जलविद्युत प्रकल्पासाठी पाणचक्कीची रचना

जलविद्युत ऊर्जेसाठी जलचक्राची रचना
जलऊर्जा हे एक तंत्रज्ञान आहे जे वाहत्या पाण्याच्या गतिज ऊर्जेचे यांत्रिक किंवा विद्युत ऊर्जेमध्ये रूपांतर करते आणि वाहत्या पाण्याच्या ऊर्जेचे वापरण्यायोग्य कामात रूपांतर करण्यासाठी वापरल्या गेलेल्या सर्वात सुरुवातीच्या उपकरणांपैकी एक म्हणजे पाणचक्कीची रचना होती.
जलचक्राची रचना काळानुसार विकसित झाली आहे. काही जलचक्रं उभी, काही आडवी, तर काहींना गुंतागुंतीच्या कप्पी आणि गियर्स जोडलेले असतात. परंतु त्या सर्वांची रचना एकच कार्य करण्यासाठी केलेली असते, आणि ते म्हणजे, “वाहत्या पाण्याच्या रेषीय गतीचे फिरत्या गतीमध्ये रूपांतर करणे, ज्याचा उपयोग फिरत्या शाफ्टद्वारे जोडलेल्या कोणत्याही यंत्राला चालवण्यासाठी केला जाऊ शकतो”.

पाणचक्कीची ठराविक रचना
सुरुवातीच्या काळातील पाणचक्कीची रचना ही बरीच आदिम आणि साधी यंत्रे होती. त्यात एका उभ्या लाकडी चाकाच्या परिघावर समान अंतरावर लाकडी पाती किंवा बादल्या बसवलेल्या असत आणि हे सर्व एका आडव्या दांड्यावर आधारलेले असे. त्याखालून वाहणाऱ्या पाण्याच्या दाबामुळे चाक स्पर्शरेषीय दिशेने पात्यांवर ढकलले जात असे.
ही उभी जलचक्रं प्राचीन ग्रीक आणि इजिप्शियन लोकांच्या पूर्वीच्या आडव्या जलचक्रांच्या रचनेपेक्षा खूपच सरस होती, कारण ती वाहत्या पाण्याच्या गतीचे शक्तीमध्ये रूपांतर करून अधिक कार्यक्षमतेने चालवता येत होती. त्यानंतर जलचक्राला कप्पी आणि गिअरिंग जोडण्यात आले, ज्यामुळे जात्याचे दगड चालवणे, लाकूड कापणे, धातू दळणे, ठसा उमटवणे आणि कापणे इत्यादी कामांसाठी फिरणाऱ्या दांड्याची दिशा आडव्यावरून उभी करणे शक्य झाले.

पाणचक्कीच्या डिझाइनचे प्रकार
बहुतेक पाणचक्की किंवा फक्त जलचक्र म्हणून ओळखली जाणारी, उभी बसवलेली चाके असतात जी एका आडव्या अक्षाभोवती फिरतात आणि या प्रकारच्या पाणचक्कींचे वर्गीकरण चाकाच्या अक्षाच्या तुलनेत, चाकाला पाणी कसे दिले जाते यानुसार केले जाते. तुम्ही कल्पना करू शकता की, पाणचक्की ही तुलनेने मोठी यंत्रे आहेत जी कमी कोनीय गतीने फिरतात आणि घर्षणामुळे होणारे नुकसान आणि बादल्या अपूर्ण भरणे इत्यादींमुळे त्यांची कार्यक्षमता कमी असते.
पाण्याच्या दाबामुळे चाकांच्या बादल्यांवर किंवा पॅडलवर टॉर्क निर्माण होतो, परंतु चाकावरील वेगवेगळ्या स्थानांवरून या पॅडल आणि बादल्यांवर पाणी निर्देशित करून फिरण्याचा वेग आणि त्याची कार्यक्षमता सुधारता येते. जलचक्राच्या रचनेचे दोन सर्वात सामान्य प्रकार म्हणजे 'अंडरशॉट जलचक्र' आणि 'ओव्हरशॉट जलचक्र'.

