फ्रांसिस टर्बाइन जनरेटर को कैसे अनुकूलित करें

कैपलान, पेल्टन और फ्रांसिस टर्बाइनों सहित जल टरबाइन एक बड़ी घूर्णनशील मशीन है जो गतिज और स्थितिज ऊर्जा को जलविद्युत में परिवर्तित करती है। जल चक्र के इन आधुनिक समकक्षों का उपयोग औद्योगिक बिजली उत्पादन के लिए 135 वर्षों से अधिक समय से किया जा रहा है, और हाल ही में जलविद्युत ऊर्जा उत्पादन के लिए भी इनका उपयोग हो रहा है।

आज जल टरबाइन का उपयोग किसलिए किया जाता है?
आज, जलविद्युत विश्व के विद्युत उत्पादन में 16% का योगदान देता है। 19वीं शताब्दी में, विद्युत ग्रिडों के व्यापक प्रसार से पहले, जल टरबाइन मुख्य रूप से औद्योगिक विद्युत उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते थे। वर्तमान में, इनका उपयोग विद्युत उत्पादन के लिए किया जाता है और ये बांधों या उन क्षेत्रों में पाए जाते हैं जहाँ जल प्रवाह तीव्र होता है।
वैश्विक ऊर्जा मांग में तेजी से वृद्धि और जलवायु परिवर्तन तथा जीवाश्म ईंधन के क्षय जैसे कारकों के चलते, जलविद्युत एक विश्वव्यापी हरित ऊर्जा स्रोत के रूप में व्यापक प्रभाव डालने की क्षमता रखती है। पर्यावरण के अनुकूल और स्वच्छ ऊर्जा स्रोतों की खोज जारी रहने के साथ, फ्रांसिस टर्बाइन आने वाले वर्षों में एक बेहद लोकप्रिय और तेजी से अपनाया जाने वाला समाधान साबित हो सकता है।

जल टरबाइन बिजली कैसे उत्पन्न करते हैं?
प्राकृतिक या कृत्रिम रूप से बहने वाले पानी से उत्पन्न जल दाब, जल टरबाइनों के लिए ऊर्जा स्रोत का काम करता है। इस ऊर्जा को एकत्रित करके जलविद्युत में परिवर्तित किया जाता है। एक जलविद्युत संयंत्र आमतौर पर सक्रिय नदी पर बांध बनाकर पानी का भंडारण करता है। फिर पानी को धीरे-धीरे छोड़ा जाता है, जो टरबाइन से होकर गुजरता है, उसे घुमाता है और जनरेटर को सक्रिय करता है, जिससे बिजली उत्पन्न होती है।

पानी के टरबाइन कितने बड़े होते हैं?
जिस दबाव में वे काम करते हैं, उसके आधार पर जल टरबाइनों को उच्च, मध्यम और निम्न दबाव में वर्गीकृत किया जा सकता है। निम्न दबाव वाली जलविद्युत प्रणालियाँ बड़ी होती हैं, क्योंकि ब्लेडों पर कम जल दाब के साथ उच्च प्रवाह दर प्राप्त करने के लिए जल टरबाइन का आकार बड़ा होना आवश्यक है। वहीं, उच्च दबाव वाली जलविद्युत प्रणालियों को इतनी बड़ी सतह की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इनका उपयोग तेज़ गति से बहने वाले जल स्रोतों से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

यह चार्ट जल टरबाइन सहित विभिन्न जलविद्युत प्रणाली भागों के आकार को दर्शाता है।
एक चार्ट जिसमें जल टरबाइन सहित विभिन्न जलविद्युत प्रणाली भागों के आकार को दर्शाया गया है।
नीचे, हम विभिन्न अनुप्रयोगों और जल दाब के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न प्रकार के जल टरबाइनों के कुछ उदाहरणों की व्याख्या करेंगे।

कैपलान टरबाइन (0-60 मीटर प्रेशर हेड)
इन टर्बाइनों को अक्षीय प्रवाह प्रतिक्रिया टर्बाइन कहा जाता है, क्योंकि ये पानी के प्रवाह के दौरान उसके दबाव को बदल देती हैं। कैपलान टर्बाइन एक प्रोपेलर की तरह दिखती है और इसमें समायोज्य ब्लेड होते हैं जो पानी और दबाव के विभिन्न स्तरों पर दक्षता को अधिकतम करते हैं।

एक कैपलान टरबाइन आरेख
पेल्टन टरबाइन (300 मीटर-1600 मीटर दबाव शीर्ष)
पेल्टन टरबाइन—या पेल्टन व्हील—को आवेग टरबाइन के रूप में जाना जाता है, क्योंकि यह बहते पानी से ऊर्जा प्राप्त करता है। यह टरबाइन उच्च दबाव वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, क्योंकि चम्मच के आकार की बाल्टियों पर बल लगाने और डिस्क को घुमाकर बिजली उत्पन्न करने के लिए इसमें उच्च मात्रा में जल दाब की आवश्यकता होती है।

पेल्टन टर्बाइन
फ्रांसिस टरबाइन (60 मीटर-300 मीटर प्रेशर हेड)
सबसे प्रसिद्ध और अंतिम जल टरबाइन, फ्रांसिस टरबाइन, विश्व की 60% जलविद्युत उत्पादन में योगदान देती है। एक प्रभाव और प्रतिक्रिया टरबाइन के रूप में कार्य करते हुए, जो मध्यम दबाव पर संचालित होती है, फ्रांसिस टरबाइन अक्षीय और त्रिज्या प्रवाह अवधारणाओं को जोड़ती है। ऐसा करके, यह टरबाइन उच्च और निम्न दबाव वाली टरबाइनों के बीच की खाई को पाटती है, जिससे एक अधिक कुशल डिजाइन तैयार होता है, और आज इंजीनियरों के लिए इसे और बेहतर बनाने की चुनौती बनी हुई है।

अधिक स्पष्ट रूप से कहें तो, एक फ्रांसिस टरबाइन सर्पिल आवरण से होकर बहने वाले पानी द्वारा संचालित होती है, जो स्थिर गाइड वैन में जाकर पानी के प्रवाह को नियंत्रित करती है और उसे गतिशील ब्लेड की ओर ले जाती है। बल के संयुक्त प्रभाव और प्रतिक्रिया से पानी ब्लेड को घुमाने के लिए मजबूर करता है, और अंत में एक ड्राफ्ट ट्यूब के माध्यम से ब्लेड से बाहर निकलकर उसे बाहरी वातावरण में छोड़ देता है।

मैं वाटर टर्बाइन डिजाइन का चयन कैसे करूं?
सबसे उपयुक्त टरबाइन डिज़ाइन का चुनाव अक्सर एक ही बात पर निर्भर करता है: आपके पास उपलब्ध दबाव और प्रवाह दर की मात्रा। एक बार जब आप यह जान लें कि आप किस प्रकार के जल दाब का उपयोग कर सकते हैं, तो आप यह तय कर सकते हैं कि फ्रांसिस टरबाइन जैसी बंद "रिएक्शन टरबाइन डिज़ाइन" या पेल्टन टरबाइन जैसी खुली "इम्पल्स टरबाइन डिज़ाइन" आपके लिए बेहतर विकल्प है या नहीं।

जल टरबाइन आरेख
अंत में, आप अपने प्रस्तावित विद्युत जनरेटर की आवश्यक घूर्णन गति निर्धारित कर सकते हैं।