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

व्याख्या:

पेल्टन टरबाइन

परिभाषा: पेल्टन टरबाइन एक प्रकार का हाइड्रोलिक टरबाइन है जो उच्च गति वाले जल जेट की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के सिद्धांत पर काम करता है। यह विशेष रूप से उच्च शीर्ष, निम्न-प्रवाह दर अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जहाँ पानी उच्च ऊंचाई पर उपलब्ध है और बिजली उत्पादन को कुशलतापूर्वक उपयोग करने के लिए आवश्यक है। पेल्टन टरबाइन एक स्पर्शरेखीय प्रवाह आवेग टरबाइन है, जिसका अर्थ है कि पानी का जेट पहिये की परिधि के स्पर्शरेखीय रूप से बाल्टियों से टकराता है।

कार्य सिद्धांत: पेल्टन टरबाइन का कार्य आवेग सिद्धांत पर आधारित है, जहाँ पानी के जेट का संवेग टरबाइन बाल्टियों में स्थानांतरित हो जाता है:

• उच्च ऊंचाई से पानी को एक उच्च-वेग जेट बनाने के लिए एक नोजल के माध्यम से निर्देशित किया जाता है।
• जेट टरबाइन व्हील की परिधि पर लगे घुमावदार बाल्टियों (या ब्लेड) से टकराता है। ये बाल्टियाँ एक केंद्रीय रिज के साथ डबल कप के आकार में डिज़ाइन की जाती हैं, जो जेट को दो हिस्सों में विभाजित करती है, जिससे सुचारू प्रवाह और कुशल ऊर्जा हस्तांतरण होता है।
• पानी के जेट का बल टरबाइन व्हील को घुमाता है, जिससे पानी की गतिज ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
• प्रयुक्त पानी को तब वायुमंडलीय दबाव पर छुट्टी दे दी जाती है बिना किसी सक्शन प्रभाव के।

पेल्टन टरबाइन की प्रमुख विशेषताएँ:

• यह एक आवेग टरबाइन है जहाँ पानी की संपूर्ण दाब ऊर्जा पहले बाल्टियों से टकराने से पहले गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
• पानी का प्रवाह पहिये के स्पर्शरेखीय होता है, इसे स्पर्शरेखीय प्रवाह टरबाइन के रूप में वर्गीकृत करता है।
• यह उच्च-शीर्ष (आमतौर पर 300 मीटर से ऊपर) और निम्न-प्रवाह दर की स्थितियों के लिए उपयुक्त है।
• पेल्टन टरबाइन की विशिष्ट गति अपेक्षाकृत कम होती है, जो इसे उच्च-शीर्ष अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।
• यह अपनी डिज़ाइन स्थितियों के लिए अत्यधिक कुशल है और 90% या अधिक तक दक्षता प्राप्त कर सकता है।

व्याख्या:

टर्बाइन में प्रवेश करने से पहले भाप में ऊर्जा

• टर्बाइन में प्रवेश करने से पहले, भाप में मुख्य रूप से तापीय ऊर्जा होती है।
• तापीय ऊर्जा किसी निकाय की आंतरिक ऊर्जा होती है जो उसके अणुओं की गतिज ऊर्जा के कारण होती है।
• भाप के संदर्भ में, यह ऊर्जा बॉयलर में उत्पन्न भाप के उच्च तापमान और दबाव के रूप में प्रकट होती है।
• एक सामान्य बिजली संयंत्र में, पानी को बॉयलर में गर्म करके भाप उत्पन्न की जाती है।
• इस भाप को फिर टर्बाइन में निर्देशित किया जाता है। उच्च-दाब, उच्च-तापमान वाली भाप में महत्वपूर्ण तापीय ऊर्जा होती है।
• जैसे ही भाप टर्बाइन से फैलती है, यह तापीय ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो बदले में बिजली उत्पादन के लिए एक विद्युत जनरेटर को चलाती है।

व्याख्या:

