परिचय: हाइड्रोपावर प्लांट्स और अक्षय ऊर्जा के लिए कपलान टर्बाइन
कपलान टर्बाइन का पहली बार 1913 में ऑस्ट्रियाई प्रोफेसर विक्टर कपलान द्वारा विकास किया गया था। कपलान टर्बाइन फिक्स्ड ब्लेड प्रोपेलर टर्बाइन से भिन्न है क्योंकि इसके ब्लेड अपने माउंटिंग्स में घुमाए जा सकते हैं; इस प्रकार कपलान टर्बाइन एक वेरिएबल पिच टर्बाइन है। इस प्रकार के टर्बाइन ने पिछले 100 वर्षों में व्यापक अनुप्रयोग पाया है क्योंकि यह बहुत कम हेड पर भी उच्च संचालन दक्षता प्रदान करता है।
कपलान टर्बाइन संभावित ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इस प्रकार के टर्बाइन को रिएक्शन टर्बाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि यह एक दबाव प्रणाली के भीतर संचालित होता है और टर्बाइन के सक्शन से दबाव पक्ष तक पानी के निरंतर प्रवाह पर निर्भर करता है।
कपलान टर्बाइन की बहुत कम हेड पर कुशलता से संचालित होने की क्षमता के कारण, वे विशेष रूप से रन-ऑफ-द-रिवर प्लांट्स और ज्वारीय उत्पादन प्लांट्स के लिए उपयुक्त हैं; ये प्रकार के प्लांट अक्षय ('ग्रीन') ऊर्जा क्षेत्र से संबंधित हैं।
कपलान टर्बाइन का डिज़ाइन एक जहाज के प्रोपेलर के समान होता है। अन्य प्रमुख चालकों जैसे स्टीम टर्बाइन या दहन इंजन की तुलना में, हाइड्रो टर्बाइन की संचालन गति बहुत कम होती है, आमतौर पर 400 आरपीएम से कम।
शिप प्रोपेलर
कपलान टर्बाइन बड़े हो सकते हैं। दुनिया के सबसे बड़े कपलान टर्बाइन 8.6 मीटर व्यास के होते हैं और 34 मीटर के नाममात्र हेड के साथ संचालित होते हैं। इस छोटे हेड के बावजूद, प्रत्येक टर्बाइन 230 मेगावाट उत्पन्न करता है।
कपलान टर्बाइन के मुख्य भाग क्या हैं?
एक प्रोपेलर टर्बाइन में एक हब, ब्लेड और शाफ्ट होता है। एक सामान्य रनर में आमतौर पर तीन से छह ब्लेड होते हैं और कुल रनर व्यास दो से 11 मीटर तक होता है। कपलान टर्बाइन के साथ, ब्लेड एक केंद्रीय हब से जुड़े होते हैं जिसमें ब्लेड को घुमाने के लिए आवश्यक तंत्र होते हैं, लेकिन एक फिक्स्ड ब्लेड प्रोपेलर टर्बाइन और एक कपलान टर्बाइन के बीच कोई अन्य अंतर नहीं होता है।
एक स्पाइरल केस - जिसे स्क्रॉल केस भी कहा जाता है - का उपयोग पूरे रनर को पानी का समान प्रवाह देने के लिए किया जाता है। समान प्रवाह केसिंग के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के धीरे-धीरे घटने के कारण प्राप्त होता है। जैसे-जैसे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र घटता है, पानी की गति स्थिर रहती है और रनर को पानी का समान प्रवाह दिया जाता है।
स्पाइरल केस
विकेट गेट पानी को कपलान रनर की ओर निर्देशित करता है। विकेट गेट का उपयोग रनर को पानी के प्रवाह को शुरू करने, रोकने और नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।
एक ड्राफ्ट ट्यूब कुछ डिस्चार्ज किए गए पानी की गतिज ऊर्जा को वापस दबाव ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह परिवर्तन टर्बाइन की कुल संचालन दक्षता को बढ़ाता है।
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कपलान टर्बाइन कैसे काम करते हैं?
