परिचय
एक पेल्टन टर्बाइन एक प्रकार का जलविद्युत टर्बाइन है जो विद्युत उत्पादन उद्योग में उपयोग किया जाता है। फ्रांसिस टर्बाइन और कपलान टर्बाइन के विपरीत, पेल्टन टर्बाइन इम्पल्स प्रकार के टर्बाइन होते हैं।
हालांकि पेल्टन टर्बाइन बहुत कुशल होते हैं, वे कपलान और फ्रांसिस टर्बाइन जितने सामान्य नहीं होते क्योंकि पेल्टन टर्बाइन को संचालन के लिए बहुत बड़े हेड प्रेशर (ऊपरी और निचले जलाशय के बीच ऊँचाई का अंतर) की आवश्यकता होती है; यह इसके उपयोग को केवल कुछ भौगोलिक क्षेत्रों तक सीमित करता है।
जलविद्युत पावर प्लांट नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्र से संबंधित हैं और इन्हें बिजली उत्पादन का 'हरा' रूप माना जाता है।
इतिहास
पेल्टन टर्बाइन का आविष्कार लेस्टर एलन पेल्टन ने 1870 के दशक में किया था। लेस्टर पेल्टन पहले व्यक्ति नहीं थे जिन्होंने इम्पल्स ऊर्जा का उपयोग करके जल टर्बाइन चलाने की कोशिश की, लेकिन वे पहले व्यक्ति थे जिन्होंने एक कुशल इम्पल्स जल टर्बाइन बनाया।
लेस्टर पेल्टन का मूल डिज़ाइन
इम्पल्स टर्बाइन
इम्पल्स टर्बाइन गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं। टर्बाइन का वह हिस्सा जो गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलता है उसे रनर कहा जाता है। टर्बाइन का वह हिस्सा जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है उसे जनरेटर कहा जाता है।
पेल्टन रनर में गोल आकार के व्हील के बाहरी परिधि पर लगे हुए कई घुमावदार बकेट होते हैं। इस कारण से, पेल्टन रनर को कभी-कभी पेल्टन व्हील भी कहा जाता है।
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पेल्टन टर्बाइन के घटक
बकेट
बकेट, या इम्पल्स ब्लेड, दो कप आकारों में ढाले जाते हैं जो एक-दूसरे के पास होते हैं। ये बकेट पानी की जेट को 'पकड़ते' हैं और प्रवाह को धीरे-धीरे पीछे की ओर निर्देशित करते हैं। बकेट के डिज़ाइन के कारण, पानी की लगभग सारी गतिज ऊर्जा टॉर्क के रूप में डिस्चार्ज से पहले उपयोग की जाती है।
व्हील
पेल्टन व्हील बहुत भारी होता है और एक फ्लाईव्हील के रूप में कार्य करता है। एक फ्लाईव्हील घूर्णन ऊर्जा को संग्रहीत करता है और घूर्णन गति में परिवर्तन का विरोध करता है। फ्लाईव्हील में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा उसकी घूर्णन गति के वर्गमूल के बराबर होती है।
ड्राइव शाफ्ट
ड्राइव शाफ्ट टर्बाइन रनर को जनरेटर से जोड़ता है, जिससे घूर्णनशील रनर से यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना संभव होता है। पेल्टन टर्बाइन अन्य घूर्णन संपत्तियों के लिए भी प्रमुख मूवर्स के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं, जैसे कि एक यांत्रिक पंप।
स्पीयर/नीडल
स्पीयर/नीडल नोजल के माध्यम से पानी के प्रवाह को नियंत्रित करता है और इस प्रकार व्हील पर लगाए गए बल की मात्रा को नियंत्रित करता है। सभी पेल्टन व्हील्स में स्पीयर या नीडल नहीं होता।
स्पीयर एडजस्टर
स्पीयर एडजस्टर को मैन्युअली, इलेक्ट्रिकली या हाइड्रॉलिकली संचालित किया जा सकता है। बड़े पेल्टन टर्बाइन केवल हाइड्रॉलिकली स्पीयर एडजस्टर को सक्रिय करते हैं।
पेल्टन टर्बाइन कैसे काम करते हैं
पानी को एक दबावयुक्त जल चालक के माध्यम से पहुँचाया जाता है जिसे पेनस्टॉक कहा जाता है। पेनस्टॉक टर्बाइन के सक्शन साइड का निर्माण करता है और ऊपरी जलाशय को टर्बाइन से जोड़ता है। पेनस्टॉक के अंत में एक स्प्रे नोजल होता है।
स्प्रे नोजल पानी की संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में बदलता है, यह गतिज ऊर्जा एक उच्च वेग वाली पानी की जेट के रूप में प्रकट होती है जो नोजल से बाहर निकलती है और पेल्टन रनर बकेट्स की ओर जाती है। पानी की जेट प्रत्येक बकेट की अंदरूनी सतह से स्पर्शरेखा रूप में टकराती है।
पेल्टन टर्बाइन का उपयोग करने वाला पावर प्लांट
