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

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:

कैप्लान टरबाइन

परिभाषा: कैप्लान टरबाइन एक प्रकार की जल टरबाइन है जिसे ऑस्ट्रियाई इंजीनियर विक्टर कैप्लान ने विकसित किया था। यह एक प्रतिक्रिया टरबाइन है जिसे विशेष रूप से कम-प्रमुख और उच्च-प्रवाह जल अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। कैप्लान टरबाइन अत्यधिक कुशल है और विभिन्न जल प्रवाह स्थितियों को संभाल सकता है, जिससे यह विभिन्न जलविद्युत संयंत्रों के लिए उपयुक्त है।

कार्य सिद्धांत: कैप्लान टरबाइन में, पानी शाफ्ट के घूर्णन अक्ष के समानांतर बहता है। यह अक्षीय प्रवाह डिज़ाइन पानी को न्यूनतम प्रतिरोध के साथ टरबाइन ब्लेड से गुजरने की अनुमति देता है, पानी की हाइड्रोलिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। टरबाइन में समायोज्य ब्लेड होते हैं जिन्हें जल प्रवाह की स्थिति के आधार पर दक्षता को अनुकूलित करने के लिए कोण दिया जा सकता है। पानी एक सर्पिल आवरण के माध्यम से टरबाइन में प्रवेश करता है, गाइड वेन्स से होकर बहता है, और फिर टरबाइन ब्लेड से गुजरता है, जिससे वे घूमते हैं। घूर्णी ऊर्जा को तब बिजली उत्पादित करने के लिए एक जनरेटर में स्थानांतरित किया जाता है।

लाभ:

• समायोज्य ब्लेड के कारण प्रवाह की स्थिति की एक विस्तृत श्रृंखला में उच्च दक्षता।
• कम-प्रमुख और उच्च-प्रवाह अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जिससे यह विभिन्न जलविद्युत परियोजनाओं के लिए बहुमुखी बन जाता है।
• कॉम्पैक्ट डिज़ाइन, जो स्थान बचा सकता है और निर्माण लागत को कम कर सकता है।

नुकसान:

• समायोज्य ब्लेड की जटिलता के कारण अन्य प्रकार की टरबाइन की तुलना में उच्च प्रारंभिक लागत।
• समायोज्य ब्लेड सही ढंग से कार्य करते रहें, इसके लिए नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग: कैप्लान टरबाइन आमतौर पर कम-प्रमुख और उच्च-प्रवाह जल की स्थिति वाले जलविद्युत संयंत्रों में उपयोग किए जाते हैं। वे नदी-आधारित बिजलीघरों और ज्वारीय बिजली संयंत्रों के लिए आदर्श हैं।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 3: कैप्लान टरबाइन

यह विकल्प सही ढंग से कैप्लान टरबाइन का वर्णन करता है, जहाँ पानी शाफ्ट के घूर्णन अक्ष के समानांतर बहता है। अक्षीय प्रवाह डिज़ाइन कैप्लान टरबाइन की एक विशिष्ट विशेषता है, जो इसे विशिष्ट जलविद्युत अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक कुशल बनाता है।

Additional Information

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: पुरानी फ्रांसिस टरबाइन

पुरानी फ्रांसिस टरबाइन एक मिश्रित-प्रवाह टरबाइन है जहाँ पानी टरबाइन में रेडियल रूप से प्रवेश करता है और अक्षीय रूप से बाहर निकलता है। यह पूरे अक्षीय प्रवाह की विशेषता नहीं है, जैसा कि कैप्लान टरबाइन के मामले में है। फ्रांसिस टरबाइन मध्यम-प्रमुख अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है और इसे शाफ्ट के घूर्णन अक्ष के समानांतर पानी के प्रवाह के रूप में वर्णित नहीं किया जा सकता है।

