हाइड्रो टरबाइन तुलना समझाया गया

लेख

परिचय

यह लेख हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन के प्रकारों, उनके डिज़ाइन, वर्गीकरण, और सामान्य अनुप्रयोगों पर चर्चा करता है। इम्पल्स और रिएक्शन टरबाइन पर चर्चा की गई है, और प्रत्येक की विशेषताओं पर। फ्रांसिस, कपलान, और पेल्टन हाइड्रो टरबाइन के कार्य सिद्धांतों के साथ विस्तार से चर्चा की गई है।

संक्षिप्त इतिहास

वाटरव्हील आधुनिक हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन के पूर्वज हैं। आज के समय में वाटरव्हील का आधुनिक समकक्ष ‘टरबाइन रनर’ कहा जाता है। टरबाइन रनर डिज़ाइन पिछले हजार वर्षों में काफी बदल गए हैं, लेकिन उनका उद्देश्य नहीं बदला है। हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन रनर का उद्देश्य संभावित ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना है। इस यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग उपयोगी कार्य करने के लिए किया जा सकता है, जैसे पंपों में पंप इम्पेलर्स को घुमाना, या विद्युत जनरेटरों में रोटर्स को घुमाना। इस वीडियो में, हम हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन रनर डिज़ाइन पर ध्यान केंद्रित करेंगे जो पावर इंजीनियरिंग उद्योग में उपयोग किए जाते हैं।

वाटरव्हील

सामान्य टरबाइन रनर्स

तीन सबसे सामान्य टरबाइन रनर्स हैं फ्रांसिस, कपलान, और पेल्टन टरबाइन रनर्स। फ्रांसिस और पेल्टन टरबाइन का आविष्कार 1800 के दशक में जेम्स फ्रांसिस और लेस्टर पेल्टन द्वारा किया गया था। वैरिएबल पिच प्रोपेलर प्रकार का रनर विक्टर कपलान द्वारा 1900 के दशक की शुरुआत में आविष्कार किया गया था। फिक्स्ड प्रोपेलर प्रकार के रनर्स मौजूद हैं, लेकिन केवल वैरिएबल पिच प्रोपेलर प्रकार को कपलान टरबाइन रनर कहा जाता है। अन्य डिज़ाइन जैसे डेरियाज़ और क्रॉस-फ्लो डिज़ाइन भी हैं, लेकिन ये कम सामान्य हैं। प्रत्येक रनर की अलग-अलग संचालन विशेषताएँ होती हैं, और प्रत्येक रनर केवल परिभाषित संचालन हेड्स और फ्लो दरों के लिए उपयुक्त होता है; हालांकि यह संभव है कि कई रनर डिज़ाइन एक साझा अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त हो सकते हैं।

हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन रनर वर्गीकरण

हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन रनर्स को विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है:

तीन सामान्य हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन डिज़ाइन हैं कपलान, पेल्टन, और फ्रांसिस डिज़ाइन।
वहाँ रिएक्शन (कपलान और फ्रांसिस) और इम्पल्स (पेल्टन) टरबाइन हैं, जो क्रमशः दबाव और दबाव रहित होते हैं।
रनर ब्लेड्स या बकेट्स के माध्यम से या उन पर फ्लो के प्रकार के अनुसार (एक्सियल, मिक्स्ड, टेंजेंटियल, और रेडियल फ्लो टरबाइन)।
रनर को खिलाए गए वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट के अनुसार।
रनर की विशिष्ट गति के अनुसार।
संचालन दबाव हेड के अनुसार।

इस लेख का आनंद ले रहे हैं? तो सुनिश्चित करें कि आप हमारे हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट्स वीडियो कोर्स को देखें! कोर्स में एक क्विज, हैंडबुक, और जब आप कोर्स पूरा करेंगे तो आपको एक प्रमाणपत्र मिलेगा। आनंद लें!

ऊर्जा के अनुसार वर्गीकरण

रिएक्शन टरबाइन दबाव प्रकार के टरबाइन होते हैं और हेडवॉटर से टेलवॉटर तक निरंतर जल धारा पर निर्भर करते हैं। रिएक्शन टरबाइन ब्लेड्स के सक्शन और डिस्चार्ज पक्षों के बीच दबाव अंतर बनाने के लिए रनर ब्लेड्स के आकार का उपयोग करते हैं। ब्लेड्स के पार दबाव में परिवर्तन उस ऊर्जा की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है जो यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित होती है, हालांकि इस प्रकार के टरबाइन द्वारा गतिज ऊर्जा भी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित होती है। फ्रांसिस और कपलान रनर्स रिएक्शन प्रकार के रनर्स होते हैं।