अंडरशॉट वॉटर व्हील डिझाइन
अंडरशॉट वॉटर व्हील डिझाइन, ज्याला "स्ट्रीम व्हील" असेही म्हणतात, हा प्राचीन ग्रीक आणि रोमन लोकांनी डिझाइन केलेला सर्वात सामान्यपणे वापरला जाणारा वॉटरव्हीलचा प्रकार होता, कारण तो बांधण्यासाठी सर्वात सोपा, स्वस्त आणि सर्वात सोपा प्रकार आहे.
या प्रकारच्या जलचक्राच्या रचनेत, चाक थेट वेगाने वाहणाऱ्या नदीत ठेवले जाते आणि त्याला वरून आधार दिला जातो. खालच्या पाण्याच्या गतीमुळे चाकाच्या खालच्या भागावरील पाण्याखालील पॅडलवर दाब निर्माण होतो, ज्यामुळे ते पाण्याच्या प्रवाहाच्या दिशेच्या सापेक्ष केवळ एकाच दिशेने फिरू शकते.
या प्रकारच्या पाणचक्कीची रचना सामान्यतः सपाट प्रदेशात वापरली जाते, जिथे जमिनीला नैसर्गिक उतार नसतो किंवा जिथे पाण्याचा प्रवाह पुरेसा वेगवान असतो. इतर पाणचक्कींच्या रचनेच्या तुलनेत, ही रचना अत्यंत अकार्यक्षम आहे, कारण पाण्याच्या संभाव्य ऊर्जेपैकी केवळ २०% ऊर्जाच प्रत्यक्षात चाक फिरवण्यासाठी वापरली जाते. तसेच, चाक फिरवण्यासाठी पाण्याची ऊर्जा फक्त एकदाच वापरली जाते, त्यानंतर ती उर्वरित पाण्यासोबत वाहून जाते.
अंडरशॉट वॉटरव्हीलचा आणखी एक तोटा म्हणजे त्यासाठी वेगाने वाहणाऱ्या मोठ्या प्रमाणातील पाण्याची आवश्यकता असते. त्यामुळे, अंडरशॉट वॉटरव्हील्स सहसा नद्यांच्या काठावर उभारलेली असतात, कारण लहान ओढे किंवा झऱ्यांमधील वाहत्या पाण्यात पुरेशी स्थितिज ऊर्जा नसते.
अंडरशॉट वॉटरव्हीलची कार्यक्षमता किंचित सुधारण्याचा एक मार्ग म्हणजे नदीतील पाण्याचा काही टक्के भाग एका अरुंद चॅनल किंवा नलिकेतून वळवणे, जेणेकरून वळवलेल्या पाण्याचा १००% वापर चाक फिरवण्यासाठी होईल. हे साध्य करण्यासाठी, अंडरशॉट चाक अरुंद असावे लागते आणि ते चॅनलमध्ये अगदी अचूकपणे बसवावे लागते, जेणेकरून पाणी बाजूने बाहेर वाहून जाणार नाही, किंवा पॅडलची संख्या किंवा आकार वाढवावा लागतो.

