काउंटरअटैक टरबाइन जनरेटर के जल प्रवेश प्रवाह का क्रिया सिद्धांत और संरचनात्मक विशेषताएँ

काउंटरअटैक टरबाइन एक प्रकार की हाइड्रोलिक मशीनरी है जो जल प्रवाह के दबाव का उपयोग करके जल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है।

(1) संरचना। काउंटरअटैक टरबाइन के मुख्य संरचनात्मक घटक रनर, जल मोड़ कक्ष, जल मार्गदर्शक तंत्र और ड्राफ्ट ट्यूब हैं।
1) रनर। रनर जल टरबाइन का वह भाग है जो जल प्रवाह की ऊर्जा को घूर्णनशील यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। जल ऊर्जा रूपांतरण की दिशा के आधार पर, विभिन्न प्रति-अटैक टरबाइनों की रनर संरचनाएँ भी भिन्न होती हैं। फ्रांसिस टरबाइन का रनर सुव्यवस्थित घुमावदार ब्लेड, क्राउन, निचला वलय और अन्य मुख्य ऊर्ध्वाधर घटकों से बना होता है; अक्षीय प्रवाह टरबाइन का रनर ब्लेड, रनर बॉडी, ड्रेन कोन और अन्य मुख्य घटकों से बना होता है; विकर्ण प्रवाह टरबाइन की रनर संरचना अधिक जटिल होती है। ब्लेड की स्थिति को कार्य परिस्थितियों के अनुसार बदला जा सकता है और गाइड वेन के खुलने के अनुरूप समायोजित किया जा सकता है। ब्लेड का घूर्णन केंद्र रेखा टरबाइन अक्ष के साथ एक तिरछे कोण (45°-60°) पर स्थित होता है।
2) जल मोड़ कक्ष। इसका कार्य जल को जल दिशा-निर्देशन तंत्र में समान रूप से प्रवाहित करना, ऊर्जा हानि को कम करना और टरबाइन की दक्षता में सुधार करना है। बड़े और मध्यम आकार के टरबाइनों में 50 मीटर से अधिक ऊंचाई वाले टरबाइनों के लिए वृत्ताकार अनुप्रस्थ काट वाले धातु के घुमावदार छिद्र (वॉल्यूट) और 50 मीटर से कम ऊंचाई वाले टरबाइनों के लिए समलम्बाकार अनुप्रस्थ काट वाले कंक्रीट के घुमावदार छिद्र (वॉल्यूट) का उपयोग किया जाता है।
3) जल प्रचालन तंत्र। इसमें सामान्यतः रनर की परिधि पर समान रूप से व्यवस्थित सुव्यवस्थित गाइड वेन और उनके घूर्णन तंत्रों की एक निश्चित संख्या होती है। इसका कार्य जल प्रवाह को रनर में समान रूप से निर्देशित करना है, और गाइड वेन के खुलने को समायोजित करके जनरेटर सेट की लोड आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए टरबाइन की प्रवाह दर को बदलना है। पूरी तरह बंद होने पर यह जल को सील करने का कार्य भी करता है।
4) ड्राफ्ट ट्यूब। रनर के आउटलेट पर पानी के प्रवाह में अभी भी कुछ अतिरिक्त ऊर्जा बची रहती है जिसका उपयोग नहीं हुआ है। ड्राफ्ट ट्यूब का काम इस ऊर्जा को पुनः प्राप्त करना और पानी को आगे की ओर प्रवाहित करना है। ड्राफ्ट ट्यूब दो प्रकार की होती हैं: सीधी शंकु और घुमावदार। पहली प्रकार की ट्यूब का ऊर्जा गुणांक अधिक होता है और यह आमतौर पर छोटी क्षैतिज और ट्यूबलर टर्बाइनों के लिए उपयुक्त होती है; दूसरी प्रकार की ट्यूब का हाइड्रोलिक प्रदर्शन सीधी शंकु ट्यूब की तुलना में कम होता है, लेकिन इसकी खुदाई की गहराई कम होती है, और इसका व्यापक रूप से बड़े और मध्यम आकार की काउंटरअटैक टर्बाइनों में उपयोग किया जाता है।

