पेंच टरबाइन

File:Archimedes-screw one-screw-threads with-ball 3D-view animated smal back.gif

आर्किमिडीयन स्क्रू की विपरीत क्रिया, स्क्रू के माध्यम से नीचे बहने वाले पानी से ऊर्जा प्राप्त करने वाले स्क्रू टरबाइन का सिद्धांत।

File:Helical screw single double triple quadruple start.png

स्क्रू टर्बाइन में सामान्यतः तीन या चार उड़ानें होती हैं (दूसरी पंक्ति)

File:Monmouth New Hydro Scheme - geograph.org.uk - 1538784.jpg

मॉनमाउथ, वेल्स में दो समानांतर स्क्रू टर्बाइन प्रत्येक 75 kW का उत्पादन करने में सक्षम हैं

File:Wasserkraftschnecke, Schwarze Lacke, München.ogv

म्यूनिख, जर्मनी में 40 kW स्क्रू टर्बाइन का वीडियो

आर्किमिडीज़ स्क्रू जेनरेटर (ASG),^[1] आर्किमिडीज़/आर्किमिडीज़ स्क्रू टर्बाइन (एएसटी) के रूप में भी जाना जाता है,^[2]आर्किमिडीयन टर्बाइन या स्क्रू टर्बाइन हाइड्रोलिक मशीन है जो पानी की संभावित ऊर्जा को अपस्ट्रीम स्तर पर कार्य (भौतिकी) में परिवर्तित करती है। यह जलविद्युत कनवर्टर पानी के पहियों के समान पानी के वजन से संचालित होता है, और इसे अर्ध-स्थैतिक दबाव मशीन के रूप में माना जा सकता है।^[2]आर्किमिडीज पेंच जनरेटर प्रवाह की विस्तृत श्रृंखला में काम करते हैं (0.01 $m^{3}/s$ से 14.5 $m^{3}/s$ ) और हेड्स (0.1 मीटर से 10 मीटर), जिसमें लो हेड्स और मध्यम प्रवाह दर सम्मलित हैं जो पारंपरिक टर्बाइनों के लिए आदर्श नहीं हैं और उच्च प्रदर्शन तकनीकों द्वारा कब्जा नहीं किया गया है।^[3] सबसे छोटे और सबसे लंबे आर्किमिडीज स्क्रू जनरेटर की लंबाई क्रमशः 1 मीटर और 30 मीटर है।^[3]

आर्किमिडीज के पेंच का उपयोग शक्ति उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है यदि वे द्रव उठाने के अतिरिक्त प्रवाहित द्रव द्वारा संचालित होते हैं।^[2]पेंच को उच्च से निम्न ऊंचाई तक ले जाने वाला पानी पेचदार समतल सतहों पर बलाघूर्ण उत्पन्न करता है, जिससे पेंच घूमता है।^[2]आर्किमिडीज स्क्रू जनरेटर में आर्किमिडीज स्क्रू के आकार का रोटर होता है जो अर्धवृत्ताकार गर्त में घूमता है। पानी पेंच में बहता है और इसका वजन टरबाइन के ब्लेड पर दबाता है, जो बदले में टरबाइन को घुमाने के लिए मजबूर करता है। स्क्रू के सिरे से मुक्त रूप से पानी नदी में बहता है। स्क्रू का ऊपरी सिरा गियरबॉक्स के माध्यम से जनरेटर से जुड़ा होता है। आर्किमिडीज पेंच सैद्धांतिक रूप से प्रतिवर्ती हाइड्रोलिक मशीन है, और ऐसे एकल प्रतिष्ठानों के उदाहरण हैं जहां स्क्रू को वैकल्पिक रूप से पंप और जनरेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।^[4]