हाइड्रो पेनस्टॉक डिज़ाइन

• एक हाइड्रो पेनस्टॉक एक बड़ी पाइप या नाली है जो जल भंडार या बांध से जल विद्युत संयंत्र में टर्बाइनों तक पानी के प्रवाह को निर्देशित करती है।
• जल विद्युत संयंत्र की दक्षता को अधिकतम करने में पेनस्टॉक का डिज़ाइन महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सीधे जल प्रवाह दर और दबाव को प्रभावित करता है, जो बदले में बिजली उत्पादन को प्रभावित करता है।
• पेनस्टॉक का प्राथमिक कार्य उच्च ऊंचाई से पानी को निचले ऊंचाई पर टर्बाइनों तक पहुँचाना है।
• संग्रहीत पानी की स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है क्योंकि यह पेनस्टॉक से होकर बहती है।
• इस गतिज ऊर्जा का उपयोग तब टर्बाइनों को चलाने के लिए किया जाता है, जो बिजली उत्पन्न करती हैं।
• इस प्रक्रिया की दक्षता कई कारकों पर निर्भर करती है, जिसमें पेनस्टॉक का डिज़ाइन और निर्माण शामिल है।

पेनस्टॉक की लंबाई और व्यास सीधे टर्बाइनों तक पहुँचने वाले पानी की प्रवाह दर और दबाव को प्रभावित करते हैं। यहाँ इन मापदंडों के इतने महत्वपूर्ण होने का विस्तृत विवरण दिया गया है:

• पेनस्टॉक की लंबाई: पेनस्टॉक की लंबाई घर्षण के कारण होने वाले शीर्ष हानि को प्रभावित करती है। एक लंबे पेनस्टॉक में अधिक घर्षण हानि होगी, जो पानी के दबाव और प्रवाह दर को कम करती है। इन नुकसानों को कम करने के लिए लंबाई को ठीक से डिज़ाइन करना उच्च दक्षता बनाए रखने के लिए आवश्यक है।
• पेनस्टॉक का व्यास: पेनस्टॉक का व्यास प्रवाह क्षमता निर्धारित करता है। एक बड़ा व्यास कम घर्षण प्रतिरोध के साथ अधिक पानी के प्रवाह की अनुमति देता है, जिससे उच्च दक्षता प्राप्त होती है। हालाँकि, व्यास बढ़ाने से लागत और संरचनात्मक आवश्यकताओं में भी वृद्धि होती है, इसलिए एक इष्टतम संतुलन प्राप्त करना होगा।

अतिरिक्त कारक: जबकि लंबाई और व्यास सबसे महत्वपूर्ण पहलू हैं, अन्य कारक भी पेनस्टॉक डिज़ाइन की दक्षता में भूमिका निभाते हैं:

• सामग्री: पेनस्टॉक की सामग्री इसके स्थायित्व और जंग और दबाव के प्रतिरोध को प्रभावित करती है। सामान्य सामग्री में स्टील और प्रबलित कंक्रीट शामिल हैं।
• आकार और संरेखण: पेनस्टॉक का आकार और संरेखण प्रवाह गतिशीलता को प्रभावित कर सकता है। चिकने वक्र और उचित संरेखण अशांति और ऊर्जा हानि को कम करते हैं।
• सपोर्ट और एंकर: पानी के दबाव का सामना करने और संरचनात्मक विफलताओं को रोकने के लिए पेनस्टॉक का उचित समर्थन और एंकरिंग आवश्यक है।

स्पष्टीकरण:

पेल्टन व्हील:

• पेल्टन व्हील एक प्रकार का आवेग टरबाइन है जिसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च दाबोच्चता जलविद्युत योजनाओं के लिए किया जाता है।
• यह टरबाइन की बाल्टियों पर पानी के जेट का प्रयोग करके पानी की स्थितिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

पेल्टन व्हील की अधिकतम हाइड्रोलिक दक्षता की स्थिति निर्धारित करने के लिए, हमें इनलेट पर जेट के वेग (V) और रनर के वेग (u) के बीच संबंध का विश्लेषण करने की आवश्यकता है।

हाइड्रोलिक दक्षता:

\( {\eta _h} = \frac{{W.D}}{{K.E}} = \frac{{\rho Q\left( {{V} - u} \right)\left( {1 + \cos \phi } \right)u}}{{\frac{1}{2}\rho aV^3}}\)

\( {\eta _h} = \frac{{2 {{(V} - u} )( {1 + \cos \phi } )u}}{{V^2}}\)

V1 के दिए गए मान के लिए दक्षता अधिकतम होगी जब

\(\frac{d}{{du}}\left( {{\eta _n}} \right) = 0 \Rightarrow u = \frac{{{V}}}{2}\)

अर्थात V = 2u

अर्थात् पेल्टन पहिये की हाइड्रोलिक दक्षता तब अधिकतम होगी जब पहिये का वेग प्रवेश पर पानी के जेट के वेग का आधा होगा।

