Reaction Turbine MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Reaction Turbine - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन

• पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन एक प्रकार का अभिक्रिया टरबाइन है जहाँ भाप का प्रसार स्थिर नोजल (या गाइड ब्लेड) और चल ब्लेड दोनों में होता है। यह टरबाइन अभिक्रिया के सिद्धांत पर काम करता है, जिसका अर्थ है कि भाप न केवल अपनी दिशा बदलती है बल्कि ब्लेड से गुजरते समय फैलती भी है, जिससे एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है जो रोटर को चलाती है।
• पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन में, भाप आंशिक रूप से स्थिर नोजल (या गाइड ब्लेड) में फैलती है, जहाँ यह वेग प्राप्त करती है, और फिर चल ब्लेड में आगे फैलती है, जहाँ एक प्रतिक्रिया बल उत्पन्न होता है। इस प्रसार की सुविधा के लिए और एक प्रतिक्रिया बल बनाने के लिए, जो रोटर को घुमाता है, टरबाइन ब्लेड को बदलते क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रों के साथ डिज़ाइन किया गया है। टरबाइन में बलों और कोणों का विश्लेषण करने के लिए वेग आरेख महत्वपूर्ण हैं।

पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन के लिए सही स्थिति है:

θ = β, ϕ = α

यह स्थिति पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन के लिए वेग त्रिभुज विश्लेषण को संतुष्ट करती है। कोणों को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

• α (नोजल कोण): वह कोण जिस पर भाप स्थिर ब्लेड (या नोजल) में प्रवेश करती है।
• ϕ (चल ब्लेड का निर्गम कोण): वह कोण जिस पर भाप चल ब्लेड से बाहर निकलती है।
• θ (चल ब्लेड का प्रवेश कोण): वह कोण जिस पर भाप चल ब्लेड में प्रवेश करती है।
• β (चल ब्लेड का निर्वहन कोण): वह कोण जो डिस्चार्जिंग स्टीम चल ब्लेड के निकास पर पहिये की स्पर्शरेखा के साथ बनाता है।

पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन के लिए, निम्नलिखित संबंध सही हैं:

• चल ब्लेड का प्रवेश कोण (θ) चल ब्लेड के निर्वहन कोण (β) के बराबर होता है, क्योंकि चल ब्लेड के सापेक्ष भाप का प्रवाह सममित होता है।
• चल ब्लेड का निर्गम कोण (ϕ) नोजल कोण (α) के बराबर होता है, जो उचित संरेखण और कुशल ऊर्जा हस्तांतरण सुनिश्चित करता है।

इस प्रकार, स्थिति θ = β और ϕ = α पार्सन्स अभिक्रिया टरबाइन के लिए सही है।

संकल्पना:

एक अभिक्रिया टरबाइन के लिए द्रवीय दक्षता इस प्रकार दी जाती है:

\( \eta_h = \frac{V_{w1} \cdot u_1}{gH} \)

दिया गया है:

\( H = 25~m,~V_f = 2.5~m/s,~\alpha = 10^\circ \Rightarrow \tan \alpha = 0.176,~g = 10~m/s^2 \)

चरण 1: भँवर वेग

\( V_{w1} = \frac{V_f}{\tan \alpha} = \frac{2.5}{0.176} \approx 14.2~m/s \)

चरण 2: स्पर्शीय वेग

\( u_1 = V_{w1} = 14.2~m/s \) (चूँकि त्रिज्यीय वेन, कोई नुकसान नहीं माना गया)

चरण 3: द्रवीय दक्षता

\( \eta_h = \frac{14.2 \times 14.2}{10 \times 25} = \frac{201.64}{250} = 0.8163 = 81.63\% \)

व्याख्या:

अभिक्रिया की कोटि

• टर्बाइनों और संपीडक के विश्लेषण में अभिक्रिया की कोटि एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। यह एक टर्बो-मशीन के चरण के भीतर रोटर और स्टेटर के बीच ऊर्जा रूपांतरण के वितरण को निर्धारित करता है। विशेष रूप से, इसे चरण में कुल एन्थैल्पी परिवर्तन (जिसमें रोटर और स्टेटर दोनों शामिल हैं) के लिए रोटर में एन्थैल्पी परिवर्तन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

