अक्षीय टर्बाइन

एक रेडियल टर्बाइन अक्षीय टरबाइन है जिसमें काम कर रहे तरल पदार्थ का प्रवाह शाफ्ट के लिए रेडियल होता है। अक्षीय टर्बाइन और रेडियल टर्बाइन के बीच का अंतर घटकों (कंप्रेसर और टर्बाइन) के माध्यम से तरल पदार्थ के प्रवाह के तरीके में होता है। जबकि एक अक्षीय टर्बाइन के लिए रोटर द्रव प्रवाह द्वारा 'प्रभावित' होता है, एक रेडियल टर्बाइन के लिए, प्रवाह सुचारू रूप से रोटेशन अक्ष के लंबवत उन्मुख होता है, और यह टर्बाइन को उसी तरह चलाता है जैसे पानी एक पनचक्की  चलाता है। परिणाम कम यांत्रिक तनाव (और गर्म काम करने वाले तरल पदार्थ के मामले में कम थर्मल तनाव) है जो अक्षीय टर्बाइनों की तुलना में एक रेडियल टरबाइन को सरल, अधिक मजबूत और अधिक कुशल (समान शक्ति रेंज में) सक्षम बनाता है। जब उच्च शक्ति रेंज (5 मेगावाट से ऊपर) की बात आती है तो रेडियल टर्बाइन प्रतिस्पर्धी नहीं रह जाता है (इसके भारी और महंगे रोटर के कारण) और दक्षता अक्षीय टर्बाइनों के समान हो जाती है।



लाभ और चुनौतियां
एक अक्षीय प्रवाह टर्बाइन की तुलना में, एक रेडियल टर्बाइन अपेक्षाकृत उच्च दबाव अनुपात (≈4) प्रति चरण कम प्रवाह दर के साथ नियोजित कर सकता है। इस प्रकार ये मशीनें निम्न विशिष्ट गति और शक्ति श्रेणी में आती हैं। उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए रेडियल चरणों में रोटर ब्लेड को ठंडा करना उतना आसान नहीं है जितना कि अक्षीय टरबाइन चरणों में। परिवर्तनीय कोण नोजल ब्लेड ऑफ-डिज़ाइन पॉइंट ऑपरेशन पर भी रेडियल टर्बाइन चरण में उच्च स्तर की क्षमता प्रदान कर सकते हैं। हाइड्रो टर्बाइन के परिवार में, फ्रांसिस टर्बाइन एक बहुत प्रसिद्ध IFR टरबाइन है जो अपेक्षाकृत बड़े प्ररित करनेवाला के साथ बहुत बड़ी शक्ति उत्पन्न करता है।

रेडियल टर्बाइनों के घटक
पूर्ण वेग सी के रेडियल और स्पर्शरेखा घटक2 सी हैंr2 और सीq2, क्रमश। प्रवाह के सापेक्ष वेग और रोटर की परिधीय गति w हैं2 और आप2 क्रमश। रोटर ब्लेड प्रविष्टि पर वायु कोण किसके द्वारा दिया जाता है
 * $$\,\tan{\beta_2} =\frac{c_{r2}}{c_{\theta 2} - u_2}$$

एन्थैल्पी और एंट्रॉपी आरेख
नोज़ल प्रविष्टि पर गैस की ठहराव स्थिति को बिंदु 01 द्वारा दर्शाया गया है। गैस एक दबाव p से नोज़ल में रूद्धोष्म रूप से फैलती है।1ऊपर2c से इसके वेग में वृद्धि के साथ1सी के लिए2. चूँकि यह एक ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया है, ठहराव एन्थैल्पी स्थिर रहता है लेकिन ठहराव दबाव कम हो जाता है (p01 > पी02) घाटे के कारण। रोटर में ऊर्जा परिवर्तन प्रक्रिया के साथ ऊर्जा हस्तांतरण होता है।



टोंटी वेग
एक संदर्भ वेग (सी0) आइसेंट्रोपिक वेलोसिटी के रूप में जाना जाता है, स्पाउटिंग वेलोसिटी या स्टेज टर्मिनल वेलोसिटी को उस वेलोसिटी के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो स्टेज के प्रवेश और निकास दबावों के बीच गैस के आइसेंट्रोपिक विस्तार के दौरान प्राप्त की जाएगी।


 * $$\,C_0 = \sqrt{2C_p\,T_{01}\,\left(1 - \left(\frac{p_3}{p_{01}}\right)^\frac{\gamma - 1}{\gamma}\right)}$$

स्टेज दक्षता
वाष्प टरबाइन | कुल-से-स्थैतिक दक्षता कार्य के इस मूल्य पर आधारित है।


 * $$\begin{align}

\eta_\text{ts} &= \frac{h_{01} - h_{03}}{h_{01} - h_{3ss}} = \frac{\psi\,u_2^2}{C_p\,T_{01}\left(1 - \left(\frac{p_3}{p_{01}}\right)^\frac{\gamma - 1}{\gamma}\right)} \end{align}$$

प्रतिक्रिया की डिग्री
नोज़ल और रोटर ब्लेड में आपेक्षिक दबाव या एन्थैल्पी ड्रॉप का निर्धारण चरण की प्रतिक्रिया की डिग्री द्वारा किया जाता है। यह द्वारा परिभाषित किया गया है


 * $$R = \frac{\text{static enthalpy drop in rotor}}{\text{stagnation enthalpy drop in stage}}$$

