टर्बाइन: Difference between revisions

[[File:Dampfturbine Montage01.jpg|thumb|upright=1.3|केस के साथ एक भाप टरबाइन खोला गया।]]एक टरबाइन ({{IPAc-en|'|t|ɜːr|b|aɪ|n}} या {{IPAc-en|'|t|ɜːr|b|ɪ|n}}) (ग्रीक से {{lang|grc|τύρβη}}, टायरबो, या [[लैटिन]] टर्बो, अर्थ [[भंवर]])<ref>{{cite web|title=टर्बाइन|url=http://www.etymonline.com/index.php?allowed_in_frame=0&search=टर्बाइन&searchmode=none}}{{cite dictionary|title=turbid|url=http://www.etymonline.com/index.php?term=turbid&allowed_in_frame=0|dictionary=[[Online Etymology Dictionary]]}}</ref><ref>{{LSJ|tu/rbh|τύρβη|ref}}.</ref> एक घूर्णी यांत्रिक उपकरण है जो एक [[द्रव]] प्रवाह से [[ऊर्जा]] निकालता है और इसे उपयोगी कार्य (भौतिकी) में परिवर्तित करता है। एक टरबाइन द्वारा उत्पादित कार्य का उपयोग बिजली के जनित्र के साथ संयुक्त होने पर विद्युत शक्ति उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।<ref name = "Munson">Munson, Bruce Roy, T. H. Okiishi, and Wade W. Huebsch. "Turbomachines." Fundamentals of Fluid Mechanics. 6th ed. Hoboken, NJ: J. Wiley & Sons, 2009. Print.</ref> एक टरबाइन एक [[टर्बोमैचिनरी]] है जिसमें कम से कम एक गतिमान हिस्सा है जिसे घूर्णक समन्वायोजन कहा जाता है, जो [[टरबाइन ब्लेड|टरबाइन]] पत्ती के साथ एक शाफ्ट या ड्रम है।गतिमान द्रव पत्ती पर काम करता है ताकि वे घूर्णक में घूर्णी ऊर्जा प्रदान करें और घूर्णक को प्रदान करें। प्रारंभिक टरबाइन उदाहरण पवनचक्की और [[ जल पहिया |जल पहिया]] हैं।

[[ गैस टर्बाइन | गैस टर्बाइन]], भाप टरबाइन और [[ जल टरबाइन |जल टरबाइन]] टर्बाइन में पत्ती के चारों ओर एक आवरण होता है जिसमें काम करने वाले तरल पदार्थ होते हैं और उसे नियंत्रित करते हैं। भाप टरबाइन के आविष्कार का श्रेय एंग्लो-आयरिश इंजीनियर [[चार्ल्स अल्गर्नन पार्सन्स]] (1854-1931) को प्रतिक्रिया टरबाइन के आविष्कार के लिए और स्वीडिश इंजीनियर [[गुस्ताफ डे लावल]] (1845-1913) को आवेग टरबाइन के आविष्कार के लिए दिया जाता है। आधुनिक भाप टर्बाइन प्रायः एक ही इकाई में प्रतिक्रिया और आवेग दोनों को नियोजित करते हैं, सामान्यतः पत्ती मूलरूप से इसकी परिधि तक प्रतिक्रिया और आवेग की डिग्री को अलग -अलग करते हैं।अलेक्जेंड्रिया के नायक ने पहली शताब्दी में एक [[ aeolip को |वाष्प को]] में टरबाइन सिद्धांत का प्रदर्शन किया और [[विट्रूवियस]] ने उन्हें 70 ईसा पूर्व के आसपास उल्लेख किया।

[[File:WWS Pneumaticlamp.ogg|thumb|जर्मन 1940 के दशक के विंटेज [[ सुरक्षा दीपक |सुरक्षा दीपक]] में इस्तेमाल किए जाने वाले एक छोटे से वायवीय टरबाइन का गुनगुनाना]]

[[File:Turbines impulse v reaction.svg|thumb|upright=1.5|आवेग और प्रतिक्रिया टर्बाइन के योजनाबद्ध, जहां घूर्णक घूर्णन भाग है, और [[स्टेटर]] मशीन का स्थिर हिस्सा है।]]एक कार्यशील तरल में [[संभावित ऊर्जा]] ([[दबाव]] [[सिर (हाइड्रोलिक)|शीर्ष (हाइड्रोलिक)]]) और [[गतिज ऊर्जा]] (वेग शीर्ष ) होती है।द्रव संपीड़ितता या असंगत द्रव हो सकता है। इस ऊर्जा को एकत्रित करने के लिए टर्बाइनों द्वारा कई भौतिक सिद्धांतों को नियोजित किया जाता है:

