為衝擊扇葉，它們圍繞在驅動輪的外圍，總體被稱之為動輪。（詳情請參見照片，老式佩爾頓式水輪機）。由於水噴流衝擊在扇葉上，因此水的流向會因為水斗的外型而改變。水衝擊的力量會在水斗與動輪系統上施加出力矩，並以此來旋轉動輪；水流本身的流向並“不可逆”，而水流出口設定在水斗之外，此時水流的流速將降到極低速。在此過程中，流體噴流的動量將被轉移到動輪上並從此到水輪機上。因此“衝擊”確實能夠為水輪機作功。為了使水輪機作功能夠達到最大的功率和效率，動輪與水輪機的系統被設計成能讓流體噴流到水斗上的速度提升兩倍。而非常小比例的流體噴流原始動能將會一直滯留於水中，這使得水斗以相同的速度流空及注滿（參見質量守恆），從而使得高壓輸入流體可以持續不間斷的噴入而不需要浪費任何能量。通常，兩個水斗會按照邊靠邊的方式安裝在動輪上，這使得水流將能分流為兩條相等的管道進行噴流（見圖）。這樣的配置可平衡動輪上的側向載荷力，並有助於確保平滑，而流體噴流產生的動能也將咬校的傳輸到水輪機動輪上。
由於水和大部分液體是幾乎不可壓縮的，因此當流體流入水輪機後的第一階段幾乎就將所有可利用的能量給全部擷取了。而佩爾頓式水輪機只有一個動輪段，不像可壓縮流體操作的燃氣輪機。
實際套用
佩爾頓式水輪機是用於水力發電的最佳水輪機類型之一，當可利用的水源具有極高水頭高度以及低流速時，佩爾頓式水輪機是水輪機類型中對於該種環境最具有效益的。因此，在高水頭低流量環境下，佩爾頓式水輪機是最能發揮其最高效益的，即便分為兩股注流，理論上仍含有相同的能量。並且，這兩條注流所使用的導管必須具有相當的質量，其中一條需要長的細管，另一條為短的寬管。佩爾頓式水輪機可安裝於各種大小的站點之中。現已存在有安裝上噸等級的油壓豎軸佩爾頓水輪機的水力發電廠。其最大的裝置單位可高達200兆瓦。而最小的佩爾頓式水輪機僅有幾英寸寬，可用於流量僅有每分鐘幾加侖的溪流中取得能量。一些家用管道裝置系統便會利用佩爾頓式原理的水車來進行水的輸送。這些小型的佩爾頓式水輪機被推薦使用於30英尺（9.1米）或更高的水頭高度之下使用，以產生顯著的發電功率。目前，根據水流量以及設計，佩爾頓式水輪機的安裝站點水頭高度最好為49～5,905英尺（14.9～1,799.8米）的範圍之間，然而實際上目前沒有理論限制。
