કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇન જનરેટરના પાણીના ઇનલેટ પ્રવાહના ક્રિયા સિદ્ધાંત અને માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ

કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇન એક પ્રકારની હાઇડ્રોલિક મશીનરી છે જે પાણીના પ્રવાહના દબાણનો ઉપયોગ કરીને પાણીની ઉર્જાને યાંત્રિક ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.

(૧) માળખું. કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇનના મુખ્ય માળખાકીય ઘટકો રનર, વોટર ડાયવર્ઝન ચેમ્બર, વોટર ગાઇડિંગ મિકેનિઝમ અને ડ્રાફ્ટ ટ્યુબ છે.
૧) રનર. રનર એ પાણીના ટર્બાઇનનો એક ભાગ છે જે પાણીના પ્રવાહની ઊર્જાને ફરતી યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. પાણીના ઊર્જા રૂપાંતરની દિશાના આધારે, વિવિધ કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇનના રનર માળખા પણ અલગ અલગ હોય છે. ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન રનર સુવ્યવસ્થિત ટ્વિસ્ટેડ બ્લેડ, ક્રાઉન અને લોઅર રિંગ અને અન્ય મુખ્ય વર્ટિકલ ઘટકોથી બનેલું છે; અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન રનર બ્લેડ, રનર બોડી અને ડ્રેઇન શંકુ અને અન્ય મુખ્ય ઘટકોથી બનેલું છે: વિકર્ણ પ્રવાહ ટર્બાઇન રનર માળખું વધુ જટિલ છે. બ્લેડ પ્લેસમેન્ટ કોણ કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓ સાથે બદલી શકાય છે અને માર્ગદર્શિકા વેન ઓપનિંગ સાથે મેચ કરી શકાય છે. બ્લેડ પરિભ્રમણ કેન્દ્ર રેખા ટર્બાઇનની ધરી સાથે ત્રાંસી કોણ (45°-60°) પર છે.
૨) પાણી ડાયવર્ઝન ચેમ્બર. તેનું કાર્ય પાણીને પાણીના માર્ગદર્શક મિકેનિઝમમાં સમાન રીતે વહેવડાવવાનું, ઉર્જાનું નુકસાન ઘટાડવાનું અને ટર્બાઇનની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવાનું છે. મોટા અને મધ્યમ કદના ટર્બાઇન ઘણીવાર ૫૦ મીટરથી ઉપરના હેડવાળા ગોળાકાર ક્રોસ-સેક્શન મેટલ વોલ્યુટ્સ અને ૫૦ મીટરથી નીચેના માટે ટ્રેપેઝોઇડલ ક્રોસ-સેક્શન કોંક્રિટ વોલ્યુટ્સનો ઉપયોગ કરે છે.
૩) પાણી માર્ગદર્શન પદ્ધતિ. તે સામાન્ય રીતે ચોક્કસ સંખ્યામાં સુવ્યવસ્થિત માર્ગદર્શિકા વેન અને રનરની પરિઘ પર સમાનરૂપે ગોઠવાયેલા તેમના ફરતા મિકેનિઝમ્સથી બનેલું હોય છે. તેનું કાર્ય રનરમાં પાણીના પ્રવાહને સમાનરૂપે માર્ગદર્શન આપવાનું છે, અને માર્ગદર્શિકા વેનના ઉદઘાટનને સમાયોજિત કરીને, જનરેટર સેટની લોડ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવા માટે ટર્બાઇનના પ્રવાહ દરમાં ફેરફાર કરવાનું છે, અને જ્યારે તે સંપૂર્ણપણે બંધ હોય ત્યારે તે પાણીને સીલ કરવાની ભૂમિકા પણ ભજવે છે.
૪) ડ્રાફ્ટ ટ્યુબ. રનરના આઉટલેટ પર પાણીના પ્રવાહમાં હજુ પણ વધારાની ઉર્જાનો એક ભાગ છે જેનો ઉપયોગ થયો નથી. ડ્રાફ્ટ ટ્યુબની ભૂમિકા ઉર્જાના આ ભાગને પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની અને પાણીને નીચે તરફ છોડવાની છે. ડ્રાફ્ટ ટ્યુબ બે પ્રકારમાં વહેંચાયેલી છે, સીધી શંકુ અને વક્ર. પહેલામાં મોટો ઉર્જા ગુણાંક હોય છે અને તે સામાન્ય રીતે નાના આડા અને ટ્યુબ્યુલર ટર્બાઇન માટે યોગ્ય હોય છે; બાદમાં સીધા શંકુ કરતા ઓછો હાઇડ્રોલિક પ્રભાવ ધરાવે છે, પરંતુ તેમાં ખોદકામની ઊંડાઈ ઓછી હોય છે, અને મોટા અને મધ્યમ કદના કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