[[आवेग (भौतिकी)]] टर्बाइन एक उच्च वेग द्रव या गैस जेट के प्रवाह की दिशा को बदलते हैं।परिणामस्वरूप आवेग टरबाइन को घूमता है और द्रव प्रवाह को कम गतिज ऊर्जा के साथ छोड़ देता है। टरबाइन पत्ती(गतिमान ब्लेड) में द्रव या गैस का कोई दबाव परिवर्तन नहीं होता है, जैसा कि भाप या गैस टरबाइन के स्थिति में, सभी दबाव ड्रॉप स्थिर पत्ती (नलिका) में होता है। टरबाइन तक पहुंचने से पहले, द्रव के दबाव शीर्ष को [[ नोक |नोजल]] के साथ द्रव को तेज करके वेग के शीर्ष में बदल दिया जाता है। [[पेल्टन व्हील|पेल्टन व्हील्स]] और भाप टर्बाइन इस प्रक्रिया का विशेष रूप से उपयोग करते हैं। आवेग टर्बाइनों को घूर्णक के चारों ओर एक दबाव की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि तरल जेट घूर्णक पर पत्ती तक पहुंचने से पहले नोजल द्वारा जेट बनाया जाता है।न्यूटन के प्रस्ताव के नियम न्यूटन का दूसरा नियम | इसमें कहा गया है कि किसी पिंड के संवेग परिवर्तन की समय दर परिमाण और दिशा दोनों में उस पर लगाए गए बल के बराबर होती है। किसी पिंड का संवेग उसके द्रव्यमान और वेग के गुणनफल के बराबर होता है। न्यूटन के दूसरे नियम में आवेग टर्बाइनों के लिए ऊर्जा के हस्तांतरण का वर्णन है। आवेग टर्बाइन उन स्थिति में उपयोग के लिए सबसे अधिक कुशल हैं जहां प्रवाह कम है और इनलेट दबाव अधिक है। <ref name = "Munson"/>

[[प्रतिक्रिया (भौतिकी)]] टर्बाइन गैस या द्रव के दबाव या द्रव्यमान पर प्रतिक्रिया करके बल आघूर्ण विकसित करते हैं। टरबाइन घूर्णक पत्ती से गुजरते ही गैस या द्रव का दबाव बदल जाता है।<ref name = "Munson"/>काम करने वाले तरल पदार्थ को सम्मिलित करने के लिए एक दबाव के कारण आवरण की आवश्यकता होती है क्योंकि यह टरबाइन चरण (एस) पर कार्य करता है या टरबाइन को तरल प्रवाह (जैसे कि पवन टर्बाइन के साथ) में पूरी तरह से डूब जाना चाहिए। आवरण में कार्यशील तरल पदार्थ को सम्मिलित किया गया है और, पानी के टर्बाइनों के लिए, [[ मरौदा नली |मरौदा नली]] द्वारा प्रदान किए गए सक्शन को बनाए रखता है। [[फ्रांसिस टर्बाइन]] और अधिकांश भाप टर्बाइन इस अवधारणा का उपयोग करते हैं। संपीड़ित काम करने वाले तरल पदार्थों के लिए, कई टरबाइन चरणों का उपयोग सामान्यतः बढ़ती गैस को कुशलता से दोहन करने के लिए किया जाता है। न्यूटन के प्रस्ताव के नियम न्यूटन का तीसरा नियम | तीसरे नियम को क्रिया और प्रतिक्रिया के नियम के रूप में भी जाना जाता है। स्थिर संतुलन की समस्याओं का विश्लेषण करने में यह कानून महत्वपूर्ण है, जहां सभी बल संतुलित हैं, लेकिन यह समान या त्वरित गति में निकायों पर भी लागू होता है। यह जिन शक्तियों का वर्णन करता है वे वास्तविक हैं, केवल बहीखाता पद्धति नहीं हैं। न्यूटन के तीसरे नियम में प्रतिक्रिया टर्बाइनों के लिए ऊर्जा के हस्तांतरण का वर्णन है। प्रतिक्रिया टर्बाइन उच्च प्रवाह वेग या अनुप्रयोगों के लिए बेहतर अनुकूल होती हैं जहां द्रव शीर्ष (अपस्ट्रीम दबाव) कम होता है। <ref name = "Munson"/>

