La turbina Pelton è in pratica l’unico esempio di turbina ad azione che viene utilizzato nelle applicazioni.

L’acqua prelevata dal bacino di monte arriva alla turbina Pelton attraverso una condotta forzata che termina nel distributore chiamato ugello o boccaglio. L’acqua forma un getto di diametro d che colpisce la pala tangenzialmente ad un cerchio di diametro D chiamato cerchio dei getti.

A causa della variazione della quantità di moto, la corrente, deviata dalla pala, genera una forza che è raccolta dall’albero, su cui è calettato il disco che porta le pale.

L’ugello è munito di una spina centrale con estremità a bulbo (ago Doble, dal nome dell’inventore) che, spostata assialmente, regola l’afflusso di acqua e quindi la potenza erogata dalla macchina.

A volte è necessario realizzare una brusca diminuzione della potenza conseguibile attraverso la rapida chiusura dell’ugello: potrebbero così nascere delle forti sollecitazioni nella condotta derivanti da sovrapressioni generate appunto dalla repentina chiusura dell’ugello (è il fenomeno del colpo di ariete).

Queste sollecitazioni sono evitate ricorrendo al tegolo deviatore, che è prima inserito in modo da impedire alla corrente di colpire la pala, e successivamente è ritirato, a mano a mano che l’ago è spostato per regolare la nuova portata.

Il tipo di turbine Pelton più diffuso è ad asse orizzontale con un solo getto; questa configurazione permette di raggiungere il rendimento più alto. Ma gli ugelli possono essere più di uno: sono al massimo due in turbine ad asse orizzontale mentre arrivano fino a sei in impianti di grande potenza con turbina ad asse verticale dove il disturbo reciproco tra un ugello e l’altro è più basso.

Quando la ruota aziona un generatore elettrico, questo è montato tra due supporti all’esterno della ruota. Nel caso di una turbina Pelton a due ruote il generatore è posto tra le due ruote.

La pala della turbina Pelton è accuratamente lavorata all’interno in modo da ridurre al minimo le perdite per attrito dell’acqua e presenta una forma caratteristica a doppio cucchiaio in quanto è divisa in due parti da una costola a spigolo vivo detta coltello, che suddivide tra le due conche il getto incidente. Il getto di acqua si adagia su ciascuna delle due parti della pala ed esce dopo aver subito una deviazione di quasi 180° (esattamente 180° - b₂); l’angolo b₂ è definito in modo da scaricare l’acqua nella direzione dell’asse della ruota evitando così l’urto tra l’acqua ed il dorso della pala successiva che porterebbe a frenare la ruota. Sulla vista in pianta della pala si nota la presenza del taglio E che permette al getto di lavorare più a lungo su una pala, quando questa si trova nella posizione migliore per riceverlo, senza essere intercettato dall’arrivo della successiva e nello stesso tempo permettere al getto di incontrare sempre bordi affilati, evitando la formazione di spruzzi d’acqua e le perdite corrispondenti.

Il materiale più impiegato è l’acciaio comune o inossidabile. Le pale possono essere fuse con il disco (ruota integrale), oppure montate ad una ad una o a gruppi sulla ruota.