(2) वर्गीकरण। रनर के माध्यम से पानी के प्रवाह की अक्षीय दिशा के अनुसार, इम्पैक्ट टरबाइन को फ्रांसिस टरबाइन, डायगोनल फ्लो टरबाइन, अक्षीय प्रवाह टरबाइन और ट्यूबलर टरबाइन में विभाजित किया गया है।
1) फ्रांसिस टरबाइन। फ्रांसिस (रेडियल एक्सियल फ्लो या फ्रांसिस) टरबाइन एक काउंटर-अटैक टरबाइन है जिसमें पानी रनर की परिधि से अक्षीय दिशा में रेडियल रूप से बहता है। इस प्रकार की टरबाइन में व्यापक अनुप्रयोग हेड (30-700 मीटर) की रेंज, सरल संरचना, छोटा आकार और कम लागत होती है। चीन में अब तक चालू की गई सबसे बड़ी फ्रांसिस टरबाइन एर्टन जलविद्युत संयंत्र है, जिसकी रेटेड आउटपुट क्षमता 582 मेगावाट और अधिकतम आउटपुट क्षमता 621 मेगावाट है।
2) अक्षीय प्रवाह टरबाइन। अक्षीय प्रवाह टरबाइन एक प्रति-आक्रमण टरबाइन है जिसमें पानी अक्षीय दिशा से प्रवेश करता है और रनर से अक्षीय दिशा में ही बाहर निकलता है। इस प्रकार की टरबाइन दो प्रकार की होती हैं: स्थिर-ब्लेड प्रकार (स्क्रू प्रकार) और घूर्णन प्रकार (कैपलान प्रकार)। पहले प्रकार की टरबाइन के ब्लेड स्थिर होते हैं, जबकि दूसरे प्रकार की टरबाइन के ब्लेड घूर्णनशील होते हैं। अक्षीय प्रवाह टरबाइन की जल प्रवाह क्षमता फ्रांसिस टरबाइन की तुलना में अधिक होती है। पैडल टरबाइन के ब्लेड भार में परिवर्तन के साथ अपनी स्थिति बदल सकते हैं, इसलिए भार परिवर्तन की विस्तृत श्रृंखला में इनकी दक्षता अधिक होती है। अक्षीय प्रवाह टरबाइन का कैविटेशन-रोधी प्रदर्शन और यांत्रिक शक्ति फ्रांसिस टरबाइन की तुलना में कम होती है, और इसकी संरचना भी अधिक जटिल होती है। वर्तमान में, इस प्रकार की टरबाइन का अनुमेय शीर्ष 80 मीटर या उससे अधिक तक पहुँच चुका है।
3) ट्यूबलर टरबाइन। इस प्रकार के जल टरबाइन में जल प्रवाह रनर से अक्षीय रूप से बाहर की ओर होता है, और रनर के आगे और पीछे कोई घूर्णन नहीं होता है। उपयोग हेड रेंज 3-20°C है। इसके फ्यूजलेज के कई फायदे हैं, जैसे कम ऊंचाई, बेहतर जल प्रवाह, उच्च दक्षता, कम सिविल इंजीनियरिंग, कम लागत, घुमावदार ट्यूबों और घुमावदार ड्राफ्ट ट्यूबों की आवश्यकता नहीं, और हेड जितना कम होगा, इसके फायदे उतने ही अधिक स्पष्ट होंगे।
जनरेटर कनेक्शन और ट्रांसमिशन मोड के आधार पर ट्यूबलर टर्बाइन को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: पूर्ण-प्रवाह और अर्ध-प्रवाह। अर्ध-प्रवाह टर्बाइन को आगे बल्ब प्रकार, शाफ्ट प्रकार और शाफ्ट एक्सटेंशन प्रकार में विभाजित किया गया है। इनमें से, शाफ्ट एक्सटेंशन प्रकार को भी दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: तिरछा अक्ष और क्षैतिज अक्ष। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले बल्ब ट्यूबलर प्रकार, शाफ्ट एक्सटेंशन प्रकार और ऊर्ध्वाधर शाफ्ट प्रकार मुख्य रूप से छोटी इकाइयों में उपयोग किए जाते हैं। हाल के वर्षों में, शाफ्ट प्रकार का उपयोग बड़े और मध्यम आकार की इकाइयों में भी किया जाने लगा है।
शाफ्ट एक्सटेंशन ट्यूबलर यूनिट का जनरेटर जलमार्ग के बाहर स्थापित किया जाता है, और जनरेटर को एक लंबे झुके हुए शाफ्ट या क्षैतिज शाफ्ट के माध्यम से टरबाइन से जोड़ा जाता है। शाफ्ट एक्सटेंशन प्रकार की यह संरचना बल्ब प्रकार की संरचना की तुलना में सरल है।
4) विकर्ण प्रवाह टरबाइन। विकर्ण प्रवाह (जिसे डायगोनल भी कहा जाता है) टरबाइन की संरचना और आकार मिश्रित प्रवाह और अक्षीय प्रवाह के बीच का होता है। मुख्य अंतर यह है कि रनर ब्लेड की केंद्र रेखा टरबाइन की केंद्र रेखा से एक निश्चित कोण पर होती है। संरचनात्मक विशेषताओं के कारण, संचालन के दौरान यूनिट को डूबने की अनुमति नहीं होती है, इसलिए ब्लेड और रनर चैम्बर के टकराने जैसी दुर्घटनाओं को रोकने के लिए दूसरी संरचना में अक्षीय विस्थापन संकेत सुरक्षा उपकरण स्थापित किया जाता है। विकर्ण प्रवाह टरबाइन की उपयोग हेड रेंज 25 से 200 मीटर है।