(2) વર્ગીકરણ. રનર દ્વારા પાણીના પ્રવાહની અક્ષીય દિશા અનુસાર, ઇમ્પેક્ટ ટર્બાઇનને ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન, વિકર્ણ પ્રવાહ ટર્બાઇન, અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન અને નળીઓવાળું ટર્બાઇનમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.
૧) ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન. ફ્રાન્સિસ (રેડિયલ એક્સિયલ ફ્લો અથવા ફ્રાન્સિસ) ટર્બાઇન એક કાઉન્ટર-એટેક ટર્બાઇન છે જેમાં પાણી રનરના પરિઘથી અક્ષીય દિશામાં રેડિયલી વહે છે. આ પ્રકારના ટર્બાઇનમાં લાગુ હેડ (૩૦-૭૦૦ મીટર), સરળ માળખું, નાનું વોલ્યુમ અને ઓછી કિંમતની વિશાળ શ્રેણી છે. ચીનમાં કાર્યરત કરાયેલ સૌથી મોટું ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન એર્ટન હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ છે, જેનો રેટેડ આઉટપુટ પાવર ૫૮૨ મેગાવોટ અને મહત્તમ આઉટપુટ પાવર ૬૨૧ મેગાવોટ છે.
2) અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન. અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન એક કાઉન્ટરએટેક ટર્બાઇન છે જેમાં પાણી અક્ષીય દિશામાંથી વહે છે અને રનરમાંથી અક્ષીય દિશામાં વહે છે. આ પ્રકારના ટર્બાઇનને બે પ્રકારમાં વહેંચવામાં આવે છે: ફિક્સ્ડ-બ્લેડ પ્રકાર (સ્ક્રુ પ્રકાર) અને રોટરી પ્રકાર (કેપલાન પ્રકાર). પહેલાના બ્લેડ નિશ્ચિત હોય છે, અને પછીના બ્લેડને ફેરવી શકાય છે. અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇનની પાણી પસાર કરવાની ક્ષમતા ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન કરતા વધારે છે. કારણ કે પેડલ ટર્બાઇનના બ્લેડ લોડમાં ફેરફાર સાથે સ્થિતિ બદલી શકે છે, તેથી લોડ ફેરફારોની વિશાળ શ્રેણીમાં તેમની કાર્યક્ષમતા વધુ હોય છે. અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇનનું એન્ટિ-કેવિટેશન પ્રદર્શન અને યાંત્રિક શક્તિ ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન કરતા ખરાબ છે, અને માળખું પણ વધુ જટિલ છે. હાલમાં, આ પ્રકારના ટર્બાઇનનું લાગુ પડતું હેડ 80 મીટર કે તેથી વધુ સુધી પહોંચી ગયું છે.
૩) ટ્યુબ્યુલર ટર્બાઇન. આ પ્રકારના વોટર ટર્બાઇનનો પાણીનો પ્રવાહ રનરમાંથી અક્ષીય રીતે વહે છે, અને રનર પહેલાં અને પછી કોઈ પરિભ્રમણ થતું નથી. ઉપયોગિતા હેડ રેન્જ 3-20 છે. ફ્યુઝલેજમાં નાની ઊંચાઈ, સારી પાણી પ્રવાહ સ્થિતિ, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી સિવિલ એન્જિનિયરિંગ, ઓછી કિંમત, વોલ્યુટ્સ અને વક્ર ડ્રાફ્ટ ટ્યુબની જરૂર નથી, અને હેડ જેટલું નીચું હશે, તેટલા વધુ સ્પષ્ટ ફાયદા છે.
ટ્યુબ્યુલર ટર્બાઇન્સને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: જનરેટર કનેક્શન અને ટ્રાન્સમિશન મોડ અનુસાર ફુલ-થ્રુ-ફ્લો અને સેમી-થ્રુ-ફ્લો. સેમી-થ્રુ-ફ્લો ટર્બાઇનને બલ્બ પ્રકાર, શાફ્ટ પ્રકાર અને શાફ્ટ એક્સટેન્શન પ્રકારમાં વધુ વિભાજિત કરવામાં આવે છે. તેમાંથી, શાફ્ટ એક્સટેન્શન પ્રકારને પણ બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. ત્રાંસી અક્ષ અને આડી અક્ષ છે. હાલમાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા બલ્બ ટ્યુબ્યુલર પ્રકાર, શાફ્ટ એક્સટેન્શન પ્રકાર અને વર્ટિકલ શાફ્ટ પ્રકારનો ઉપયોગ મોટાભાગે નાના એકમોમાં થાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, શાફ્ટ પ્રકારનો ઉપયોગ મોટા અને મધ્યમ કદના એકમોમાં પણ થયો છે.
શાફ્ટ એક્સટેન્શન ટ્યુબ્યુલર યુનિટનું જનરેટર જળમાર્ગની બહાર સ્થાપિત થયેલ છે, અને જનરેટર ટર્બાઇન સાથે લાંબા ઝોકવાળા શાફ્ટ અથવા આડી શાફ્ટ સાથે જોડાયેલ છે. આ શાફ્ટ એક્સટેન્શન પ્રકારનું માળખું બલ્બ પ્રકાર કરતાં સરળ છે.
૪) વિકર્ણ પ્રવાહ ટર્બાઇન. વિકર્ણ પ્રવાહ (જેને વિકર્ણ પણ કહેવાય છે) ટર્બાઇનનું માળખું અને કદ મિશ્ર પ્રવાહ અને અક્ષીય પ્રવાહ વચ્ચે હોય છે. મુખ્ય તફાવત એ છે કે રનર બ્લેડની મધ્યરેખા ટર્બાઇનની મધ્યરેખાના ચોક્કસ ખૂણા પર હોય છે. માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓને કારણે, એકમને કામગીરી દરમિયાન ડૂબવાની મંજૂરી નથી, તેથી બ્લેડ અને રનર ચેમ્બર અથડાતા અકસ્માતોને રોકવા માટે બીજા માળખામાં અક્ષીય વિસ્થાપન સિગ્નલ સુરક્ષા ઉપકરણ સ્થાપિત કરવામાં આવે છે. વિકર્ણ પ્રવાહ ટર્બાઇનની ઉપયોગિતા હેડ શ્રેણી 25～200m છે.