File:Archimedes screw design parameters.png

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इतिहास

File:Turbina Archimedesa MEW Goryn.jpg

Goryn, पोलैंड में छोटे पनबिजली संयंत्र में पेंच टरबाइन।

आर्किमिडीज़ स्क्रू प्राचीन आविष्कार है, जिसका श्रेय आर्किमिडीज़ (287-212 ई.पू.) को दिया जाता है, और सामान्यतः सिंचाई के प्रयोजनों के लिए जलकुंड से पानी उठाने के लिए उपयोग किया जाता है। 1819 में फ्रांसीसी इंजीनियर क्लॉड लुइस मैरी हेनरी नेवियर (1785-1836) ने आर्किमिडीयन स्क्रू को प्रकार के जल चक्र के रूप में उपयोग करने का सुझाव दिया। 1916 में विलियम मॉर्शर ने हाइड्रोडायनामिक स्क्रू टर्बाइन पर अमेरिकी पेटेंट के लिए आवेदन किया।^[5]

आवेदन

क्रैगसाइड एस्टेट में 12 kW स्क्रू टर्बाइन

आर्किमिडीयन स्क्रू टर्बाइन अपेक्षाकृत कम हेड (0.1 मीटर से 10 मीटर तक) वाली नदियों पर लगाया जाता है^[2] और कम प्रवाह पर (0.01 m³/s टर्बाइन पर लगभग 10 m³/s तक)। टर्बाइन के ब्लेड के निर्माण और धीमी गति के कारण टर्बाइन को जलीय वन्यजीवों के अनुकूल माना जाता है। इसे अधिकांशतः मछली के अनुकूल के रूप में लेबल किया जाता है। आर्किमिडीयन टर्बाइन का उपयोग उन स्थितियों में किया जा सकता है जहां पर्यावरण और वन्य जीवन के संरक्षण और देखभाल के लिए शर्त है।

डिजाइन

एक आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन (एएसटी) पनबिजली संयंत्र को तीन प्रमुख घटकों के साथ प्रणाली के रूप में माना जा सकता है: जलाशय, मेड़, और एएसटी (जो नियंत्रण गेट और ट्रैश रैक द्वारा सिस्टम से जुड़ा हुआ है)।^[2]अधिकांश वास्तविक एएसटी स्थानों पर, आने वाले प्रवाह को एएसटी और समानांतर मेड़ के बीच विभाजित किया जाना चाहिए। सामान्यतः, स्थानीय पर्यावरण की सुरक्षा के लिए वीयर पर न्यूनतम प्रवाह अनिवार्य है। अन्य आउटलेट के साथ-साथ मछली की सीढ़ी को इस प्रणाली के अन्य घटकों के रूप में माना जा सकता है।^[2]आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन और स्क्रू जलविद्युत संयंत्रों को डिजाइन करने के सिद्धांतों के बारे में व्यापक गाइड आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन में उपलब्ध है: हरित और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के लिए सतत विकास समाधान-संभावित और डिजाइन प्रक्रियाओं की समीक्षा।^[2]

प्रवाह दर मॉडल

आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन और जलविद्युत संयंत्रों को डिजाइन करने के लिए, यह अनुमान लगाना आवश्यक है कि पानी की मात्रा स्क्रू टरबाइन से गुजर रही है क्योंकि आर्किमिडीज स्क्रू टरबाइन द्वारा उत्पन्न शक्ति की मात्रा इसके माध्यम से पानी की आयतन प्रवाह दर के समानुपाती होती है।^[2]आर्किमिडीज़ स्क्रू टर्बाइन में प्रवेश करने वाले पानी की मात्रा इनलेट पानी की गहराई और स्क्रू की घूर्णन गति पर निर्भर करती है।^[6] विभिन्न रोटेशन गति (ω) और इनलेट जल स्तरों के लिए आर्किमिडीज स्क्रू टरबाइन से गुजरने वाली कुल प्रवाह दर का अनुमान लगाने के लिए निम्नलिखित समीकरण का उपयोग किया जा सकता है:^[2]^[6]