विकल्प 2: फ्रांसिस टरबाइन

आधुनिक फ्रांसिस टरबाइन, पुराने संस्करण की तरह, एक मिश्रित-प्रवाह टरबाइन है जहाँ पानी त्रिज्यीय रूप से प्रवेश करता है और अक्षीय रूप से बाहर निकलता है। हालांकि यह अत्यधिक कुशल है और व्यापक रूप से मध्यम-प्रमुख जलविद्युत संयंत्रों में उपयोग किया जाता है, इसमें कैप्लान टरबाइन में देखा गया अक्षीय प्रवाह डिज़ाइन नहीं है। इसलिए, यह शाफ्ट के घूर्णन अक्ष के समानांतर बहने वाले पानी के मानदंड को पूरा नहीं करता है।

विकल्प 4: पेल्टन व्हील

पेल्टन व्हील एक आवेग टरबाइन है जिसे उच्च-प्रमुख और निम्न-प्रवाह अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। पेल्टन व्हील में, पानी के जेट स्पर्शरेखा रूप से बाल्टियों से टकराते हैं, जिससे पहिया घूमता है। पानी का प्रवाह शाफ्ट के घूर्णन अक्ष के समानांतर नहीं है, जिससे यह विकल्प दिए गए कथन के संदर्भ में गलत हो जाता है।

निष्कर्ष:

विभिन्न प्रकार की टरबाइन की परिचालन विशेषताओं को समझना उनके अनुप्रयोगों की सही पहचान करने के लिए आवश्यक है। कैप्लान टरबाइन, अपने अक्षीय प्रवाह डिज़ाइन के साथ, कम-प्रमुख और उच्च-प्रवाह जल की स्थिति के लिए अत्यधिक कुशल है। यह इसे फ्रांसिस टरबाइन और पेल्टन व्हील जैसी अन्य टरबाइन से अलग बनाता है, जिनमें अलग-अलग प्रवाह विशेषताएँ और अनुप्रयोग हैं।

अवधारणा:

कापलान टरबाइन के लिए प्रवाह का क्षेत्र रनर के बाहरी व्यास और हब व्यास के बीच के कुंडलाकार क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है।

दिया गया है:

• धावक का बाहरी व्यास, \( D_0 \)
• हब का व्यास, \( D_b \)

प्रमुख बिंदु:

1. कापलान टरबाइन एक अक्षीय प्रवाह टरबाइन है, जहां पानी शाफ्ट के समानांतर बहता है।
2. प्रवाह क्षेत्र रनर के बाहरी किनारे और हब के बीच का कुंडलाकार क्षेत्र है।
3. सही सूत्र इस कुंडलाकार स्थान के अनुप्रस्थ काट क्षेत्र की गणना करता है।

सही सूत्र की व्युत्पत्ति:

प्रवाह क्षेत्र रनर के अनुप्रस्थ काट और हब के अनुप्रस्थ काट के बीच का अंतर है:

\[ \text{Area of Flow} = \frac{\pi}{4} D_0^2 - \frac{\pi}{4} D_b^2 = \frac{\pi}{4} \left( D_0^2 - D_b^2 \right) \]

ब्लेडों पर तरल पदार्थ के प्रवाह की दिशा के अनुसार टरबाइन को निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