भाप टर्बाइन के स्थिति में, जैसे कि समुद्री अनुप्रयोगों के लिए या भूमि-आधारित बिजली उत्पादन के लिए उपयोग किया जाएगा, एक पार्सन्स-प्रकार की प्रतिक्रिया टरबाइन को उसी के लिए डे लावल-प्रकार के आवेग टरबाइन के रूप में पत्ती पंक्तियों की संख्या को दोगुना करने की आवश्यकता होगी। ऊष्मीय ऊर्जा रूपांतरण की डिग्री। जबकि यह पार्सन्स टरबाइन को अधिक लंबा और भारी बनाता है, एक प्रतिक्रिया टरबाइन की समग्र दक्षता एक ही ऊष्मीय ऊर्जा रूपांतरण के लिए समान आवेग टरबाइन की तुलना में थोड़ी अधिक होती है।

19 वीं शताब्दी के मध्य में शास्त्रीय टरबाइन डिजाइन के तरीके विकसित किए गए थे।वेक्टर विश्लेषण टरबाइन आकार और घूर्णन के साथ द्रव प्रवाह से संबंधित है।ग्राफ़िकल गणना विधियों का उपयोग पहले किया गया था। ऊष्मा इंजन टर्बाइनों (साथ ही पिस्टन) का उपयोग करते हैं क्योंकि वे कुशलता से तरल पदार्थों से ऊर्जा निकाल सकते हैं। इसके अतिरिक्त, टर्बाइनों को काफी कम रखरखाव की आवश्यकता होती है। टरबाइन भागों के मूल आयामों के लिए सूत्र अच्छी तरह से प्रलेखित हैं और एक अत्यधिक कुशल मशीन को किसी भी द्रव [[प्रवाह कंडीशनिंग]] के लिए मज़बूती से डिज़ाइन किया जा सकता है।कुछ गणना अनुभवजन्य या 'अंगूठे का नियम' सूत्र हैं, और अन्य [[शास्त्रीय यांत्रिकी]] पर आधारित हैं।अधिकांश इंजीनियरिंग गणनाओं के साथ, सरल मान्यताओं को बनाया गया था।

[[File:Turbine inlet guide vanes of Atar turbojet.jpg|thumb|टर्बाइन इनलेट गाइड एक [[टर्बोजेट]] के वैन]]एक टरबाइन चरण के बुनियादी प्रदर्शन की गणना करने के लिए वेग त्रिकोण का उपयोग किया जा सकता है।गैस स्थिर टरबाइन नोजल गाइड वैन को निरपेक्ष वेग v पर बाहर निकालती है_a1।घूर्णक घूर्णक के सापेक्ष वेग यू पर घूमता है, गैस का वेग जैसा कि घूर्णक प्रवेश द्वार पर लगाया जाता है_r1।गैस को घूर्णक द्वारा घुमाया जाता है और बाहर निकलता है, घूर्णक के सापेक्ष, वेलोसिटी वी पर_r2।हालांकि, निरपेक्ष शब्दों में घूर्णक निकास वेग v है_a2।वेग त्रिकोणों का निर्माण इन विभिन्न वेग वैक्टर का उपयोग करके किया जाता है।वेलोसिटी त्रिकोणों का निर्माण किसी भी खंड में ब्लेडिंग के माध्यम से किया जा सकता है (उदाहरण के लिए: हब, टिप, midsection और इतने पर) लेकिन सामान्यतः माध्य चरण त्रिज्या पर दिखाया जाता है।मंच के लिए औसत प्रदर्शन की गणना वेग त्रिकोण से, इस त्रिज्या पर, यूलर समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

कहाँ पे:

आधुनिक टरबाइन डिजाइन गणना को और आगे ले जाता है।कम्प्यूटेशनल द्रव की गतिशीलता शास्त्रीय सूत्रों को प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली सरल मान्यताओं में से कई के साथ फैलाव करती है और कंप्यूटर सॉफ्टवेयर अनुकूलन की सुविधा देता है।इन उपकरणों ने पिछले चालीस वर्षों में टरबाइन डिजाइन में लगातार सुधार किया है।

एक टरबाइन का प्राथमिक संख्यात्मक वर्गीकरण इसकी [[विशिष्ट गति]] है।यह संख्या शक्ति और प्रवाह दर के संबंध में अपनी अधिकतम दक्षता पर टरबाइन की गति का वर्णन करती है।विशिष्ट गति टरबाइन आकार से स्वतंत्र होने के लिए ली गई है।द्रव प्रवाह की स्थिति और वांछित शाफ्ट आउटपुट गति को देखते हुए, विशिष्ट गति की गणना की जा सकती है और एक उपयुक्त टरबाइन डिजाइन का चयन किया जा सकता है।