संकल्पना:

पेल्टन पहिया:

यह एक स्पर्शीय प्रवाह वाला आवेग टरबाइन है जिसमें उच्च गति वाले जेट का निर्माण करने के लिए पानी के दबाव ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है और यह जेट इसे घूमने के लिए पहिये से स्पर्शीय रूप से टकराता है। 

टायगन का सूत्र:

इसका उपयोग पेल्टन पहिया वाले टरबाइन में रनर पर बकेट की संख्या निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह निम्न सूत्र द्वारा दिया गया है:

\(Z = 15+{ D\over 2d}\)

जहाँ D = पिच या माध्य व्यास, d = नोजल या जेट व्यास

गणना​:

दिया गया,

D = 1 m, d = 0.1 m

टायगन के सूत्र द्वारा रनर पर बकेट की संख्या

\(Z = 15+{ D\over 2d} = 15+{ 1\over 2\times 0.1}\) = 15 + 5 = 20

व्याख्या:

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।

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

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/प्रोपेलर टरबाइन की विशिष्ट गति की श्रेणी 300 से अधिक होती है।

Important Points

स्पष्टीकरण:

दिया हुआ;

पेल्टन टरबाइन के माध्यम से कुल निर्वहन = 3 m3/s

जेट का क्षेत्रफल = 0.02 m2

जेट का वेग = 75 m/s

गणना:

जेट के माध्यम से निर्वहन = 0.02 × 75 = 1.5 m3/s

\(Number\;of\;jet = \frac{{Total\;discharge}}{{Discharge\;through\;on\;jet}}\) \ _ = \(\frac{3}{{1.5}}\) = 2

संकल्पना:

पेल्टन पहिये की कुल दक्षता को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है,

\({η _o} = \frac{{Shaft \;Power}}{{Water\; Power}}\)

जल शक्ति = ρQgH 

गणना:

दिया गया है:

शाफ़्ट शक्ति = 800 kW, η_o = 0.8, H = 40 m

ρ = 1000 kg/m3, g =10 m/s2

\({η _o} = \frac{{Shaft \;Power}}{{Water\; Power}}\)

\({0.8} = \frac{{800}}{{Water\; Power}}\)

जल शक्ति = 1000 kW

जल शक्ति = ρQgH 

1000 × 10³ = 1000 × Q × 10 × 40

Q = 2.5 m3/s

आवेग टरबाइन: 

• यदि टरबाइन की प्रवेशिका पर उपलब्ध ऊर्जा केवल गतिज ऊर्जा है, तो टरबाइन को आवेग टर्बाइन के रूप में जाना जाता है। प्रवेशिका पर उपलब्ध ऊर्जा केवल गतिज ऊर्जा है यदि इनलेट दाब और आउटलेट दाब वायुमंडलीय दाब के बराबर है।
• उदाहरण: पेलटन टरबाइन

प्रतिक्रिया टरबाइन: 

• टरबाइन की प्रवेशिका पर, पानी में गतिशील ऊर्जा के साथ-साथ दाब ऊर्जा भी होती है।
• उदाहरण: फ्रांसिस टरबाइन, कपलान टरबाइन

Important Points

आवेग:

आवेग किसी वस्तु के संवेग का आकस्मिक परिवर्तन होता है जब किसी बल द्वारा समय के अंतराल में किसी वस्तु पर कार्य किया जाता है।

विशिष्ट गति:

• इसे 1 kW के शक्ति आउटपुट का उत्पादन करने के लिए 1 m के शीर्ष के तहत कार्यरत एक समान टर्बाइन की गति के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• विशिष्ट गति विभिन्न प्रकार के टरबाइन के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए उपयोगी है।
• विशिष्ट गति विभिन्न प्रकार के टर्बाइनों के लिए भिन्न होती है और मॉडल और वास्तविक टर्बाइन के लिए समान होती है।
• टरबाइन की विशिष्ट गति \({N_s} = \;\frac{{N \times \sqrt P }}{{{H^{\frac{5}{4}}}}}\)
• जहां, N = टरबाइन की गति, P = उत्पन्न बिजली, और H = प्राप्त शीर्ष

Calculation:

Given:

P =  kW, N = 300 rpm, H = 100 m

\({N_s} = \;\frac{{300 \times \sqrt {150000} }}{{{{100}^{\frac{5}{4}}}}} = 367.42 = 367\)

वर्णन:

आवेग टरबाइन: 