रिएक्शन टरबाइन संचालन सिद्धांत

इम्पल्स टरबाइन दबाव रहित प्रकार के टरबाइन होते हैं। इम्पल्स टरबाइन जल जेट्स पर निर्भर करते हैं जो टेंजेंटियल रूप से बकेट्स पर निर्देशित होते हैं। जैसे ही जल प्रत्येक बकेट पर प्रभाव डालता है, बकेट्स प्रत्येक जेट से दूर हो जाते हैं और टॉर्क रनर शाफ्ट पर लगाया जाता है जिससे यह घूमता है। पेल्टन टरबाइन रनर्स को एक या एकाधिक जल जेट्स द्वारा चलाया जा सकता है। पेल्टन रनर इम्पल्स रनर का सबसे सामान्य प्रकार है।

इम्पल्स टरबाइन संचालन सिद्धांत

फ्लो के अनुसार वर्गीकरण

रनर्स को एक्सियल, मिक्स्ड, रेडियल, क्रॉस, या टेंजेंटियल फ्लो के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। जहाँ जल रनर के समानांतर प्रवाह करता है, वह एक एक्सियल फ्लो रनर होता है। जहाँ जल रनर के पार रेडियली प्रवाहित होता है, या तो अंदर की ओर या बाहर की ओर, वह एक रेडियल फ्लो रनर होता है। रनर्स जो एक्सियल और रेडियल फ्लो दोनों का उपयोग करते हैं, उन्हें मिक्स्ड फ्लो रनर्स कहा जाता है। व्यवहार में, रिएक्शन प्रकार के रनर्स आमतौर पर या तो एक्सियल या मिक्स्ड फ्लो होते हैं। कपलान रनर्स को एक्सियल फ्लो रनर्स के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जबकि फ्रांसिस रनर्स को मिक्स्ड फ्लो रनर्स के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। पेल्टन रनर्स टेंजेंटियल फ्लो रनर्स होते हैं, क्योंकि जल बकेट्स पर टेंजेंटियल रूप से प्रहार करता है। क्रॉस-फ्लो टरबाइन रनर्स को ट्रांसवर्स फ्लो का उपयोग करने के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि जल रनर के एक तरफ से प्रवाहित होता है और दूसरी तरफ से बाहर निकलता है।

गति के अनुसार वर्गीकरण

विशिष्ट गति प्रति मिनट क्रांतियों (rpm) में दी जाती है, यह रनर की गति से संबंधित होती है यदि इसे उस आकार में घटा दिया जाए जहाँ यह एक इकाई शक्ति उत्पन्न करता है। रनर को उस आकार में घटाकर जहाँ यह केवल एक इकाई शक्ति उत्पन्न करता है, हमें विभिन्न डिज़ाइनों के टरबाइन रनर्स की विशिष्ट गति की तुलना करने की अनुमति देता है।

कम विशिष्ट गति वाले टरबाइन वे होते हैं जिनकी विशिष्ट गति 50 से कम होती है।
मध्यम विशिष्ट गति वाले टरबाइन की विशिष्ट गति 50 से 250 के बीच होती है।
उच्च विशिष्ट गति वाले टरबाइन 250 से अधिक विशिष्ट गति पर संचालित होते हैं।

दबाव हेड के अनुसार वर्गीकरण

दबाव हेड हेडवॉटर और टेलवॉटर के बीच ऊँचाई के अंतर द्वारा मापा जाता है। एक कम हेड टरबाइन का संचालन हेड 30 मीटर या उससे कम होता है, एक मध्यम हेड टरबाइन का संचालन हेड 30 से 300 मीटर के बीच होता है, और एक उच्च हेड प्लांट का संचालन हेड 300 मीटर से अधिक होता है।

क्षमता को प्रभावित करने वाले कारक

टरबाइन रनर डिज़ाइन के बावजूद, संभावित ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की मात्रा तीन मुख्य चर पर निर्भर करती है:

उपलब्ध हेड
फ्लो रेट
टरबाइन रनर क्षमता

हेड हेडवॉटर और टेलवॉटर के बीच ऊँचाई का अंतर है। फ्लो रेट जल कंडक्टर्स के क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र और प्रवाह वेग द्वारा निर्धारित होता है। टरबाइन क्षमता टरबाइन रनर डिज़ाइन और अनुप्रयोग पर निर्भर करती है, यदि सही रनर का सही अनुप्रयोग के लिए उपयोग किया जाता है, तो सभी सामान्य रनर डिज़ाइनों के लिए 90% से अधिक क्षमता अक्सर प्राप्त की जा सकती है।

हाइड्रो टरबाइन रनर्स

इम्पल्स टरबाइन, रिएक्शन टरबाइन, और तीन सबसे सामान्य हाइड्रो टरबाइन रनर डिज़ाइनों पर संक्षेप में चर्चा की गई है। यह लेख अब प्रत्येक रनर डिज़ाइन पर अधिक विस्तार से चर्चा करेगा।

फ्रांसिस टरबाइन

फ्रांसिस रनर्स एक श्रृंखला के फिक्स्ड ब्लेड्स से बने होते हैं जो एक रनर क्राउन के शीर्ष पर और एक रनर बैंड के नीचे जुड़े होते हैं। इस प्रकार का रनर दबाव ऊर्जा और गतिज ऊर्जा दोनों को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