कुछ मौलिक सूत्रों के साथ विशिष्ट गति का उपयोग इसी प्रदर्शन के साथ एक नए आकार के लिए ज्ञात प्रदर्शन के मौजूदा डिजाइन को मज़बूती से स्केल करने के लिए किया जा सकता है।

 

== प्रकार ==

* भाप टर्बाइन का उपयोग ऊष्मीय बिजली संयंत्रों में विद्युत जनित्र [[कोयला]] चलाने के लिए किया जाता है जो कोयले, [[ईंधन तेल]] या [[परमाणु ईंधन]] का उपयोग करते हैं।वे एक बार जहाजों के [[प्रोपेलर]] जैसे यांत्रिक उपकरणों को सीधे चलाने के लिए उपयोग किए गए थे (उदाहरण के लिए [[ टरबिनिया |टरबिनिया]], पहला टरबाइन-संचालित [[ भाप -प्रक्षेपण |भाप -प्रक्षेपण]] <ref>{{cite web|title=टरबिनिया|url=http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5652.pdf|work=(ASME-sponsored booklet to mark the designation of टरबिनिया as an international engineering landmark)|publisher=Tyne And Wear County Council Museums|access-date=13 April 2011|author=Adrian Osler|archive-url=https://web.archive.org/web/20110928063911/http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5652.pdf|archive-date=28 September 2011|date=October 1981|url-status=dead}}</ref>), लेकिन अधिकांश ऐसे एप्लिकेशन अब रिडक्शन गियर या एक इंटरमीडिएट इलेक्ट्रिकल स्टेप का उपयोग करते हैं, जहां टरबाइन का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जो तब यांत्रिक लोड से जुड़ी एक [[ बिजली की मोटर |बिजली की मोटर]] को पावर देता है।टर्बो इलेक्ट्रिक शिप मशीनरी [[द्वितीय विश्व युद्ध]] से ठीक पहले और उसके दौरान की अवधि में विशेष रूप से लोकप्रिय थी, मुख्य रूप से अमेरिका और यूके शिपयार्ड में पर्याप्त गियर-कटिंग सुविधाओं की कमी के कारण।

* [[ट्रांसोनिक]] टरबाइन।गैस टरबाइन इंजनों में कार्यरत अधिकांश टर्बाइनों में गैस का प्रवाह विस्तार प्रक्रिया के दौरान सबसोनिक रहता है।एक ट्रांसोनिक टरबाइन में गैस का प्रवाह सुपरसोनिक हो जाता है क्योंकि यह नोजल गाइड वैन से बाहर निकलता है, हालांकि डाउनस्ट्रीम वेग सामान्य रूप से सबसोनिक हो जाता है।ट्रांसोनिक टर्बाइन सामान्य से अधिक दबाव अनुपात में संचालित होते हैं लेकिन सामान्यतः कम कुशल और असामान्य होते हैं।

* [[ घमंड | घमंड]] टर्बाइन।अक्षीय टर्बाइन के साथ, कुछ दक्षता लाभ प्राप्त किया जा सकता है यदि एक डाउनस्ट्रीम टरबाइन एक अपस्ट्रीम इकाई के विपरीत दिशा में घूमता है।हालांकि, जटिलता प्रति-उत्पादक हो सकती है।एक कॉन्ट्रा-रोटेटिंग भाप टरबाइन, जिसे सामान्यतः लजुंगस्ट्रॉम टरबाइन के रूप में जाना जाता है, का मूल रूप से स्टॉकहोम में स्वीडिश इंजीनियर फ्रेड्रिक लजुंगस्ट्रॉम (1875-1964) द्वारा आविष्कार किया गया था, और अपने भाई बिरगर लजुंगस्ट्रॉम के साथ साझेदारी में उन्होंने 1894 में एक पेटेंट प्राप्त किया है।मल्टी-स्टेज [[[[अक्षीय टरबाइन]]]] (या 'नेस्टेड' टरबाइन रोटर्स की जोड़ी) महान दक्षता प्रदान करती है, प्रतिक्रिया (पार्सन्स) टरबाइन के रूप में प्रति चरण बड़ी गर्मी ड्रॉप के रूप में चार बार, बेहद कॉम्पैक्ट डिजाइन और प्रकार बैक प्रेशर पावर प्लांटों में विशेष सफलता मिलती है।हालांकि, अन्य डिजाइनों के विपरीत, बड़े भाप के संस्करणों को कठिनाई के साथ संभाला जाता है और केवल अक्षीय प्रवाह टर्बाइन (ड्यूरेक्स) के साथ एक संयोजन टरबाइन को सीए 50 मेगावाट से अधिक बिजली के लिए बनाया जाना स्वीकार करता है।1917-19 के दौरान केवल 50 टर्बो-इलेक्ट्रिक इकाइयों को लगभग 50 टर्बो-इलेक्ट्रिक इकाइयों का आदेश दिया गया था (जिनमें से एक काफी राशि अंततः भूमि संयंत्रों को बेची गई थी), और 1920-22 के दौरान कुछ टर्बो-मैकेनिक बहुत सफल इकाइयों को नहीं बेचा गया था।<ref>Ingvar Jung, 1979, The history of the marine turbine, part 1, Royal Institute of Technology, Stockholm, dep of History of technology</ref> केवल कुछ टर्बो-इलेक्ट्रिक समुद्री संयंत्र अभी भी 1960 के दशक के उत्तरार्ध (एसएस रागने, एसएस रेजिन) में उपयोग में थे, जबकि अधिकांश भूमि संयंत्र 2010 का उपयोग करते हैं।