यदि टरबाइन की प्रवेशिका पर उपलब्ध ऊर्जा केवल गतिज ऊर्जा होती है, तो टरबाइन को आवेग टरबाइन के रूप में जाना जाता है। 

उदाहरण: पेल्टन पहिया वाला टरबाइन। 

पेल्टन पहिये वाली टरबाइन:

यह एक स्पर्शीय प्रवाह वाला आवेग टरबाइन है जिसमें उच्च गति वाले जेट का निर्माण करने के लिए पानी के दबाव ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है और यह जेट इसे घूमने के लिए पहिये से स्पर्शीय रूप से टकराता है। 

पेल्टन पहिये वाले टरबाइन का मुख्य भाग निम्न हैं:

1. नोज़ल और प्रवाह विनियमक व्यवस्था। 
2. वाहक और बकेट
3. ढलाई 
4. ब्रैकिंग जेट 
5. पेनस्टॉक

ड्राफ्ट ट्यूब पेल्टन पहिये वाली टरबाइन का एक भाग नहीं है, यह अक्षीय प्रवाह वाले प्रतिक्रियाशील टरबाइन का मुख्य घटक है। Additional Information

प्रतिक्रियाशील टरबाइन:

यदि टरबाइन की प्रवेशिका पर पानी गतिज ऊर्जा व दबाव ऊर्जा प्रदर्शित करता है, तो ऐसे टरबाइन को प्रतिक्रिया टरबाइन के रूप में जाना जाता है। उदाहरण - फ्रांसिस और केप्लान टरबाइन।

स्पर्शीय प्रवाह वाला टरबाइन:

रेडियल प्रवाह वाला टरबाइन:

इस प्रकार के टरबाइन में पानी रेडियल दिशा में टकराता है। उसके अनुसार इसे आगे निम्न रूप में वर्गीकृत किया गया है

• आंतरिक प्रवाह वाला टरबाइन: प्रवाह परिधि से केंद्र (अभिकेन्द्र प्रकार) तक अंदर की ओर होता है। उदाहरण: पुराना फ्रांसिस टरबाइन। 
• बाहरी प्रवाह वाला टरबाइन: प्रवाह केंद्र से परिधि (अपकेन्द्री प्रकार) तक बाहर की ओर होता है। उदाहरण: फोरफ्रन टरबाइन। 

अक्षीय प्रवाह वाला टरबाइन: 

पानी का प्रवाह शाफ़्ट के अक्ष के समानांतर दिशा में होता है। 

उदाहरण - केप्लान टरबाइन और प्रेरक टरबाइन।

वर्णन:

वाहक पर बकेटों की संख्या: \(Z = 15 + \frac{D}{{2d}}\)

दिया गया है: जेट अनुपात = 12 अर्थात् D/d =12

अब,

वाहक पर बकेटों की संख्या = 15 + 6

∴ बकेट की संख्या = 21

Important Points

पेल्टन पहिये वाली टरबाइन का डिज़ाइन मानदंड:

1. जेट का वेग: प्रवेशिका पर\({V_1} = {C_V}\sqrt {2gH} \)  जहाँ Cv = वेग का गुणांक = 0.98-0.99

2. पहिये का वेग: \(u = \emptyset \sqrt {2gH} \) जहाँ φ गति अनुपात है = 0.43-0.48

3. विक्षेपण का कोण: जब तक उल्लेख नहीं किया गया हो, तब तक 165 ° है।

4. पिच या औसत व्यास: D को \(u = \frac{{\pi DN}}{{60}}\)द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। 

5. जेट अनुपात: \(m = \frac{D}{d}\) (अधिकांश स्थितियों/गणना में 12), d = नोज़ल व्यास या जेट का व्यास 

6. एक वाहक पर बकेटों की संख्या: \(Z = 15 + \frac{D}{{2d}}\) (टाइगुन सूत्र) या, \(Z = 5.4\sqrt m \), m = 6 से 35

7. जेट की संख्या: टरबाइन के माध्यम से प्रवाह के कुल दर को एकल जेट के माध्यम से प्रवाह के दर से विभाजित करके प्राप्त होता है। जेट की संख्या क्षैतिज शाफ़्ट के टरबाइनों के लिए दो से अधिक नहीं होती है और यह ऊर्ध्वाधर शाफ़्ट वाले टरबाइन के लिए छह तक सीमित होती है। 