ओव्हरशॉट वॉटरव्हील डिझाइन
ओव्हरशॉट वॉटर व्हील डिझाइन हा वॉटरव्हील डिझाइनचा सर्वात सामान्य प्रकार आहे. ओव्हरशॉट वॉटरव्हील हे त्याच्या बांधणीत आणि रचनेत आधीच्या अंडरशॉट वॉटरव्हीलपेक्षा अधिक गुंतागुंतीचे असते, कारण त्यात पाणी पकडण्यासाठी आणि धरून ठेवण्यासाठी दोन्हीसाठी बादल्या किंवा लहान कप्प्यांचा वापर केला जातो.
चाकाच्या वरच्या बाजूने आत येणाऱ्या पाण्याने या बादल्या भरतात. भरलेल्या बादल्यांमधील पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे चाक त्याच्या मध्यवर्ती अक्षाभोवती फिरते आणि त्याच वेळी चाकाच्या दुसऱ्या बाजूच्या रिकाम्या बादल्या हलक्या होतात.
या प्रकारचे जलचक्र उत्पादन वाढवण्यासाठी गुरुत्वाकर्षणाचा तसेच पाण्याचाच वापर करते, त्यामुळे ओव्हरशॉट जलचक्र हे अंडरशॉट डिझाइनपेक्षा खूपच अधिक कार्यक्षम असतात, कारण यात जवळजवळ सर्व पाणी आणि त्याचे वजन ऊर्जा निर्मितीसाठी वापरले जाते. तथापि, पूर्वीप्रमाणेच, चाक फिरवण्यासाठी पाण्याची ऊर्जा फक्त एकदाच वापरली जाते, त्यानंतर ते उर्वरित पाण्यासोबत वाहून जाते.
ओव्हरशॉट वॉटरव्हील्स नदी किंवा प्रवाहाच्या वर टांगलेली असतात आणि सामान्यतः टेकड्यांच्या बाजूला बांधली जातात. त्यांना वरून पाणीपुरवठा केला जातो आणि त्यांची उंची (वरच्या भागातील पाणी आणि खालील नदी किंवा प्रवाह यांच्यातील उभे अंतर) ५ ते २० मीटर इतकी कमी असते. पाण्याचा प्रवाह नियंत्रित करण्यासाठी आणि त्याचा वेग वाढवण्यासाठी एक लहान धरण किंवा बंधारा बांधून त्याचा उपयोग केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे पाणी चाकाच्या वरच्या भागापर्यंत पोहोचते आणि त्याला अधिक ऊर्जा मिळते. परंतु, चाक फिरण्यास पाण्याच्या वेगापेक्षा पाण्याचे प्रमाणच मदत करते.

साधारणपणे, ओव्हरशॉट जलचक्र शक्य तितके मोठे बांधले जातात, जेणेकरून पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे चाक फिरण्यासाठी जास्तीत जास्त उंची मिळेल. तथापि, चाक आणि पाण्याच्या वजनामुळे मोठ्या व्यासाची जलचक्रं बांधायला अधिक गुंतागुंतीची आणि खर्चिक असतात.
जेव्हा प्रत्येक बादली पाण्याने भरते, तेव्हा पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे चाक पाण्याच्या प्रवाहाच्या दिशेने फिरते. जसजसा फिरण्याचा कोन चाकाच्या तळाजवळ पोहोचतो, तसतसे बादलीतील पाणी खाली नदीत किंवा ओढ्यात रिकामे होते, परंतु त्याच्या मागे फिरणाऱ्या बादल्यांच्या वजनामुळे चाक त्याच गतीने फिरत राहते. रिकामी बादली फिरणाऱ्या चाकाभोवती फिरत राहते, जोपर्यंत ती पुन्हा वर येत नाही आणि अधिक पाण्याने भरण्यासाठी तयार होत नाही, आणि हे चक्र पुन्हा सुरू होते. ओव्हरशॉट वॉटरव्हील डिझाइनचा एक तोटा हा आहे की, चाकावरून वाहणारे पाणी फक्त एकदाच वापरले जाते.

