कापलान टर्बाइन

कापलान टर्बाइन एक प्रोपेलर-प्रकार की जल टर्बाइन है जिसमें समायोज्य ब्लेड हैं। इसे 1913 में ऑस्ट्रियाई प्रोफेसर विक्टर कापलान द्वारा विकसित किया गया था। जिन्होंने प्रवाह और हाइड्रोलिक हेड की एक विस्तृत श्रृंखला पर दक्षता प्राप्त करने के लिए स्वचालित रूप से समायोजित विकेट गेट (हाइड्रोलिक्स) के साथ स्वचालित रूप से समायोजित प्रोपेलर ब्लेड को जोड़ा।

कापलान टर्बाइन फ्रांसिस टर्बाइन का एक विकास था। इसके आविष्कार ने लो-हेड (हाइड्रोलिक) अनुप्रयोगों में कुशल बिजली उत्पादन की अनुमति दी जो फ्रांसिस टर्बाइनों के साथ संभव नहीं था। सिर से है 10 to 70 m और उत्पादन 5 से 200 मेगावाट तक है। रनर व्यास के बीच हैं 2 and 11 m. टर्बाइन एक स्थिर दर पर घूमते हैं, जो सुविधा से सुविधा में भिन्न होती है। यह दर 54.5 आरपीएम (अलबेनी फॉल्स डैम) से लेकर 450 आरपीएम तक कम है। कापलान टर्बाइन अब दुनिया भर में व्यापक रूप से उच्च प्रवाह, कम सिर बिजली उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

विकास
ब्रून, ऑस्ट्रिया-हंगरी (अब ब्रनो, चेकिया) में रहने वाले विक्टर कापलान ने 1912 में एडजस्टेबल ब्लेड प्रोपेलर टर्बाइन के लिए अपना पहला पेटेंट प्राप्त किया। लेकिन व्यावसायिक रूप से सफल मशीन के विकास में एक और दशक लगेगा। कपलान गुहिकायन की समस्याओं से जूझ रहे थे, और 1922 में स्वास्थ्य कारणों से अपने शोध को छोड़ दिया।

1919 में कपलान ने पोडेब्राडी (अब चेकिया में) में एक प्रदर्शन इकाई स्थापित की। 1922 में वॉथ ने मुख्य रूप से नदियों पर उपयोग के लिए 1100 एचपी (लगभग 800 केडब्ल्यू) कापलान टर्बाइन पेश किया। 1924 में स्वीडन के लिटिल ऑड में 8 मेगावाट की एक इकाई चालू हुई। इसने कपलान टर्बाइनों की व्यावसायिक सफलता और व्यापक स्वीकृति का शुभारंभ किया।

संचालन का सिद्धांत
कापलान टर्बाइन एक आवक प्रवाह रिएक्शन (भौतिकी) टर्बाइन है, जिसका अर्थ है कि टरबाइन के माध्यम से चलने और अपनी ऊर्जा छोड़ने पर कार्यशील द्रव दबाव को बदलता है। हाइड्रोस्टेटिक हेड और बहते पानी की गतिज ऊर्जा दोनों से शक्ति प्राप्त होती है। डिजाइन रेडियल और अक्षीय टर्बाइनों की विशेषताओं को जोड़ती है।

इनलेट एक स्क्रॉल-आकार की ट्यूब है जो टरबाइन के विकेट गेट के चारों ओर लपेटी जाती है। पानी को विकेट गेट और सर्पिल के माध्यम से एक प्रोपेलर के आकार के रनर पर निर्देशित किया जाता है, जिससे यह घूमता है।

आउटलेट एक विशेष आकार की मरौदा नली है जो पानी को धीमा करने और गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने में मदद करती है।

जब तक ड्राफ्ट ट्यूब पानी से भरी रहती है तब तक टर्बाइन को जल प्रवाह के निम्नतम बिंदु पर होने की आवश्यकता नहीं होती है। एक उच्च टर्बाइन स्थान, तथापि, ड्राफ्ट ट्यूब द्वारा टर्बाइन ब्लेड पर लगाए गए सक्शन को बढ़ाता है। परिणामी दबाव में कमी से गुहिकायन हो सकता है।

विकेट गेट और टर्बाइन ब्लेड की परिवर्तनीय ज्यामिति प्रवाह स्थितियों की एक श्रृंखला के लिए कुशल संचालन की अनुमति देती है। कापलान टर्बाइन दक्षता आमतौर पर 90% से अधिक होती है, लेकिन बहुत कम सिर वाले अनुप्रयोगों में कम हो सकती है। अनुसंधान के वर्तमान क्षेत्रों में कम्प्यूटेशनल तरल सक्रिय (सीएफडी) संचालित दक्षता में सुधार और नए डिजाइन शामिल हैं जो मछली के जीवित रहने की दर को बढ़ाते हैं।

क्योंकि प्रोपेलर ब्लेड उच्च दबाव वाले हाइड्रोलिक तेल बीयरिंगों पर घूमते हैं, कापलान डिजाइन का एक महत्वपूर्ण तत्व जलमार्ग में तेल के उत्सर्जन को रोकने के लिए एक सकारात्मक सील बनाए रखना है। संसाधनों की बर्बादी और परिणामस्वरूप पारिस्थितिक क्षति के कारण नदियों में तेल का निर्वहन वांछनीय नहीं है।

अनुप्रयोग
कापलान टर्बाइन का व्यापक रूप से बिजली उत्पादन के लिए दुनिया भर में उपयोग किया जाता है। वे निम्नतम हेड हाइड्रो साइटों को कवर करते हैं और विशेष रूप से उच्च प्रवाह स्थितियों के लिए अनुकूल हैं।

