फ्रांसिस टरबाइन क्रॉस सेक्शन समझाया गया

लेख

इतिहास

फ्रांसिस टरबाइन का आविष्कार जेम्स बी फ्रांसिस ने 1850 के दशक में किया था। जलचक्कियों का उपयोग 1,000 से अधिक वर्षों से किया जा रहा था, लेकिन वे अप्रभावी थीं। जेम्स फ्रांसिस ने फ्रांसिस टरबाइन को डिज़ाइन करते समय गणितीय सिद्धांतों का उपयोग किया और 90% से अधिक दक्षता वाली टरबाइन बनाई।

फ्रांसिस टरबाइन क्रॉस सेक्शन

हालांकि अब फ्रांसिस टरबाइन के विभिन्न प्रकार उपलब्ध हैं, लेकिन मूल कार्य सिद्धांत वही हैं जो 100 से अधिक वर्षों पहले उपयोग किए गए थे। पिछले 150 वर्षों में विद्युत शक्ति उद्योग के विकास के साथ, फ्रांसिस टरबाइन लागत के मामले में अन्य प्रमुख चालकों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम थी, जिससे इसके कई अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोग हुआ।

विभिन्न फ्रांसिस टरबाइन प्रकार

विभिन्न फ्रांसिस टरबाइन प्रकार

परिचय

उनके बहुमुखी डिज़ाइन के कारण, फ्रांसिस टरबाइन विभिन्न दबाव और प्रवाह दरों के लिए उपयुक्त हैं। इस व्यापक संचालन सीमा के कारण, फ्रांसिस टरबाइन आज सबसे आम प्रकार की जलविद्युत टरबाइन है।

फ्रांसिस रनर को हाइड्रोलिक पंप और हाइड्रोलिक टरबाइन दोनों के रूप में संचालित किया जा सकता है, यह अन्य सामान्य जलविद्युत रनर्स जैसे कपलान और पेल्टन रनर्स की तुलना में एक अनूठी विशेषता है। पंप्ड स्टोरेज पावर प्लांट विशेष रूप से इस अनूठी विशेषता के कारण फ्रांसिस रनर्स का उपयोग करते हैं।

फ्रांसिस टरबाइन की दक्षता अक्सर 90% से अधिक होती है जब सही संचालन स्थितियाँ पूरी होती हैं। यह दक्षता तब तक कम नहीं होती जब तक कि भार 40% से कम न हो।

संचालन का सिद्धांत

फ्रांसिस टरबाइन संभावित ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं। इस प्रकार की टरबाइन को प्रतिक्रिया टरबाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि यह दबाव प्रणाली के भीतर संचालित होती है और टरबाइन के सक्शन से दबाव पक्ष तक पानी के निरंतर प्रवाह पर निर्भर करती है।

निर्माण

फ्रांसिस टरबाइन में एक रनर क्राउन और रनर बैंड के बीच लगे ब्लेड्स की एक श्रृंखला होती है। ब्लेड्स के बीच के अंतराल पानी को रनर की बाहरी परिधि से रनर के आंतरिक भाग तक प्रवाहित होने की अनुमति देते हैं; इस प्रकार के प्रवाह को रेडियल प्रवाह कहा जाता है।

फ्रांसिस टरबाइन रनर

फ्रांसिस टरबाइन रनर

एक स्पाइरल केस -जिसे स्क्रॉल केस भी कहा जाता है- का उपयोग पूरे रनर में पानी के समान प्रवाह को वितरित करने के लिए किया जाता है। समान प्रवाह को केसिंग के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के धीरे-धीरे घटने के कारण प्राप्त किया जाता है। जैसे-जैसे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र घटता है, केस में पानी की गति बनाए रखी जाती है और रनर को पानी का समान प्रवाह वितरित किया जाता है।

फ्रांसिस टरबाइन स्क्रॉल केस

फ्रांसिस टरबाइन स्क्रॉल केस

गाइड वैन पानी को रनर की ओर निर्देशित करते हैं। गाइड वैन का उद्देश्य पानी की संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करना है, और पानी को रनर में एक इष्टतम कोण पर निर्देशित करना है।

एक ड्राफ्ट ट्यूब का उपयोग डिस्चार्ज किए गए पानी की कुछ गतिज ऊर्जा को वापस दबाव ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। यह रूपांतरण टरबाइन की समग्र संचालन दक्षता को बढ़ाता है।

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फ्रांसिस टरबाइन कैसे काम करती हैं

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पानी को एक दबावयुक्त जल कंडक्टर जिसे पेनस्टॉक कहा जाता है, के माध्यम से वितरित किया जाता है। पानी स्पाइरल केस के साथ यात्रा करता है और गाइड वैन के माध्यम से गुजरता है। गाइड वैन पानी की संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं और रनर को प्रवाह शुरू करने, रोकने और नियंत्रित करने के लिए भी उपयोग किए जा सकते हैं।

पानी फ्रांसिस रनर में रेडियली प्रवेश करता है, रनर के बाहर से अंदर की ओर प्रवाहित होता है। इसके बाद पानी रनर के आधार से नीचे की ओर डिस्चार्ज होता है; इस प्रकार के प्रवाह को अक्षीय प्रवाह कहा जाता है क्योंकि प्रवाह रनर शाफ्ट के समानांतर दिशा में होता है।

फ्रांसिस टरबाइन क्रॉस सेक्शन

फ्रांसिस टरबाइन क्रॉस सेक्शन

क्योंकि प्रवाह प्रवेश पर रेडियल और डिस्चार्ज पर अक्षीय होता है, फ्रांसिस टरबाइन को मिश्रित प्रवाह टरबाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

ड्राफ्ट ट्यूब पानी की शेष गतिज ऊर्जा को संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करता है; इसके बाद पानी को टेलरेस में डिस्चार्ज किया जाता है।

शक्ति उत्पादन

एक बार जब पानी रनर के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो ब्लेड पानी की संभावित ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। यांत्रिक ऊर्जा मुख्य रनर शाफ्ट पर टॉर्क के रूप में लागू होती है और शाफ्ट घूमने लगता है।

एक सामान्य शाफ्ट रनर को एक जनरेटर से जोड़ता है, इसलिए जैसे ही रनर घूमता है, वैसे ही जनरेटर रोटर भी घूमता है। जनरेटर रोटर एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के भीतर घूमता है, जैसे ही रोटर चुम्बकीय क्षेत्र के माध्यम से चलता है, जनरेटर स्टेटर वाइंडिंग्स में धारा प्रेरित होती है, इस बिंदु पर फ्रांसिस रनर द्वारा आपूर्ति की गई यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया गया है। अब विद्युत ऊर्जा को राष्ट्रीय ग्रिड के माध्यम से अंतिम उपभोक्ताओं तक स्थानांतरित किया जा सकता है।

पूरा शक्ति उत्पादन प्रक्रिया निरंतर है, जो एक निरंतर, नवीकरणीय और विश्वसनीय शक्ति उत्पादन का रूप प्रदान करती है।