• अक्षीय प्रवाह वाले टरबाइन: पानी का प्रवाह शाफ़्ट के अक्ष के समानांतर दिशा में होता है।
  • उदाहरण: कप्लान टरबाइन और प्रेरक टरबाइन।
• मिश्रित प्रवाह वाले टरबाइन: पानी रेडियल दिशा में वाहक के माध्यम से प्रवाहित होता है लेकिन वाहक के घूर्णन अक्ष के समानांतर दिशा से निकलता है। सरल शब्दों में तरल पदार्थ रेडियल व अक्षीय दिशा दोनों में प्रवाहित होता है।
  • उदाहरण: आधुनिक फ्रांसिस टरबाइन
• रेडियल प्रवाह वाले टरबाइन: इस प्रकार के टरबाइन में पानी रेडियल दिशा में टकराता है। उसके अनुसार इसे आगे निम्न रूप में वर्गीकृत किया जाता है:
  • आंतरिक प्रवाह वाले टरबाइन: प्रवाह परिधि से केंद्र (अभिकेन्द्र प्रकार) तक अंदर की ओर होता है; उदाहरण: पुराना फ्रांसिस टरबाइन।
  • बाहरी प्रवाह वाले टरबाइन: प्रवाह केंद्र से परिधि तक (अपकेंद्रीय प्रकार) बाहरी की ओर होता है; उदाहरण: फोरफ्रन टरबाइन।
• स्पर्शीय प्रवाह टरबाइन: इस प्रकार के टरबाइन में पानी पहिये के स्पर्श रेखा की दिशा में वाहक से टकराते हैं। 

          उदाहरण: पेल्टन पहिये वाले टरबाइन।

संकल्पना:

यदि पानी शाफ़्ट के घूर्णन के अक्ष के समानांतर प्रवाहित होता है, तो टरबाइन को अक्षीय प्रवाह वाले टरबाइन के रूप में जाना जाता है।

अक्षीय प्रवाह वाले प्रतिक्रियाशील टरबाइन के लिए टरबाइन का शाफ़्ट ऊर्ध्वाधर होता है। शाफ़्ट के निचले छोर को बड़ा बनाया जाता है जिसे हब या बॉस के रूप में जाना जाता है। जब हब पर वैन समायोज्य होते हैं, तो टरबाइन को केप्लान टरबाइन के रूप में जाना जाता है और जब वैन हब पर निर्दिष्ट होते हैं, तो टरबाइन को प्रेरक टरबाइन के रूप में जाना जाता है।

केप्लान टरबाइन समायोज्य वैन के साथ निम्न शीर्ष वाला अक्षीय प्रवाह टरबाइन होता है। 

Important Points

विभिन्न आधार पर टरबाइन के वर्गीकरण को नीचे दी गयी तालिका में दिया गया 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

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:

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।

जहाँ α₁ और α₂ निर्देशक वैन कोण हैं, तथा β₁ और β₂ धावक ब्लेड कोण हैं।

कप्लान टरबाइन ब्लेड डिज़ाइन के विमान के सिद्धांत के अनुसार निर्देशक कोण को उत्तोलक और परिणामी बल के बीच के कोण के रूप में परिभाषित किया जाता है।

चूँकि हवाई जहाज के पंखे पर बल के ऊर्ध्वाधर घटक को उत्तोलक कहा जाता है इसलिए निर्देशक कोण उत्तोलक और परिणामी बल के बीच का कोण है।

स्पष्टीकरण:

विशिष्ट गति: 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।

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

• निम्न विशिष्ट गति टरबाइन: विशिष्ट गति 50 से कम है। (एकल जेट के लिए 10 से 35 तक और दोहरे जेट के लिए 60 तक भिन्न होती है) 
  • उदाहरण: पेल्टन व्हील टरबाइन
• मध्यम-विशिष्ट टरबाइन: विशिष्ट गति 60 से 250 तक भिन्न होती है।
  • उदाहरण: फ्रांसिस टरबाइन
• उच्च विशिष्ट टरबाइन: विशिष्ट गति 300 से अधिक होती है।
  • उदाहरण: काप्लान या प्रोपेलर टरबाइन

टरबाइन की विशिष्ट गति की श्रेणी निम्नानुसार होती है

इसलिए, विशिष्ट गति के आधार पर टर्बाइनों का क्रम कपलान > फ्रांसिस > पेल्टन है

Important Points

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

Additional Information

एक अपकेंद्रीय पंप की विशिष्ट गति को ज्यामितीय रूप से समान पंप की गति के रूप में परिभाषित किया गया है जो एक मीटर के शीर्ष के खिलाफ प्रति सेकंड एक घन मीटर तरल वितरित करेगा।