पिचबॅक वॉटरव्हील डिझाइन
पिचबॅक वॉटर व्हील डिझाइन हे पूर्वीच्या ओव्हरशॉट वॉटरव्हीलचाच एक प्रकार आहे, कारण यातही चाक फिरवण्यासाठी पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणाचा वापर केला जातो, पण त्याचबरोबर अतिरिक्त जोर देण्यासाठी त्याच्या खालून वाहणाऱ्या सांडपाण्याच्या प्रवाहाचाही उपयोग केला जातो. या प्रकारच्या वॉटरव्हील डिझाइनमध्ये कमी दाबाच्या (लो हेड) इनफीड सिस्टीमचा वापर केला जातो, जी वरच्या पेंट्रफमधून चाकाच्या वरच्या भागाजवळ पाणी पुरवते.
ओव्हरशॉट वॉटरव्हीलच्या विपरीत, जे पाणी थेट चाकावरून वाहू देते आणि त्यामुळे ते पाण्याच्या प्रवाहाच्या दिशेने फिरते, पिचबॅक वॉटरव्हील एका नरसाळ्याद्वारे पाणी उभ्या दिशेने खाली असलेल्या बादलीत सोडते, ज्यामुळे चाक वरच्या पाण्याच्या प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेने फिरते.
मागील ओव्हरशॉट वॉटरव्हीलप्रमाणेच, बादल्यांमधील पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे चाक फिरते, परंतु ते घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने फिरते. फिरण्याचा कोन चाकाच्या तळाशी पोहोचताच, बादल्यांमध्ये अडकलेले पाणी खाली रिकामे होते. रिकामी बादली चाकाला जोडलेली असल्यामुळे, ती पुन्हा वर येऊन अधिक पाणी भरण्यासाठी तयार होईपर्यंत पूर्वीप्रमाणेच चाकासोबत फिरत राहते आणि हे चक्र पुन्हा सुरू होते.
यावेळचा फरक हा आहे की, फिरणाऱ्या बादलीतून रिकामे झालेले सांडपाणी फिरणाऱ्या चाकाच्या दिशेने वाहून जाते (कारण त्याला जाण्यासाठी दुसरी जागा नसते), अगदी अंडरशॉट वॉटरव्हीलच्या तत्त्वाप्रमाणे. त्यामुळे पिचबॅक वॉटरव्हीलचा मुख्य फायदा हा आहे की, ते चाकाला त्याच्या मध्यवर्ती अक्षाभोवती फिरवण्यासाठी पाण्याच्या ऊर्जेचा दोनदा वापर करते, एकदा वरून आणि एकदा खालून.
याचा परिणाम असा होतो की, पाणचक्कीच्या रचनेची कार्यक्षमता पाण्याच्या ऊर्जेच्या ८०% पेक्षा जास्त वाढते, कारण ती आत येणाऱ्या पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे, वरून बादल्यांमध्ये येणाऱ्या पाण्याच्या दाबामुळे, तसेच खालून बादल्यांवर दाब टाकणाऱ्या सांडपाण्याच्या प्रवाहामुळे चालते. तथापि, पिचबॅक पाणचक्कीचा तोटा हा आहे की, त्यासाठी चाकाच्या अगदी वर च्युट्स आणि पेंट्रफ्ससह थोडी अधिक गुंतागुंतीची पाणीपुरवठा व्यवस्था आवश्यक असते.

ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हील डिझाइन
ब्रेस्टशॉट वॉटर व्हील डिझाइन हे आणखी एक उभ्या स्थितीत बसवलेले वॉटरव्हील डिझाइन आहे, ज्यामध्ये पाणी चाकाच्या अक्षाच्या उंचीवर साधारणपणे अर्ध्यावर किंवा त्याच्या किंचित वर बादल्यांमध्ये प्रवेश करते आणि नंतर चाकाच्या फिरण्याच्या दिशेने खालच्या बाजूने बाहेर वाहते. सामान्यतः, ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हीलचा वापर अशा परिस्थितीत केला जातो, जिथे ओव्हरशॉट किंवा पिचबॅक वॉटरव्हील डिझाइनला वरून शक्ती देण्यासाठी पाण्याची उंची अपुरी असते.
येथील तोटा हा आहे की, पूर्वीच्या तुलनेत, जिथे पाण्याचे गुरुत्वाकर्षण वजन अर्ध्या आवर्तनासाठी वापरले जात असे, इथे ते केवळ आवर्तनाच्या सुमारे एक चतुर्थांश भागासाठीच वापरले जाते. ही कमी उंची भरून काढण्यासाठी, पाण्यातून आवश्यक प्रमाणात स्थितीज ऊर्जा काढता यावी म्हणून जलचक्राच्या बादल्या अधिक रुंद बनवल्या जातात.
ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हीलमध्ये चाक फिरवण्यासाठी पाण्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या वजनाचा साधारणपणे तितकाच वापर होतो, परंतु पाण्याची उंची सामान्य ओव्हरशॉट वॉटरव्हीलच्या तुलनेत निम्मी असल्यामुळे, बादल्यांमध्ये साठणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण वाढवण्यासाठी त्या पूर्वीच्या वॉटरव्हीलच्या डिझाइनपेक्षा खूपच रुंद असतात. या प्रकारच्या डिझाइनचा तोटा म्हणजे प्रत्येक बादलीतून वाहून जाणाऱ्या पाण्याची रुंदी आणि वजन वाढते. पिचबॅक डिझाइनप्रमाणेच, ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हील पाण्याच्या ऊर्जेचा दुप्पट वापर करते, कारण हे वॉटरव्हील पाण्यात तरंगत राहील अशा प्रकारे डिझाइन केलेले असते, ज्यामुळे प्रवाहाबरोबर पुढे वाहून जाणारे सांडपाणी चाकाच्या फिरण्यास मदत करते.