फ्रांसिस टरबाइन कार्य सिद्धांत

फ्रांसिस रनर्स की उपस्थिति काफी भिन्न हो सकती है, यह उन स्थितियों और गति के कारण है जिनमें रनर को संचालित करने की उम्मीद है। फ्रांसिस रनर्स का विस्तृत संचालन रेंज होता है और इन्हें कई हेड और फ्लो अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है, जो उन्हें एक बहुत सामान्य प्रकार का रनर बनाता है।

अन्य टरबाइन रनर डिज़ाइनों के विपरीत, फ्रांसिस टरबाइन की क्षमता तब तक कम नहीं होती जब तक कि लोड लगभग 40% तक कम नहीं हो जाता, और इसमें यह अनूठी विशेषता होती है कि यह पंप और टरबाइन दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

फ्रांसिस टरबाइन रनर

फ्रांसिस रनर्स को दबावों और फ्लो दरों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग किया जा सकता है; इन्हें 800 मेगावाट से अधिक के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया गया है।

कपलान टरबाइन

कपलान रनर्स एक केंद्रीय हब पर लगे ब्लेड्स की एक श्रृंखला से बने होते हैं। प्रत्येक ब्लेड अपने माउंटिंग के भीतर घूम सकता है, जिसका अर्थ है कि पिच समायोज्य है; यह कपलान टरबाइन और फिक्स्ड प्रोपेलर प्रकार के टरबाइन के बीच अंतर करने वाला कारक है। आमतौर पर, कपलान टरबाइन तीन से छह ब्लेड्स का उपयोग करते हैं, हालांकि दस ब्लेड्स तक संभव हैं। समायोज्य पिच ब्लेड्स का उपयोग रनर की घूर्णन गति को विनियमित करने के लिए किया जा सकता है, और इस प्रकार प्रवाहित जल से निकाली जा सकने वाली संभावित ऊर्जा की मात्रा को भी विनियमित किया जा सकता है।

कपलान टरबाइन कार्य सिद्धांत

कपलान टरबाइन कम हेड अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं जहाँ मध्यम से उच्च फ्लो दर मौजूद होती है; यह उन्हें नदी के प्रवाह और ज्वारीय हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट्स के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है। कपलान रनर्स को 200 मेगावाट से अधिक के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया गया है।

कपलान टरबाइन रनर

पेल्टन टरबाइन

पेल्टन रनर्स सभी हाइड्रोइलेक्ट्रिक टरबाइन में सबसे विशिष्ट उपस्थिति रखते हैं। रनर की बाहरी परिधि में बकेट्स की एक श्रृंखला होती है जो एक गोल डिस्क से जुड़ी होती है। एक स्प्रे नोजल से इन बकेट्स पर जल का एक जेट छिड़का जाता है, और रनर पर लागू इम्पल्सिव बल के परिणामस्वरूप यह घूमता है। पेल्टन रनर के आकार के आधार पर जेट्स की संख्या होती है, हालांकि आमतौर पर एक से छह जेट्स का उपयोग किया जाता है।

पेल्टन टरबाइन कार्य सिद्धांत

एक ‘सुई’ का उपयोग जल प्रवाह को शुरू, बंद, और विनियमित करने के लिए किया जाता है। सुई एक शंकु आकार की वस्तु होती है जिसे प्रवाह को विनियमित करने के लिए नोजल में डाला या निकाला जा सकता है; इसे आमतौर पर मैन्युअल या विद्युत रूप से संचालित किया जाता है। यह नोजल है जो जल के दबाव ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिसे फिर रनर द्वारा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। ध्यान दें कि पेल्टन रनर दबाव ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित नहीं करता है, क्योंकि यह वायुमंडलीय परिस्थितियों में संचालित होता है। इसके बजाय, जल को सीधे पेल्टन रनर बकेट्स से एक डिस्चार्ज पिट में और फिर टेलरेस में छोड़ा जाता है।

पेल्टन टरबाइन बकेट्स

पेल्टन टरबाइन को क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास के साथ स्थापित किया जा सकता है। छोटे यूनिट्स को आमतौर पर क्षैतिज अभिविन्यास के साथ स्थापित किया जाता है जबकि बड़े यूनिट्स को ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास के साथ स्थापित किया जाता है।

पेल्टन टरबाइन केवल उच्च हेड, कम फ्लो अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं। पेल्टन रनर्स को 400 मेगावाट से अधिक के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया गया है।

सारांश

इस लेख में, हमने सीखा कि इम्पल्स और रिएक्शन टरबाइन कैसे काम करते हैं। हमने सीखा कि फ्रांसिस, कपलान, और पेल्टन टरबाइन कैसे काम करते हैं, और किस अनुप्रयोग के लिए प्रत्येक टरबाइन उपयुक्त है।

इस लेख की सामग्री हमारे हाइड्रो पावर प्लांट इंजीनियरिंग कोर्स से ली गई है।