* स्टेटरलेस टरबाइन।मल्टी-स्टेज टर्बाइनों में स्थैतिक (अर्थ स्थिर) इनलेट गाइड वैन का एक सेट होता है जो घूर्णन घूर्णक पत्ती पर गैस प्रवाह को निर्देशित करता है।एक स्टेटर-कम टरबाइन में गैस प्रवाह एक अपस्ट्रीम घूर्णक से बाहर निकलने वाला स्टेटर वैन के एक मध्यवर्ती सेट के बिना एक डाउनस्ट्रीम घूर्णक पर लगाया जाता है (जो कि प्रवाह के दबाव/वेग ऊर्जा स्तरों को फिर से व्यवस्थित करता है) का सामना किया जा रहा है।

* [[ चीनी मिट्टी | चीनी मिट्टी]] टरबाइन।पारंपरिक उच्च दबाव टरबाइन पत्ती (और वैन) निकल आधारित मिश्र धातुओं से बने होते हैं और प्रायः धातु को ओवरहीटिंग से रोकने के लिए जटिल आंतरिक एयर-कूलिंग मार्ग का उपयोग करते हैं।हाल के वर्षों में, प्रायोगिक शीर्ष ेमिक पत्ती को गैस टर्बाइनों में निर्मित और परीक्षण किया गया है, जिसमें घूर्णक इनलेट तापमान और/या, संभवतः, हवा के शीतलन को समाप्त करने की दृष्टि से।शीर्ष ेमिक पत्ती उनके धातु समकक्षों की तुलना में अधिक भंगुर होते हैं, और भयावह पत्ती की विफलता का अधिक जोखिम उठाते हैं।यह जेट इंजन और गैस टर्बाइन में स्टेटर (स्थिर) पत्ती तक उनके उपयोग को सीमित करने के लिए गया है।

* [[ डक्टेड प्रशंसक | डक्टेड प्रशंसक]] टरबाइन।कई टरबाइन घूर्णक पत्ती शीर्ष पर कफन करते हैं, जो आसन्न पत्ती के साथ इंटरलॉक करते हैं, जिससे भिगोना बढ़ जाता है और जिससे पत्ती फ्लूट को कम होता है।बड़े भूमि-आधारित बिजली उत्पादन भाप टर्बाइन में, कफन को प्रायः पूरक किया जाता है, विशेष रूप से कम दबाव वाले टरबाइन के लंबे पत्ती में, लेसिंग तारों के साथ।ये तार पत्ती की जड़ से उपयुक्त दूरी पर पत्ती में ड्रिल किए गए छेदों से गुजरते हैं और सामान्यतः उस बिंदु पर पत्ती पर ले जाते हैं जहां वे गुजरते हैं।लेसिंग तार पत्ती के मध्य भाग में पत्ती स्पंदन को कम करते हैं।लेसिंग तारों की शुरूआत काफी हद तक बड़े या कम दबाव वाले टर्बाइन में पत्ती की विफलता के उदाहरणों को कम करती है।

* डक्टेड फैन।आधुनिक अभ्यास, जहां भी संभव हो, घूर्णक कफन को खत्म करने के लिए, इस प्रकार पत्ती और शीतलन आवश्यकताओं पर केन्द्रापसारक बल लोड को कम करना है।

* [[ टेस्ला टर्बाइन | टेस्ला टर्बाइन]] सीमा परत के प्रभाव का उपयोग करता है न कि एक पारंपरिक टरबाइन में पत्ती पर एक तरल पदार्थ नहीं।

[[File:Gfa 17 641006 2-0002 Turbinen.jpg|thumb|तीन प्रकार के जल टर्बाइन: कपलान (सामने), पेल्टन (मध्य) और फ्रांसिस (पीछे बाएं)]]* जल टर्बाइन