प्रत्येक बकेट में दो हिस्से होते हैं जिन्हें एक उच्च रिज द्वारा विभाजित किया जाता है, जिसे स्प्लिटर कहा जाता है। स्प्लिटर पानी की जेट को विभाजित करता है ताकि बकेट के दोनों तरफ प्रवाह समान हो। प्रत्येक बकेट पर एक नॉच होता है जो पानी की जेट को एक आदर्श कोण पर बकेट में प्रवेश करने की अनुमति देता है। बकेट का चम्मच आकार पानी की जेट की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में धीरे-धीरे बदलने का कारण बनता है, क्योंकि पानी बकेट में 180-डिग्री मोड़ पूरा करता है। यांत्रिक ऊर्जा रनर शाफ्ट पर टॉर्क के रूप में प्रकट होती है, जो रनर को घुमाने का कारण बनती है। बकेट छोड़ने के बाद, पानी को एक डिस्चार्ज पिट के माध्यम से डिस्चार्ज किया जाता है।
क्योंकि पेल्टन रनर एक सामान्य शाफ्ट पर एक जनरेटर से जुड़ा होता है, जनरेटर रनर के घुमते ही बिजली उत्पन्न करना शुरू कर देता है। जनरेटर रनर द्वारा आपूर्ति की गई यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है, जिसे फिर एक विद्युत ग्रिड के माध्यम से अंतिम उपभोक्ताओं तक स्थानांतरित किया जा सकता है।
विद्युत ग्रिड
प्रवाह नियंत्रण
एक नीडल (या स्पीयर) नोजल पानी की जेट को नियंत्रित करता है। नीडल को पूर्ण प्रवाह की अनुमति देने के लिए पीछे खींचा जा सकता है, या प्रवाह को पूरी तरह से रोकने के लिए नोजल के खिलाफ दबाया जा सकता है। आपात स्थिति में, रनर बकेट्स के पीछे पानी को स्प्रे किया जा सकता है ताकि इसे स्थिर किया जा सके।
इम्पल्स समझाया गया
समय की अवधि में लागू बल को इम्पल्स कहा जाता है। इम्पल्स रनर बकेट्स पर उस पूरे समय के लिए लागू होता है जब पानी की जेट बकेट पर टकराती है। इम्पल्स पेल्टन रनर को घुमाने के लिए इसके गति को बदलता है। इम्पल्स की प्रकृति के कारण, एक बड़ा बल जो थोड़े समय के लिए लागू होता है, वही गति परिवर्तन करेगा जैसा कि एक छोटा बल लंबे समय के लिए लागू होता है। क्योंकि इम्पल्स का उपयोग पेल्टन टर्बाइन की गति को बदलने के लिए किया जाता है, पेल्टन टर्बाइन को इम्पल्स टर्बाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है और बकेट्स को भी इम्पल्स ब्लेड कहा जाता है।
पेल्टन टर्बाइन बकेट्स
रोचक विशेषताएँ
पेल्टन टर्बाइन उच्च हेड, कम प्रवाह अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं। आमतौर पर, इन्हें उन क्षेत्रों में स्थापित किया जाता है जहाँ ऊँचाई में अचानक गिरावट स्थानीय भूभाग की एक प्राकृतिक विशेषता होती है।
हाइड्रो टर्बाइन प्रवाह और हेड रेंज
पेल्टन रनर हवा में, वायुमंडलीय परिस्थितियों में घूमता है, इसलिए पेल्टन टर्बाइन दबाव रहित टर्बाइन होते हैं।
अधिकांश पेल्टन टर्बाइन एक से पाँच नोजल के बीच उपयोग करते हैं।
एक शाफ्ट पर एक, या कई, पेल्टन रनर माउंट करना संभव है।
पेल्टन टर्बाइन की दक्षता अक्सर 90% से अधिक होती है जब सही संचालन की स्थिति पूरी होती है।
प्रतिक्रिया जल टर्बाइन के विपरीत, पेल्टन टर्बाइन को ड्राफ्ट ट्यूब की आवश्यकता नहीं होती क्योंकि वे एक दबाव रहित वातावरण में काम करते हैं।
पेल्टन टर्बाइन को क्षैतिज या लंबवत उन्मुख किया जा सकता है। छोटे यूनिट्स आमतौर पर क्षैतिज रूप से उन्मुख होते हैं, जबकि बड़े यूनिट्स आमतौर पर लंबवत उन्मुख होते हैं।
पेल्टन टर्बाइन बड़े हो सकते हैं। दुनिया के सबसे बड़े पेल्टन रनर का व्यास 4.6 मीटर है और यह 1,800 मीटर से अधिक हेड के साथ काम करता है। प्रत्येक रनर को 200 बार दबाव में चार्ज किए गए पेनस्टॉक से खिलाया जाता है। प्रत्येक रनर पर पाँच स्प्रे नोजल होते हैं जो 192 मीटर/सेकंड की गति से पानी की जेट बनाते हैं। प्रत्येक रनर की रेटिंग 400 मेगावाट से अधिक होती है।
3D मॉडल घटक
यह 3D मॉडल एक सामान्य पेल्टन जलविद्युत टर्बाइन से जुड़े सभी प्रमुख घटकों को दिखाता है, इनमें शामिल हैं:
- सक्शन इनलेट
- डिस्चार्ज
- पेल्टन रनर (बकेट्स और व्हील)
- बियरिंग्स
- केसिंग
- ड्राइव शाफ्ट
- स्पीड एडजस्टर हैंडल
- नीडल/स्पीयर
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