गणितीय व्यंजक: अभिक्रिया की कोटि (R) गणितीय रूप से इस प्रकार दी गई है:

R = (रोटर में वास्तविक एन्थैल्पी परिवर्तन) / (चरण में वास्तविक एन्थैल्पी परिवर्तन)

जहाँ:

• रोटर में वास्तविक एन्थैल्पी परिवर्तन: टरबाइन या संपीडक के घूर्णन ब्लेड में होने वाले ऊर्जा परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है।
• चरण में वास्तविक एन्थैल्पी परिवर्तन: पूरे चरण में कुल ऊर्जा परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें रोटर और स्टेटर दोनों का योगदान शामिल है।

अभिक्रिया की कोटि एक चरण के भीतर दबाव और वेग परिवर्तनों के वितरण में भी अंतर्दृष्टि प्रदान करती है। उदाहरण के लिए:

• यदि R = 0, तो संपूर्ण एन्थैल्पी परिवर्तन स्टेटर में होता है।
• यदि R = 1, तो संपूर्ण एन्थैल्पी परिवर्तन रोटर में होता है।
• यदि R = 0.5, तो एन्थैल्पी परिवर्तन रोटर और स्टेटर के बीच समान रूप से वितरित होता है (आमतौर पर 50% अभिक्रिया चरण के रूप में जाना जाता है)।

व्याख्या:

कपलान टरबाइन

• कपलान टरबाइन एक प्रकार का अभिक्रिया टरबाइन है जो विशेष रूप से निम्न-हेड और उच्च-प्रवाह अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक प्रोपेलर-प्रकार का टरबाइन है जिसमें समायोज्य ब्लेड होते हैं, जो इसे अलग-अलग जल प्रवाह स्थितियों में कुशलतापूर्वक संचालित करने की अनुमति देता है। यह जलविद्युत संयंत्रों में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले टरबाइनों में से एक है जहाँ उपलब्ध जल हेड अपेक्षाकृत कम होता है।

कार्यशील हेड रेंज:

• कपलान टरबाइन 5 से 70 मीटर की कार्यशील हेड रेंज के लिए सबसे उपयुक्त है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसे उच्च दक्षता बनाए रखते हुए कम से मध्यम हेड पर पानी से ऊर्जा का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कपलान टरबाइन के समायोज्य ब्लेड इसे बदलती जल प्रवाह स्थितियों के अनुकूल होने की अनुमति देते हैं, जिससे यह ऐसे अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक बहुमुखी हो जाता है।

कार्य सिद्धांत:

• कपलान टरबाइन पानी की अभिक्रिया और गतिशील क्रिया के सिद्धांत पर काम करता है। पानी एक स्क्रॉल आवरण के माध्यम से टरबाइन में प्रवेश करता है और गाइड वेन्स द्वारा धावक ब्लेड पर निर्देशित किया जाता है। समायोज्य गाइड वेन्स पानी के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं, जिससे इष्टतम दक्षता सुनिश्चित होती है। पानी की दाब ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है क्योंकि यह टरबाइन से होकर बहती है, जिससे धावक घूमता है। धावक का घूमना जनरेटर को चलाता है, जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

कपलान टरबाइन की विशेषताएँ:

• समायोज्य ब्लेड: कपलान टरबाइन के धावक ब्लेड समायोज्य होते हैं, जिससे टरबाइन पानी के प्रवाह की विस्तृत श्रृंखला में उच्च दक्षता बनाए रख सकता है।
• अभिक्रिया टरबाइन: यह एक अभिक्रिया टरबाइन के रूप में काम करता है, जिसका अर्थ है कि पानी की दाब ऊर्जा धावक तक पहुँचने से पहले आंशिक रूप से गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
• निम्न-हेड अनुप्रयोग: यह विशेष रूप से निम्न-हेड अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे यह छोटे ऊँचाई अंतर वाले नदियों और बांधों के लिए आदर्श है।
• उच्च प्रवाह दर: कपलान टरबाइन बड़ी मात्रा में पानी को संभालने में सक्षम है, जिससे यह उच्च-प्रवाह स्थितियों के लिए उपयुक्त है।

व्याख्या:

प्रवात नल:

• प्रवात नल का डिज़ाइन अभिक्रिया टरबाइन की दक्षता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• धीरे-धीरे फैलते अनुप्रस्थ-काट वाला प्रवात नल गतिज ऊर्जा को दाब ऊर्जा में परिवर्तित करके दक्षता बढ़ाता है।
• एक प्रवात नल एक नाली है जो टरबाइन के आउटलेट को टेलरेस (जलमार्ग जो टरबाइन से पानी ले जाता है) से जोड़ता है।
• इसका प्राथमिक कार्य टरबाइन से बाहर निकलने वाले पानी की गतिज ऊर्जा को पुनः प्राप्त करना और उसे दाब ऊर्जा में परिवर्तित करना है, जिसका उपयोग टरबाइन की समग्र दक्षता में सुधार के लिए किया जा सकता है।

संचालन का सिद्धांत:

• एक अभिक्रिया टरबाइन में, पानी धावक ब्लेड से होकर बहता है और उनमें ऊर्जा प्रदान करता है। जैसे ही पानी टरबाइन से बाहर निकलता है, इसमें अभी भी गतिज ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है, जिसे यदि पुनः प्राप्त नहीं किया जाता है, तो ऊर्जा की हानि होगी। धीरे-धीरे फैलते अनुप्रस्थ-काट वाले प्रवात नल, पानी के प्रवाह को धीरे-धीरे धीमा करने का काम करता है, जिससे गतिज ऊर्जा को दाब ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। यह दाब पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया उच्च-वेग वाले पानी के जेट के रूप में खोई हुई ऊर्जा को कम करके टरबाइन की समग्र दक्षता को बढ़ाने में मदद करती है।

मुख्य बिंदु:

• क्रमिक विस्तार: प्रवात नल का क्रमिक विस्तार पानी के प्रवाह के एक सहज संक्रमण को सुनिश्चित करता है, जिससे अशांति और ऊर्जा की हानि कम होती है। यह डिज़ाइन गतिज ऊर्जा को दाब ऊर्जा में अधिक कुशल रूप से परिवर्तित करने की अनुमति देता है।
• दाब पुनर्प्राप्ति: गतिज ऊर्जा को दाब ऊर्जा में परिवर्तित करके, प्रवात नल टरबाइन के बाहर उच्च दाब बनाए रखने में मदद करता है, जो ऊर्जा रूपांतरण के बाद के चरणों के लिए या पानी को उच्च ऊंचाई पर वापस पंप करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करने के लिए फायदेमंद हो सकता है।
• वेग में कमी: प्रवात नल का धीरे-धीरे फैलता अनुप्रस्थ-काट टरबाइन से बाहर निकलने पर पानी के वेग को कम करता है। वेग में यह कमी उच्च-वेग वाले पानी के जेट से जुड़ी ऊर्जा की हानि को कम करने में मदद करती है, जिससे टरबाइन की समग्र दक्षता में सुधार होता है।

संकल्पना:

टरबाइन की कुल दक्षता η_o = आयतनी दक्षता (η_v)× जलीय दक्षता (η_h)× यांत्रिक दक्षता (η_m)

\({\eta _o} = {\eta _v} \times {\eta _h} \times {\eta _m}\)

\({{\rm{\eta }}_{\rm{v}}} = \frac{{{\rm{volume\;of\;water\;actually\;striking\;the\;runner}}}}{{{\rm{volume\;of\;water\;actually\;supplied\;to\;the\;turbine}}}}\)

\({{\rm{\eta }}_{\rm{h}}} = \frac{{{\rm{Power\;deliverd\;to\;runner}}}}{{{\rm{Power\;supplied\;at\;inlet\;}}}} = \frac{{{\rm{R}}.{\rm{P}}}}{{{\rm{W}}.{\rm{P}}}}\)

\({{\rm{\eta }}_{\rm{m}}} = \frac{{{\rm{Power\;at\;the\;shaft\;of\;the\;turbine}}}}{{{\rm{Power\;delivered\;by\;water\;to\;the\;runner}}}} = \frac{{{\rm{S}}.{\rm{P}}}}{{{\rm{R}}.{\rm{P}}}}\)

कुल दक्षता: \({\eta _o} = \frac{{S.P}}{{W.P}}\)

जल शक्ति = ρ × Q × g × h 

गणना:

दिया गया है:

, η_o = 0.8, शीर्ष h = 10m/s और Q = 1m³/s.

\({\eta _o} = \frac{{S.P}}{{W.P}} = \frac{{S.P}}{{\rho \times Q \times g \times h}}\)

\(0.8 = \frac{{S.P}}{{1000 \times 1 \times 9.81 \times 10}} \Rightarrow S.P = 78480\;W \approx 78\;kW\)

व्याख्या:

प्रवाह अनुपात

फ्रांसिस टरबाइन के प्रवाह अनुपात को सैद्धांतिक जेट वेग से इनलेट पर प्रवाह के वेग के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

\(Flow\;Ratio = \frac{{{V_{f1}}}}{{\sqrt {2gH} }}\)

फ्रांसिस टरबाइन की  में,

प्रवाह अनुपात 0.15 से 0.3 तक भिन्न होता है

गति अनुपात 0.6 से 0.9 तक भिन्न होता है

गणना:

\(Flow\;Ratio = \frac{{7}}{{\sqrt {2\times10\times62} }}=0.2\)

स्पष्टीकरण:

ड्राफ्ट ट्यूब

यह एक नली है जो वाहिका निकासी को विसर्जन नली से जोड़ती है जहाँ अंत में पानी का टरबाइन से निर्वहन किया जाता है। 

इसलिए, पनबिजली परियोजना के लिए उपयोग कि  ए जाने वाले प्रतिक्रिया टरबाइन के निकासी पर ड्राफ्ट ट्यूब हमेशा पानी में डूबी हुई रहती है।

कार्य

ड्राफ्ट ट्यूब का प्राथमिक कार्य निकासी पर गतिज ऊर्जा हानि को कम करने के लिए निर्वहन किए गए पानी के वेग को कम करना है।

गैर-आयामी विशिष्ट गति निम्न द्वारा दी जाती है

\({N_S} = \frac{{N\sqrt P }}{{{{\left( {gH} \right)}^{\frac{5}{4}}} \cdot \sqrt \rho }}\)

फ्रांसिस टरबाइन एक प्रकार की प्रतिक्रिया टरबाइन है, और यह पानी के प्रवाह और ऊंचाई के अंतर की एक विस्तृत श्रृंखला पर काम कर सकती है, जो इसे 1 के विशिष्ट गति मान के लिए उपयुक्त बनाती है। यह पेल्टन की तुलना में संचालन स्थितियों के मामले में अधिक लचीला है। 

व्याख्या:

• इसे 1 kW के विद्युत उत्पादन के लिए 1 m की दाबोच्चता के अंतर्गत कार्य करने वाली समान टरबाइन की गति के रूप में परिभाषित किया गया है। विभिन्न प्रकार के टरबाइन के निष्पादन की तुलना करने के लिए विशिष्ट गति उपयोगी होती है। विशिष्ट गति विभिन्न प्रकार के टरबाइन के लिए भिन्न होती है और मॉडल और वास्तविक टरबाइन के लिए समान होती है।
• \({N_s} = \frac{{N\sqrt P }}{{{H^{\frac{5}{4}}}}}\)

विभिन्न प्रकार के टरबाइन के लिए विशिष्ट गति की श्रेणी निम्नानुसार हैः

• पेल्टन व्हील टरबाइन (एकल जेट) की विशिष्ट गति की श्रेणी 10-35 में होती है।
• पेल्टन व्हील टरबाइन (बहु जेट) की विशिष्ट गति की श्रेणी 35-60 में होती है।
• फ्रांसिस टरबाइन की विशिष्ट गति की श्रेणी 60-300 में होती है।
• काप्लान/नोदक टरबाइन की विशिष्ट गति की श्रेणी 300 से अधिक होती है।