पाणचक्की वापरून वीज निर्माण करा
ऐतिहासिकदृष्ट्या, पाणचक्कीचा उपयोग पीठ, धान्य दळण्यासाठी आणि इतर तत्सम यांत्रिक कामांसाठी केला जात असे. परंतु पाणचक्कीचा उपयोग वीज निर्मितीसाठी देखील केला जाऊ शकतो, ज्याला जलविद्युत प्रणाली (हायड्रो पॉवर सिस्टीम) म्हणतात. पाणचक्कीच्या फिरणाऱ्या दांड्याला, ड्राइव्ह बेल्ट आणि कप्पी वापरून थेट किंवा अप्रत्यक्षपणे, विद्युत जनरेटर जोडून, ​​सौर ऊर्जेच्या विपरीत, पाणचक्कीचा उपयोग दिवसाचे २४ तास सतत वीज निर्माण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. जर पाणचक्कीची रचना योग्य प्रकारे केली असेल, तर एक लहान किंवा "सूक्ष्म" जलविद्युत प्रणाली एका सामान्य घरातील दिवे आणि/किंवा विद्युत उपकरणे चालवण्यासाठी पुरेशी वीज निर्माण करू शकते.
असे वॉटरव्हील जनरेटर शोधा जे तुलनेने कमी वेगात सर्वोत्तम उत्पादन देण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. लहान प्रकल्पांसाठी, कमी-गती जनरेटर म्हणून एक लहान डीसी मोटर किंवा ऑटोमोटिव्ह अल्टरनेटर वापरला जाऊ शकतो, परंतु हे खूप जास्त वेगाने काम करण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात, त्यामुळे कोणत्यातरी प्रकारच्या गिअरिंगची आवश्यकता असू शकते. पवन टर्बाइन जनरेटर हा एक आदर्श वॉटरव्हील जनरेटर ठरतो, कारण तो कमी वेगात जास्त उत्पादन देण्यासाठी डिझाइन केलेला असतो.
जर तुमच्या घराजवळ किंवा बागेजवळ वापरण्यायोग्य, बऱ्यापैकी वेगाने वाहणारी नदी किंवा ओढा असेल, तर पवन ऊर्जा किंवा सौर ऊर्जा यांसारख्या अक्षय ऊर्जा स्रोतांच्या तुलनेत लहान जलविद्युत प्रणाली हा एक चांगला पर्याय ठरू शकतो, कारण त्याचा दृश्य परिणाम खूपच कमी असतो. तसेच, पवन आणि सौर ऊर्जेप्रमाणेच, स्थानिक वीज वितरण ग्रीडला जोडलेल्या, ग्रीड-कनेक्टेड लहान जलचक्र-आधारित वीज निर्मिती प्रणालीद्वारे, तुम्ही निर्माण केलेली परंतु न वापरलेली कोणतीही वीज वीज कंपनीला परत विकली जाऊ शकते.
जलऊर्जेवरील पुढील ट्युटोरियलमध्ये, आपण जलविद्युत निर्मितीसाठी आपल्या वॉटरव्हील डिझाइनला जोडू शकणाऱ्या विविध प्रकारच्या टर्बाइन पाहणार आहोत. वॉटरव्हील डिझाइनबद्दल आणि पाण्याच्या शक्तीचा वापर करून स्वतःची वीज कशी निर्माण करावी याबद्दल अधिक माहितीसाठी, किंवा उपलब्ध असलेल्या विविध वॉटरव्हील डिझाइन्सबद्दल अधिक जलऊर्जेची माहिती मिळवण्यासाठी, किंवा जलऊर्जेचे फायदे आणि तोटे जाणून घेण्यासाठी, वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या वॉटरव्हीलची तत्त्वे आणि रचना यावरील आपली प्रत आजच ॲमेझॉनवरून ऑर्डर करण्यासाठी येथे क्लिक करा.