\({N_s} = \frac{{N\sqrt Q }}{{H_m^{3/4}}}\)

स्पष्टीकरण:

विभिन्न आधारों पर टर्बाइनों का वर्गीकरण नीचे दी गई तालिका में दिया गया है:

व्याख्या:

कपलान टरबाइन:

• कपलान टरबाइनमें, पानी शाफ्ट के घूर्णन के अक्ष के समानांतर बहता है, इसलिए इसे अक्षीय प्रवाह टरबाइन कहा जाता है।
• टरबाइन के इनलेट पर दाबोच्चता दाब ऊर्जा और गतिज ऊर्जा का योग होती है। 
• पानी के प्रवाह के दौरान वाहक के माध्यम से, दाब ऊर्जा का एक हिस्सा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।
• यह इंगित करता है कि कपलान टरबाइन एक प्रतिक्रिया टरबाइन है। जब हब पर वैन समायोज्य होते हैं, तो टरबाइन को कपलान टरबाइन के रूप में जाना जाता है।
• जब वेन्स समायोज्य नहीं होती हैं, तो टरबाइन को नोदक टरबाइन कहा जाता है। कपलान टरबाइन के घटक नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए हैं। 

स्पष्टीकरण:

• यदि पानी शाफ़्ट के घूर्णन के अक्ष के समांनातर प्रवाहित होता है, तो टरबाइन को अक्षीय प्रवाह वाले टरबाइन के रूप में जाना जाता है। 
• अक्षीय प्रवाह वाले प्रतिक्रिया टरबाइन के लिए टरबाइन का शाफ़्ट ऊर्ध्वाधर होता है।
• शाफ़्ट के निचले छोर को बड़ा बनाया जाता है जिसे हब या बॉस के रूप में जाना जाता है। 
• जब हब पर वैन समायोज्य होते हैं, तो टरबाइन को कप्लान टरबाइन के रूप में जाना जाता है और जब वैन हब में निर्दिष्ट होते हैं, तो ऐसे टरबाइन को प्रेरक टरबाइन के रूप में जाना जाता है। 
• कप्लान टरबाइन समायोज्य वैन के साथ निम्न शीर्ष वाला अक्षीय प्रवाह टरबाइन होता है।
• एक कप्लान टरबाइन में, रोटर के माध्यम से प्रवाह का वेग त्रिज्या के अनुदिश स्थिर होता है।

विभिन्न आधारों पर टर्बाइनों का वर्गीकरण नीचे दी गई तालिका में दिया गया है:

व्याख्या:

कप्लान टरबाइन:

• कप्लान टरबाइनमें, पानी शाफ्ट के घूर्णन के अक्ष के समानांतर बहता है, इसलिए इसे अक्षीय प्रवाह टरबाइन कहा जाता है।
• टरबाइन के इनलेट पर दाबोच्चता दाब ऊर्जा और गतिज ऊर्जा का योग होती है। 
• पानी के प्रवाह के दौरान वाहक के माध्यम से, दाब ऊर्जा का एक हिस्सा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।
• यह इंगित करता है कि कप्लान टरबाइन एक प्रतिक्रिया टरबाइन है। जब हब पर वैन समायोज्य होते हैं, तो टरबाइन को कप्लान टरबाइन के रूप में जाना जाता है।
• जब वेन्स समायोज्य नहीं होती हैं, तो टरबाइन को नोदक टरबाइन कहा जाता है। कप्लान टरबाइन के घटक नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए हैं। 

• कप्लान टरबाइन समायोज्य धावक फलक है। कप्लान टरबाइन में 3 से 8 ब्लेड की बहुत छोटी संख्या होती है।

Important Points

• फ्रांस टर्बाइन में 16 से 24 ब्लेड की बड़ी संख्या होती है​।