पानी एक दबावयुक्त जल कंडक्टर, जिसे पेनस्टॉक कहा जाता है, के माध्यम से प्रवेश करता है। फिर यह स्पाइरल केस के साथ बहता है और विकेट गेट के माध्यम से जाता है। विकेट गेट पानी के प्रवाह को स्पर्शरेखा रूप से रनर ब्लेड्स के पार निर्देशित करता है और एक परिणामी बल रनर पर लागू होता है। यह बल रनर शाफ्ट पर टॉर्क के रूप में लागू होता है, जो रनर को घुमाता है।
कपलान टर्बाइन घटक
पानी फिर रनर को छोड़कर ड्राफ्ट ट्यूब में प्रवेश करता है जहाँ इसकी शेष गतिज ऊर्जा का कुछ हिस्सा दबाव ऊर्जा के रूप में पुनः प्राप्त होता है। अंततः, पानी टेलरेस में डिस्चार्ज किया जाता है।
ध्यान दें कि केवल रनर ब्लेड्स ही पानी की संभावित और गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। यह ब्लेड्स के आकार और दबाव अंतर के कारण प्राप्त होता है जो पानी के ब्लेड की सतह के साथ बहने पर उत्पन्न होता है।
विद्युत उत्पादन
एक सामान्य शाफ्ट रनर को एक जनरेटर से जोड़ता है, जैसे ही रनर घूमता है, वैसे ही जनरेटर रोटर भी घूमता है। जनरेटर रोटर एक विद्युतचुंबकीय क्षेत्र के भीतर घूमता है, जैसे ही रोटर चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से चलता है, जनरेटर स्टेटर वाइंडिंग्स में धारा प्रेरित होती है, इस बिंदु पर कपलान टर्बाइन द्वारा आपूर्ति की गई यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर दिया गया है। अब विद्युत ऊर्जा को राष्ट्रीय ग्रिड के माध्यम से अंतिम उपभोक्ताओं तक स्थानांतरित किया जा सकता है।
पूरा विद्युत उत्पादन प्रक्रिया निरंतर है, जो एक स्थिर, अक्षय और विश्वसनीय रूप से विद्युत उत्पादन का रूप प्रदान करती है।
रोचक विशेषताएँ
अन्य प्रकार के हाइड्रो टर्बाइन जैसे कि पेल्टन और फ्रांसिस टर्बाइन की तुलना में, कपलान टर्बाइन बहुत कम हेड पर और उच्च प्रवाह दरों पर संचालित करने में सक्षम होते हैं। 90% से अधिक की संचालन दक्षता असामान्य नहीं है।
हाइड्रो टर्बाइन प्रवाह और हेड रेंज
कपलान टर्बाइन रिएक्शन टर्बाइन होते हैं, वे टर्बाइन के सक्शन और दबाव पक्षों पर पानी के पूरे शरीर के साथ संचालित होते हैं। रिएक्शन टर्बाइन दबाव टर्बाइन होते हैं, जबकि इम्पल्स टर्बाइन दबाव रहित होते हैं।
पानी प्रोपेलर रनर के ऊपर रनर शाफ्ट के समानांतर दिशा में गुजरता है। इस प्रकार के प्रवाह को अक्षीय प्रवाह कहा जाता है, यही कारण है कि प्रोपेलर टर्बाइन को अक्षीय प्रवाह टर्बाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
अक्षीय प्रवाह इम्पेलर (रनर)
कपलान रनर ब्लेड्स को घुमाने से अटैक का कोण बदल जाता है (वह कोण जिस पर ब्लेड पानी के माध्यम से कटता है), जो विभिन्न प्रवाह दरों पर संचालित होने पर टर्बाइन की दक्षता को बढ़ाता है। अटैक के कोण को पिच कहा जाता है, यही वह जगह है जहाँ कपलान वेरिएबल पिच प्रोपेलर (वीपीपी) का नाम आता है।
पिच को बदलने से टर्बाइन की गति और परिणामस्वरूप उस संभावित ऊर्जा की मात्रा भी बदल जाती है जिसे यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। एक वेरिएबल विकेट गेट के साथ मिलकर, कपलान टर्बाइन की संचालन स्थितियों को दक्षता को अधिकतम करने के लिए सख्ती से नियंत्रित किया जा सकता है।
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https://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine