गैस टर्बाइन की व्याख्या (दहन टर्बाइन)

गैस टर्बाइन क्या है?

एक गैस टर्बाइन एक प्रकार का आंतरिक दहन इंजन है जो ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित करता है। इसमें तीन मुख्य घटक होते हैं: कंप्रेसर, कंबस्टर, और टर्बाइन। गैस टर्बाइन कई अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं क्योंकि वे कुशलता, लागत, और विश्वसनीयता के लिए प्रसिद्ध हैं। इन्हें दहन टर्बाइन भी कहा जाता है। विमान में लगे गैस टर्बाइन को जेट इंजन कहा जाता है।

गैस टर्बाइन

दिलचस्प तथ्य: गैस टर्बाइन का नाम इसलिए पड़ा क्योंकि वे गर्म गैसों का उपयोग करते हैं, न कि केवल प्राकृतिक गैस को जलाने के लिए। गैस टर्बाइन 30 से अधिक प्रकार के ईंधन जला सकते हैं, लेकिन प्राकृतिक गैस सबसे आम है।

गैस टर्बाइन का मूल कार्य सिद्धांत

गैस टर्बाइन की प्रक्रिया में हवा को वायु इनलेट के माध्यम से खींचा जाता है और कंप्रेसर के माध्यम से दबावयुक्त किया जाता है। संपीड़ित हवा कंबस्टर में जाती है जहां ईंधन इंजेक्ट किया जाता है और इग्निशन सिस्टम द्वारा प्रज्वलित होता है। दहन के दौरान गर्मी निकलने से गैसें तेजी से फैलती हैं, जिससे उच्च वेग की गर्म निकास गैसें निकलती हैं। ये गैसें टर्बाइन को घुमाती हैं, जिससे यांत्रिक कार्य उत्पन्न होता है। यह शक्ति ड्राइव शाफ्ट या प्रोपेलर शाफ्ट के माध्यम से विभिन्न असेंबलियों को संचालित कर सकती है। कुछ टर्बाइन विमान इंजन को भी शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

अधिक जानकारी के लिए अगला अनुभाग देखें कि दहन टर्बाइन कैसे काम करता है।

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गैस टर्बाइन कैसे काम करते हैं

गैस टर्बाइन एक आंतरिक दहन इंजन है जो गैसों की निरंतर धारा का उपयोग करके यांत्रिक शक्ति उत्पन्न करता है। यह हवा को संपीड़ित करके, दहन स्थान में ईंधन जलाकर, और फिर दहन प्रक्रिया से गर्म निकास गैसों का उपयोग करके एक टर्बाइन को घुमाकर काम करता है।

गैस टर्बाइन के मुख्य भाग कंप्रेसर, कंबस्टर, और टर्बाइन हैं। एक गैस टर्बाइन को ठंडा खंड (वायु इनलेट और कंप्रेसर) और गर्म खंड (कंबस्टर और टर्बाइन) में विभाजित किया जा सकता है। अन्य आंतरिक दहन इंजनों की तरह, गैस टर्बाइन संपीड़न, इग्निशन, शक्ति, निकास प्रक्रिया का उपयोग करते हैं; इस प्रक्रिया को सक, स्क्वीज, बैंग, ब्लो भी कहा जाता है!

गैस टर्बाइन के भाग

दिलचस्प तथ्य: आंतरिक दहन इंजन को आईसी इंजन भी कहा जाता है।

संपीड़न

हवा को एक मल्टीस्टेज एक्सियल फैन का उपयोग करके टर्बाइन में खींचा जाता है; इस प्रकार का फैन कई फैन ब्लेड का उपयोग करता है जो पंक्तियों में स्थापित होते हैं और श्रृंखला में व्यवस्थित होते हैं। फैन ब्लेड की प्रत्येक पंक्ति को एक दबाव चरण कहा जाता है क्योंकि हवा का दबाव प्रत्येक पंक्ति के ऊपर से गुजरने पर बढ़ता है। गैस टर्बाइन के आवास में मल्टीस्टेज फैन वाला खंड कंप्रेसर कहा जाता है, क्योंकि हवा का दबाव प्रत्येक दबाव चरण के माध्यम से गुजरने पर बढ़ता है। एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन में दबाव अनुपात 30:1 तक हो सकता है, जबकि भारी फ्रेम गैस टर्बाइन में दबाव अनुपात 18:1 तक होता है। यह नियंत्रित करना संभव है कि दहन के दौरान कितना ईंधन जलेगा, हवा के दबाव को नियंत्रित करके और परिणामस्वरूप दहन के लिए उपलब्ध ऑक्सीजन की मात्रा को नियंत्रित करके।

कंप्रेसर को चलाने के लिए आवश्यक बड़ी मात्रा में शक्ति के कारण, गैस टर्बाइन की विशिष्ट कुशलता 30-35% (अधिकतम लगभग 40%) होती है, हालांकि इसे 60% तक बढ़ाया जा सकता है यदि अपशिष्ट गर्मी को पुनः प्राप्त किया जाए (संयुक्त चक्र बिजली संयंत्र इसका एक अच्छा उदाहरण हैं)।

गैस टर्बाइन की दक्षता समानांतर या श्रृंखला संचालन के आधार पर

इग्निशन

संपीड़ित हवा कंप्रेसर से कंबस्टर (दहन कक्ष) में प्रवेश करती है जहां ईंधन इंजेक्ट किया जाता है और इसके साथ मिलाया जाता है। ईंधन को एक इग्नाइटर द्वारा प्रज्वलित किया जाता है, जो डिजाइन में एक स्पार्क प्लग के समान होता है। एक बार प्रज्वलित होने के बाद, हवा/ईंधन मिश्रण जलता है और तापमान में बड़ी वृद्धि होती है। दहन क्षेत्र से निर्वहन तापमान डिजाइन के आधार पर भिन्न होता है, लेकिन 1,600°C (2,900°F) तक के तापमान प्राप्त किए गए हैं।

दिलचस्प तथ्य: एक कंबस्टर को बर्नर, दहन कक्ष, या फ्लेम होल्डर भी कहा जाता है।

शक्ति (विस्तार)

दहन से गर्म गैसें एक स्थिर नोजल गाइड वैन (NGV) के माध्यम से और फिर श्रृंखला में स्थापित टर्बाइन ब्लेड की पंक्तियों के पार निर्वहन की जाती हैं। कंप्रेसर ब्लेड की तरह, प्रत्येक टर्बाइन ब्लेड पंक्ति को एक 'चरण' कहा जाता है। व्यक्तिगत दबाव चरणों को कभी-कभी कम दबाव चरण और उच्च दबाव चरण में समूहित किया जाता है, इस पर निर्भर करता है कि कितने व्यक्तिगत चरण मौजूद हैं।

जैसे ही गर्म गैसें टर्बाइन के माध्यम से गुजरती हैं, प्रत्येक टर्बाइन ब्लेड पर एक बल लगाया जाता है, ये संयुक्त बल एक केंद्रीय शाफ्ट पर टॉर्क उत्पन्न करते हैं जिससे यह घूमता है। घूर्णी शाफ्ट की गति भिन्न होती है, लेकिन कुछ टर्बाइन 20,000 आरपीएम से अधिक की घूर्णी गति तक पहुंच सकते हैं।

दिलचस्प तथ्य: जैसे ही गर्म गैसें टर्बाइन के माध्यम से गुजरती हैं, उनका दबाव और तापमान घटता है; टर्बाइन के इस हिस्से को दबाव में इस कमी के कारण विस्तार खंड कहा जाता है।

निकास

गर्म निकास गैसें सीधे वातावरण में या किसी अन्य प्रक्रिया में निर्वहन की जाती हैं ताकि गर्मी को पुनः प्राप्त किया जा सके। उदाहरण के लिए, एक हीट रिकवरी स्टीम जनरेटर (HRSG) को दहन टर्बाइन के ठीक बाद स्थापित किया जा सकता है ताकि निकास गैसों से गर्मी पुनः प्राप्त की जा सके, इस गर्मी का उपयोग फिर भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। उपलब्ध गर्मी की मात्रा महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक विशिष्ट गैस टर्बाइन से निर्वहन निकास गैस तापमान 550°C (1,002°F) तक हो सकता है।

हीट रिकवरी स्टीम जनरेटर (HRSG)

गैस टर्बाइन डिज़ाइन

गैस टर्बाइन को एक विशिष्ट उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जैसे थ्रस्ट उत्पन्न करना (विमान इंजन), या पंप या जनरेटर (विद्युत शक्ति उत्पादन) जैसी मशीनरी को चलाने के लिए यांत्रिक शक्ति। एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन का उपयोग विमान द्वारा उनके उच्च थ्रस्ट पावर आउटपुट के कारण किया जाता है, जबकि भारी फ्रेम गैस टर्बाइन का उपयोग विद्युत शक्ति उत्पादन उद्योग में किया जाता है।

बिजली उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली गैस टर्बाइन

गैस टर्बाइन का निर्माण और संचालन करते समय यह महत्वपूर्ण है कि सभी घटकों को सहनशक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया हो; उदाहरण के लिए, कंबस्टर को बिना किसी क्षति के अत्यधिक तापमान का सामना करने में सक्षम होना चाहिए और ब्लेड को टाइटेनियम जैसे गर्मी प्रतिरोधी सामग्री से बनाया जाना चाहिए ताकि वे संचालन के दौरान अधिक गर्म न हों।

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अतिरिक्त संसाधन

https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine

https://www.ge.com/gas-power/resources/education/what-is-a-gas-turbine

https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines.html