कापलान टर्बाइन मॉडल पर सस्ते माइक्रो टर्बाइन 3 मीटर हेड के लिए डिज़ाइन किए गए व्यक्तिगत बिजली उत्पादन के लिए निर्मित किए जाते हैं जो पर्याप्त जल प्रवाह प्रदान करने पर अत्यधिक कम प्रदर्शन पर 0.3 मीटर हेड के साथ काम कर सकते हैं। बड़े कापलान टर्बाइनों को व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक साइट के लिए उच्चतम संभव दक्षता पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, आमतौर पर 90% से अधिक। वे डिजाइन, निर्माण और स्थापित करने के लिए बहुत महंगे हैं, लेकिन दशकों तक काम करते हैं।

उन्होंने हाल ही में अपतटीय तरंग ऊर्जा उत्पादन में एक नया अनुप्रयोग पाया है, वेव ड्रैगन देखें।

विविधताएं
कापलान टर्बाइन प्रोपेलर-प्रकार टर्बाइनों का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन कई अन्य भिन्नताएं मौजूद हैं:
 * प्रोपेलर टर्बाइनों में गैर-समायोज्य प्रोपेलर वैन होते हैं। उनका उपयोग वहां किया जाता है जहां प्रवाह / शक्ति की सीमा बड़ी नहीं होती है। केवल कुछ फुट सिर (हाइड्रोलिक) से कई सौ वाट उत्पादन के लिए वाणिज्यिक उत्पाद मौजूद हैं। बड़े प्रोपेलर टर्बाइन 100 मेगावाट से अधिक का उत्पादन करते हैं। उत्तरी क्यूबेक में ला ग्रांडे -1 जनरेटिंग स्टेशन पर, 12 प्रोपेलर टर्बाइन 1368 मेगावाट उत्पन्न करते हैं।
 * बल्ब या ट्यूबलर टर्बाइन को जल वितरण ट्यूब में डिज़ाइन किया गया है। एक बड़ा बल्ब पानी के पाइप में केंद्रित होता है जो जनरेटर, विकेट गेट और रनर को रखता है। ट्यूबलर टर्बाइन पूरी तरह से अक्षीय डिजाइन हैं, जबकि कापलान टर्बाइन में रेडियल विकेट गेट है।
 * पिट टर्बाइन एक गियर बॉक्स के साथ बल्ब टर्बाइन हैं। यह एक छोटे जनरेटर और बल्ब के लिए अनुमति देता है।
 * स्ट्राफ्लो टर्बाइन अक्षीय टर्बाइन होते हैं जिनमें जल चैनल के बाहर जनरेटर होता है, जो रनर की परिधि से जुड़ा होता है।
 * एस-टरबाइन जनरेटर को जल चैनल के बाहर रखकर बल्ब हाउसिंग की आवश्यकता को समाप्त करते हैं। यह जल चैनल में एक जॉग और रनर और जनरेटर को जोड़ने वाले शाफ्ट के साथ पूरा किया जाता है।
 * वीएलएच टर्बाइन एक खुला प्रवाह है, पानी के प्रवाह के लिए एक कोण पर झुका हुआ बहुत कम सिर कापलान टरबाइन है। इसका एक बड़ा व्यास> 3.55 मीटर है, इलेक्ट्रॉनिक पावर रेगुलेशन के साथ सीधे जुड़े शाफ्ट माउंटेड स्थायी चुंबक अल्टरनेटर का उपयोग करके कम गति है और मछली के अनुकूल है (<5% मृत्यु दर)।
 * डाइव टर्बाइन एक वर्टिकल प्रोपेलर टर्बाइन है जिसमें विकेट गेट्स और स्पीड वेरिएशन द्वारा डबल रेगुलेशन है। यह मानक कपलान-टर्बाइनों की तुलना में क्षमता के साथ 4 मेगावाट तक के अनुप्रयोग की एक श्रृंखला को कवर करता है। फिक्स्ड ब्लेड के साथ प्रोपेलर डिज़ाइन के कारण इसे मछली के अनुकूल टर्बाइन माना जाता है। DIVE-Turbine (cropped).png* टायसन टर्बाइन एक स्थिर प्रोपेलर टर्बाइन है जिसे एक तेज बहने वाली नदी में डुबोने के लिए डिज़ाइन किया गया है, या तो नदी के तल में स्थायी रूप से लंगर डाला गया है, या एक नाव या बार्ज से जुड़ा हुआ है।

यह भी देखें

 * बांकी टर्बाइन
 * मरौदा नली
 * फ्रांसिस टरबाइन
 * गोरलोव हेलिकल टर्बाइन
 * जलविद्युत
 * जलविद्युत
 * पेल्टन व्हील
 * पेंच टरबाइन
 * सेंसर मछली, एक उपकरण जिसका उपयोग मछली के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए किया जाता है फ्रांसिस और कापलान टर्बाइनों के माध्यम से यात्रा करना
 * टर्बोमशीनरी में त्रि-आयामी नुकसान और सहसंबंध
 * टर्बाइन
 * जल टर्बाइन

संदर्भ
https://www.wws-wasserkraft.at/en

बाहरी कड़ियाँ

 * National Historic Mechanical Engineering Landmark Kaplan Turbine, retrieved 2010 June 24
 * Bently Nevada Application Note on Hydro turbine vibration, retrieved 2014 August 14
 * 3D model Kaplan turbine, retrieved 2021 February 10