अंश में कोष्ठक के भीतर दो मात्राएँ समान या विपरीत संकेत हो सकती हैं। यह, अन्य कारकों के अलावा, प्रतिक्रिया के मूल्य को भी नियंत्रित करेगा। चरण प्रतिक्रिया C के रूप में घट जाती हैθ2 बढ़ जाती है क्योंकि इसके परिणामस्वरूप नोजल रिंग में स्टेज एन्थैल्पी ड्रॉप का एक बड़ा हिस्सा होता है।



स्टेज लॉस
चरण में वायुगतिकीय हानियों के कारण चरण कार्य आइसेंट्रोपिक चरण एन्थैल्पी ड्रॉप से ​​कम है। टर्बाइन शाफ्ट पर वास्तविक आउटपुट रोटर डिस्क और बेयरिंग घर्षण के कारण हुए नुकसान को घटाकर स्टेज वर्क के बराबर है।

1. Skin friction and separation losses in the scroll and nozzle ring
 * They depend on the geometry and the coefficient of skin friction of these components.

2. Skin friction and separation losses in the rotor blade channels
 * These losses are also governed by the channel geometry, coefficient of skin friction and the ratio of the relative velocities w3/w2. In the ninety degree IFR turbine stage, the losses occurring in the radial and axial sections of the rotor are sometimes separately considered.

3. Skin friction and separation losses in the diffuser
 * These are mainly governed by the geometry of the diffuser and the rate of diffusion.

4. Secondary losses
 * These are due to circulatory flows developing into the various flow passages and are principally governed by the aerodynamic loading of the blades. The main parameters governing these losses are b2/d2, d3/d2 and hub-tip ratio at the rotor exit.

5. Shock or incidence losses
 * At off-design operation, there are additional losses in the nozzle and rotor blade rings on account of incidence at the leading edges of the blades. This loss is conventionally referred to as shock loss though it has nothing to do with the shock waves.

6. Tip clearance loss
 * This is due to the flow over the rotor blade tips which does not contribute to the energy transfer.



ब्लेड से गैस की गति अनुपात
ब्लेड-से-गैस गति अनुपात को आइसेंट्रोपिक चरण टर्मिनल वेग सी के रूप में व्यक्त किया जा सकता है0.


 * $$\,\sigma_s = \frac{u_2}{c_0} = [2 (1 + \phi_2 \cot{\beta_2})]^{-\frac{1}{2}}$$

के लिए
 * β2 = 90 हे
 * पीs ≈ 0.707



जावक-प्रवाह रेडियल चरण
बाहरी प्रवाह रेडियल टर्बाइन चरणों में, गैस या भाप का प्रवाह छोटे व्यास से बड़े व्यास तक होता है। मंच में स्थिर और गतिमान ब्लेडों की एक जोड़ी होती है। बड़े व्यास पर क्रॉस-सेक्शन का बढ़ता क्षेत्र विस्तारित गैस को समायोजित करता है।

यह विन्यास भाप और गैस टर्बाइनों के साथ लोकप्रिय नहीं हुआ। केवल एक ही जो अधिक सामान्यतः कार्यरत है वह है फ्रेड्रिक जुंगस्ट्रॉम इसमें विपरीत दिशाओं में घूमने वाली दो डिस्क से प्रक्षेपित कैंटिलीवर ब्लेड के छल्ले होते हैं। एक दूसरे के संबंध में, दो आसन्न पंक्तियों में ब्लेड का सापेक्ष परिधीय वेग अधिक होता है। यह प्रति चरण एन्थैल्पी ड्रॉप का उच्च मान देता है।

निकोला टेस्ला की चाकू रहित रेडियल टर्बाइन
1900 की शुरुआत में, निकोला टेस्ला ने अपने ब्लेडलेस टेस्ला टर्बाइन का विकास और पेटेंट कराया। ब्लेड वाले टर्बाइनों के साथ कठिनाइयों में से एक ब्लेड वाले रोटर को संतुलित करने और बनाने के लिए जटिल और अत्यधिक सटीक आवश्यकताएं हैं जो बहुत अच्छी तरह से संतुलित होनी चाहिए। ब्लेड जंग और गुहिकायन के अधीन हैं। टेस्ला ने रोटर के ब्लेड के लिए बारीकी से दूरी वाली डिस्क की एक श्रृंखला को प्रतिस्थापित करके इस समस्या पर हमला किया। कार्यशील द्रव डिस्क के बीच बहता है और आवेग या प्रतिक्रिया के बजाय सीमा परत प्रभाव या आसंजन और चिपचिपाहट के माध्यम से रोटर को अपनी ऊर्जा स्थानांतरित करता है। टेस्ला ने कहा कि उसकी टर्बाइन भाप द्वारा अविश्वसनीय रूप से उच्च दक्षता प्राप्त कर सकती है। टेस्ला द्वारा दावा की गई दक्षताओं को प्राप्त करने वाली टेस्ला टर्बाइनों का कोई प्रलेखित साक्ष्य नहीं है। उनमें टर्बाइन या पंप की भूमिका में समग्र दक्षता कम पाई गई है। हाल के दशकों में ब्लैडलेस टर्बाइन और पेटेंट डिज़ाइन के विकास पर और शोध किया गया है जो एथिलीन ग्लाइकॉल, फ्लाई ऐश, रक्त, चट्टानों और यहां तक ​​कि जीवित मछली जैसे संक्षारक/अपघर्षक और पंप करने में कठिन सामग्री के साथ काम करता है।

संदर्भ

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