$Q=\alpha Q_{Max}(A_{E}/A_{Max})^{\beta }(\omega /\omega _{M})^{\gamma }$ कहाँ $\alpha$ , $\beta$ और $\gamma$ पेंच गुणों से संबंधित स्थिरांक हैं। प्रारंभिक जांच से ऐसा संकेत मिलता है $\alpha =1.242$ , $\beta =1.311$ , और $\gamma =0.822$ की उचित भविष्यवाणी करें $Q$ छोटे से पूर्ण पैमाने के एएसटी आकारों की विस्तृत श्रृंखला के लिए।^[2]^[6]

डिजाइन आर्किमिडीज पेंच ज्यामिति

के निश्चय से $D_{O}$ आर्किमिडीज़ स्क्रू के अन्य डिज़ाइन पैरामीटरों की गणना आसान चरण-दर-चरण विश्लेषणात्मक पद्धति का उपयोग करके आसानी से की जा सकती है।^[1]^[4]अध्ययनों से पता चलता है कि आर्किमिडीज स्क्रू से गुजरने वाली प्रवाह की मात्रा इनलेट की गहराई, व्यास और स्क्रू की रोटेशन गति का कार्य है।^[6]^[2]इसलिए, वांछित अनुमापी प्रवाह दर $Q$ में $(m^{3}/s)$ और घूर्णन गति $\omega$ में $(rad/s)$ निम्नलिखित विश्लेषणात्मक समीकरण का उपयोग आर्किमिडीज स्क्रू के समग्र व्यास को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है $D_{O}$ में $(m)$ :^[1]

$D_{O}=(16\pi Q}/{\sigma \omega (2\theta _{O}-sin2\theta _{O})-\delta ^{2}(2\theta _{i}-sin(2\theta _{i}))^{1/3}$ आर्किमिडीज पेंच डिजाइनर इस विश्लेषणात्मक समीकरण का उपयोग करने वाले सामान्य मानकों के आधार पर इसे सरल बना सकते हैं:^[1]

$D_{O}=\eta Q^{3/7}$ η का मान केवल का उपयोग करके निर्धारित कर सकता है $\eta$ ग्राफ^[1]या $\Theta$ ग्राफ।^[4]के निश्चय से $D_{O}$ आर्किमिडीज़ स्क्रू के अन्य डिज़ाइन पैरामीटरों की गणना आसान चरण-दर-चरण विश्लेषणात्मक पद्धति का उपयोग करके आसानी से की जा सकती है।^[1]^[4]

उदाहरण

यूके में

मर्सी नदी पर वूलस्टन, चेशायर मेड़ 486 kW, निर्माणाधीन^[7]^[8]^[9]
डेवोन, टोटनेस 320 kW , दिसंबर 2015 को कमीशन किया गया^[10]
रोमनी, बर्कशायर, 270 kW, विंडसर कैसल को ऊर्जा का नवीकरणीय स्रोत प्रदान करने के लिए स्थापित, जुलाई 2013 को चालू किया गया^[11]
बेलीज़ वियर, रैडक्लिफ, ग्रेटर मैनचेस्टर, 100 kW, मई 2012 को कमीशन किया गया^[12]
मैपलडरहम, टेम्स नदी, ब्रिटेन की सबसे बड़ी प्रवाह क्षमता (8मी³/सेकंड) सिंगल स्क्रू, 99 किलोवाट।^[13]
बकफास्ट, नदी डार्ट, स्क्रू टर्बाइन और फिशपास, 84 kW^[13]* यूके की पहली सामुदायिक स्वामित्व वाली जलविद्युत योजना, और फ़िशपास, न्यू मिल्स में 63 kW।^[13]* यूके का पहला ग्रिड कनेक्टेड स्क्रू टर्बाइन, रिवर डार्ट कंट्री पार्क में 50 kW।^[13]* नदी बैन हाइड्रो, समुदाय के स्वामित्व वाली स्क्रू टर्बाइन, 37 kW^[13]* टिप्टन, रिवर ओटर, डेवॉन, 30 kW^[13]* रोशडेल, स्क्रू टर्बाइन और फिशपास, 20 kW^[13]* क्रैगसाइड, पनबिजली का जन्मस्थान, 12 kW^[14]