इसलिए काप्लान टरबाइन की विशिष्ट गति उच्चतम होती है।

टरबाइन का वर्गीकरण प्रचालन दाबोच्चता के आधार पर किया जाता है।

टरबाइन की विशिष्ट गति की श्रेणी निम्नानुसार होती है

संकल्पना:

दाबोच्चता, गति उत्पादन आदि की परिवर्ती स्थिति के तहत कार्यरत टरबाइन के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए परिणाम उन राशियों के संदर्भ में व्यक्त किए जाते हैं जो तब प्राप्त हो सकते हैं जब टरबाइन पर दाबोच्चता इकाई तक कम हो जाती है।

निम्नलिखित तीन महत्वपूर्ण इकाई राशियाँ हैं।

संकल्पना:

दाबोच्चता, गति उत्पादन आदि की परिवर्ती स्थिति के तहत कार्यरत टरबाइन के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए परिणाम उन राशियों के संदर्भ में व्यक्त किए जाते हैं जो तब प्राप्त हो सकते हैं जब टरबाइन पर दाबोच्चता इकाई तक कम हो जाती है।

निम्नलिखित तीन महत्वपूर्ण इकाई राशियाँ हैं।

गणना:

दिया गया है

​\(\frac{N_1}{N_2}~=~\frac{3}{1}\)​

\({N_u} = \frac{N}{{\sqrt H }}\)

⇒\(\frac{N_1}{N_2}~=~\sqrt{\frac{H_1}{H_2}}\)

⇒ \(\frac{H_1}{H_2} ~=~\frac{9}{1}\)

अब,  \({P_u} = \frac{P}{{{H^{3/2}}}}\)

⇒ \(​​​​\frac{P_1}{P_2}~=~(\frac{H_1}{H_2})^{\frac{3}{2}}\)

⇒ \(​​​​\frac{P_1}{P_2}~=~(\frac{9}{1})^{\frac{3}{2}}~=~\frac{27}{1}\)

वर्णन:

टरबाइन द्रवचालित मशीन हैं जो जलीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। 

प्रवेशिका में ऊर्जा के आधार पर टरबाइन का वर्गीकरण:

टरबाइन की विशिष्ट गति:

टरबाइन के शीर्ष:

व्याख्या:

किसी टरबाइन की विशिष्ट गति को ज्यामितीय रूप से समरूप टरबाइन की गति के रूप में परिभाषित किया जाता है जो इकाई शक्ति तब उत्पादित करेगा जब यह इकाई शीर्ष (1 m शीर्ष) के तहत कार्य करता है। 

गणितीय रूप से इसे निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

 \({N_s} = \frac{{N\sqrt P }}{{{H^{\frac{5}{4}}}}}\)

विभिन्न आधार पर टरबाइन का वर्गीकरण नीचे दी गयी तालिका में दिया गया है:

अवधारणा:

कपलान टर्बाइन:

कापलान टर्बाइन एक अक्षीय प्रतिक्रिया प्रवाह टरबाइन है और इसमें समायोज्य ब्लेड हैं। जब पानी शाफ्ट के रोटेशन के अक्ष के समानांतर बहता है, तो टरबाइन को अक्षीय प्रवाह टरबाइन के रूप में जाना जाता है।

कपलान टर्बाइन के लिए प्रवाह अनुपात (ψ) निम्न द्वारा दिया जाता है:

\({\rm{ψ }} = \frac{{{{\rm{V}}_{\rm{f}}}}}{{\sqrt {2{\rm{gH}}} }}\)

जहाँ V_f रनर के इनलेट पर प्रवाह वेग है और 'H' शीर्ष उपलब्ध है।

गणना:

दिया हुआ है कि:

ψ = 0.6, H = 20 m

g = 10 m/s2 लेने पर

\({\rm{ψ }} = \frac{{{{\rm{V}}_{\rm{f}}}}}{{\sqrt {2{\rm{gH}}} }}\)

\(0.6 = {\rm{\;}}\frac{{{{\rm{V}}_{\rm{f}}}}}{{\sqrt {2 \times 10 \times 20} }}\)

Vf = 12 m/s

∴ रनर के इनलेट पर प्रवाह का वेग 12 m/s है।