8. बकेट की संख्या: बकेट की लम्बाई L = 2.5d, बकेट की चौड़ाई B = 5d, बकेट की गहराई Db = 0.8d

व्याख्या:

प्रोत्कर्ष टैंक:

प्रोत्कर्ष टैंक एक बेलनाकार खुले-टॉप भंडारण टैंक है जो एक उपयुक्त बिंदु पर पेनस्टॉक्स के लिए बनाया गया है।

प्रोत्कर्ष टैंक के कार्य:

• प्रोत्कर्ष टैंक जलचालक प्रणाली से जुड़े टैंक हैं।
• यह आपूर्ति लाइन या पेनस्टॉक में अचानक दबाव बढ़ने से रोकता है।
• इसे टरबाइन के यथासंभव निकट रखा गया है।
• यह मांग के अनुसार आपूर्ति को बढ़ाकर और कम करके जल प्रवाह को नियंत्रित करता है।
• यह जल हैमर के प्रभाव का प्रतिरोध करने के लिए आवश्यक उच्च दबाव वाले नाली की लंबाई को कम करता है।

अपकेंद्रीय संपीडक – प्रोत्कर्षण

अपकेंद्रीय पंप – प्राइमिंग

पेल्टन पहिया – आवेग टरबाइन

कप्लान टरबाइन – अक्षीय प्रवाह

वर्णन:

आवेग टरबाइन: यदि टरबाइन के इनलेट पर उपलब्ध ऊर्जा केवल गतिक ऊर्जा है, तो टरबाइन को आवेग टरबाइन के रूप में जाना जाता है। उदाहरण- पेल्टन पहिया टरबाइन।

प्रतिक्रियाशील टरबाइन: यदि टरबाइन के इनलेट पर पानी में गतिक ऊर्जा के साथ साथ दाब ऊर्जा भी होती है, तो टरबाइन को प्रतिक्रियाशील टरबाइन के रूप में जाना जाता है। उदाहरण- फ्रांसिस और कप्लान टरबाइन।

स्पर्शीय प्रवाह टरबाइन: टरबाइन के इस प्रकार में पानी पहिए की सपर्श रेखा की दिशा में रनर से टकराता है। उदाहरण: पेल्टन पहिया टरबाइन।

अरीय प्रवाह टरबाइन: टरबाइन के इस प्रकार में पानी अरीय दिशा में टकराता है। जिसके अनुसार इसे आगे निम्न प्रकार से वर्गीकृत किया जाता है।

• आंतरिक प्रवाह टरबाइन: प्रवाह परिधि से केंद्र (अभिकेन्द्रीय प्रकार) तक अंदर की ओर होता है; उदाहरण: पुराना फ्रांसिस टरबाइन
• बाह्य प्रवाह टरबाइन: प्रवाह केंद्र से परिधि (अपकेंद्रीय प्रकार) तक बाहर की ओर होता है; उदाहरण: फोरनेरोन टरबाइन

अक्षीय प्रवाह टरबाइन: पानी का प्रवाह शाफ़्ट के अक्ष से समानांतर दिशा में होता है। उदाहरण: कप्लान टरबाइन और नोदक टरबाइन।

प्राइमिंग: अपकेंद्रीय पंप के प्राइमिंग को उस प्रक्रिया के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें चूषण पाइप, पंप के आवरण और वितरण वाल्व तक का वितरण पाइप का एक भाग पंप के प्रारंभ होने से पहले तक पंप द्वारा बढ़ाए जाने वाले तरल के साथ बाहरी स्रोत के माध्यम से पूरी तरह से भरा होता है।

प्रोत्कर्षण: एक अपकेंद्रीय संपीडक को एक दिए गए उद्वाष्पक और संघनित्र दाबों के बीच संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। या तो ताप कुंड या शीतित स्थान में विविधता के कारण, वास्तविक उद्वाष्पक और संघनित्र दबाव उनके डिजाइन मान से अलग हो सकते हैं। यह दाब अंतर शीतलन प्रवाह को कम करने और अंत में रोकने या विपरीत दिशा में प्रवाह को कम करने का कारण होता है। शीतलन प्रवाह के इस दोलन और दाब अंतर में तेजी से होती भिन्नता "प्रोत्कर्षण" नामक घटना को बढ़ाती है। प्रोत्कर्षण शोर उत्पन्न करता है और संपीडक और मोटर के बेयरिंगों पर गंभीर दाब लागू करता है, जिससे अंततः यह क्षतिग्रस्त हो जाते हैं।