संयुक्त राज्य अमेरिका में

मेरिडेन, कनेक्टिकट में क्विनिपियाक नदी पर हनोवर तालाब, 105 kW (या 920,000 kWh/वर्ष), ग्रिड से जुड़ा, अप्रैल, 2017 को चालू किया गया; अमेरिका में पहली पेंच टरबाइन स्थापना।^[15]^[16]

कनाडा में

पहला आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन कनाडा में 2013 में वाटरफोर्ड, ओंटारियो के पास स्थापित किया गया था।^[2]

साहित्य

योसेफदोस्त, ए., डब्ल्यू.-डी. लुबित्ज़: या से अधिक आर्किमिडीज़ स्क्रू का उपयोग करके हाइड्रोपावर संयंत्रों के लिए डिज़ाइन दिशानिर्देश, प्रक्रियाएं, 2021. doi:doi:10.3390/pr9122128|10.3390 /पीआर9122128
योसेफदोस्त, ए., डब्ल्यू.-डी. लुबित्ज़: आर्किमिडीज़ स्क्रू डिज़ाइन: आर्किमिडीज़ स्क्रू ज्यामिति के त्वरित अनुमान के लिए विश्लेषणात्मक मॉडल, एनर्जी 2021. doi:doi:10.3390/en14227812 |10.3390/hi14227812
योसेफदोस्त, ए., डब्ल्यू.-डी. लुबिट्ज: आर्किमिडीज स्क्रू टर्बाइन: हरित और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के लिए सतत विकास समाधान-संभावित और डिजाइन प्रक्रियाओं की समीक्षा, स्थिरता, 2020. डीओआई:डोई:10.3390/सु12187352|10.3390/सु12187352.
Yoosefdoost, A.: आर्किमिडीज़ स्क्रू जेनरेटर और हाइड्रोपावर प्लांट: डिज़ाइन दिशानिर्देश और विश्लेषणात्मक मॉडल्स, गुएलफ विश्वविद्यालय, 2022, पीएचडी थीसिस, गुएलफ, ओएन, कनाडा।
पी। जे. कैंटर्ट: आर्किमिडीयन स्क्रू पंप के लिए मैनुअल, हिरथमर वर्लाग 2008, ISBN 978-3-88721-896-6
पीजे कैंटर्ट: प्रैक्टिकल हैंडबुक स्क्रू पंप। हिरथममेर वर्लाग 2008, ISBN 978-3-88721-202-5
विलियम मोर्शर - पेटेंट US1434138
के. ब्रैडा, के.-ए। रेडलिक - वाटर स्क्रू मोटर टू माइक्रो पावर प्लांट - निर्माण और संचालन का पहला अनुभव (1998)
के. ब्राडा - वाटर स्क्रू मोटर के साथ माइक्रो पावर प्लांट (1995)
के. ब्रैडा, के.-ए। रेडलिक - जल शक्ति पेंच - विशेषता और उपयोग (1996)
के. ब्रैडा, के.-ए। रेडलिक, (1996)। माइक्रोपावर प्लांट के लिए वाटर स्क्रू मोटर। छठा अंतरराष्ट्रीय सिंप। हीट एक्सचेंज और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत, 43-52, डब्ल्यू नोवाक, एड। Wydaw Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, पोलैंड।

यह भी देखें

जल टर्बाइन
आर्किमिडीज का पेंच

संदर्भ

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↑ Andrew Ragall, Ancient technology in Meriden's Hannover Pond dam begins generating electricity, Meriden Record Journal, April 27, 2017.
↑ New England Hydropower Energizes First Archimedes Screw Turbine in U.S., PR Newswire, April 27, 2017.

बाहरी कड़ियाँ

spaansbabcock.com/products/screw-turbine Hydropower screw
Information on one of the manufacturers
(in Polish) The first screw turbine in Poland

[:3-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 ^1.5 ^1.6 YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (January 2021). "Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry". Energies (in English). 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812.

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[5] William Moerscher, Water-power system, U.S. Patent 1,434,138, granted Oct 31, 1922.

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