पेंच टरबाइन

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

पेंच टरबाइन में सामान्यतः तीन या चार उड़ानें होती हैं (दूसरी पंक्ति)

मॉनमाउथ, वेल्स में दो समानांतर पेंच टरबाइन प्रत्येक 75 किलोवाट का उत्पादन करने में सक्षम हैं

म्यूनिख, जर्मनी में 40 किलोवाट पेंच टरबाइन का वीडियो

आर्किमिडीज़ पेंच विद्युत उत्पादक यंत्र (एएसजी),^[1] आर्किमिडीज़/आर्किमिडीज़ पेंच टरबाइन (एएसटी) के रूप में भी जाना जाता है,^[2]आर्किमिडीयन टरबाइन या पेंच टरबाइन बचाव मशीन है जो जल की संभावित ऊर्जा को अपस्ट्रीम स्तर पर कार्य (भौतिकी) में परिवर्तित करती है। यह जल विद्युत कनवर्टर जल के पहियों के समान जल 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, जिसमे लो हेड्स (0.01 $m^{3}/s$ से 14.5 $m^{3}/s$ ) और हेड्स (0.1 मीटर से 10 मीटर),और मध्यम प्रवाह दर सम्मलित हैं जो पारंपरिक टरबाइनों के लिए आदर्श नहीं हैं जिसके कारण उच्च प्रदर्शन तकनीकों द्वारा दखल नहीं किया गया है।^[3] सबसे छोटे और सबसे लंबे आर्किमिडीज पेंच 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 जल पेंचदार समतल सतहों पर बलाघूर्ण उत्पन्न करता है, जिससे पेंच घूमता है।^[2]आर्किमिडीज पेंच जनरेटर में आर्किमिडीज पेंच के आकार का घूर्णन होता है जो अर्धवृत्ताकार गर्त में घूमता है। जल पेंच में बहता है और इसका वजन टरबाइन के ब्लेड पर दबाता है, जो बदले में टरबाइन को घुमाने के लिए मजबूर करता है। पेंच के सिरे से मुक्त रूप से जल नदी में बहता है। पेंच का ऊपरी सिरा गियर बॉक्स के माध्यम से जनरेटर से जुड़ा होता है। आर्किमिडीज पेंच सैद्धांतिक रूप से प्रतिवर्ती रक्षा मशीन है,और ऐसे एकल प्रतिष्ठानों के उदाहरण हैं जहां पेंच को वैकल्पिक रूप से पंप और जनरेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।^[4]

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इतिहास

Goryn, पोलैंड में छोटे पनबिजली संयंत्र में पेंच टरबाइन।

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

आवेदन

क्रैगसाइड एस्टेट में 12 किलोवाट पेंच टरबाइन

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

रचना

एक आर्किमिडीज पेंच टरबाइन (एएसटी) विद्युत संयंत्र को तीन प्रमुख घटकों के साथ प्रणाली के रूप में माना जा जाता है,जो जलाशय, मेड़, और एएसटी (जो नियंत्रण गेट और ट्रैश रैक द्वारा प्रणाली से जुड़ा हुआ है)।^[2]अधिकांश वास्तविक आर्किमिडीज पेंच टरबाइन एएसटी स्थानों पर, आने वाले प्रवाह को एएसटी और समानांतर मेड़ के मध्य विभाजित किया जाना है। 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 पेंच टरबाइन और पेंच जल विद्युत संयंत्रों को रचना करने के सिद्धांतों के बारे में व्यापक गाइड आर्किमिडीज पेंच टरबाइन में उपलब्ध हैजिससे कि हरित और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के लिए सतत विकास समाधान-संभावित और रचना प्रक्रियाओं की समीक्षा होती है।^[2]

प्रवाह दर मॉडल

आर्किमिडीज पेंच टरबाइन और जल विद्युत संयंत्रों को रचना करने के लिए यह अनुमान लगाना आवश्यक है कि जब जल की मात्रा पेंच टरबाइन से गुजर रही होती है तब आर्किमिडीज पेंच टरबाइन द्वारा उत्पन्न शक्ति की मात्रा के माध्यम से जल के आयतन के प्रवाह की दर के समानुपाती होती है।^[2]आर्किमिडीज़ पेंच टरबाइन में प्रवेश करने वाले जल की मात्रा प्रवेश जल की गहराई और पेंच की घूर्णन गति पर निर्भर करती है।^[6] विभिन्न घूर्णन गति (ω) और प्रवेश जल स्तरों के लिए आर्किमिडीज पेंच टरबाइन से गुजरने वाली कुल प्रवाह दर का अनुमान लगाने के लिए निम्नलिखित समीकरण का उपयोग किया जाता है:^[2]^[6]

$Q=\alpha Q_{Max}(A_{E}/A_{Max})^{\beta }(\omega /\omega _{M})^{\gamma }$

जहां $\alpha$ , $\beta$ और $\gamma$ पेंच गुणों से संबंधित स्थिरांक हैं। प्रारंभिक जांच से ऐसा संकेत मिलता है कि $\alpha =1.242$ , $\beta =1.311$ , और $\gamma =0.822$ की उचित गणना करें,तथा $Q$ छोटे से पूर्ण पैमाने केआर्किमिडीज पेंच टरबाइन(एएसटी) आकारों की विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रयोग किया जाता है।^[2]^[6]

रचना आर्किमिडीज पेंच ज्यामिति

रचनाआर्किमिडीज़ पेंच ज्यामिति के निश्चय से $D_{O}$ आर्किमिडीज़ पेंच के अन्य डिज़ाइन को दिखाएँ जाने 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 के अनुसार, पेंच से गुजरने वाली प्रवाह की मात्रा में प्रवेश करने की गहराई, व्यास और पेंच की घूर्णन गति का कार्य करती है।^[6]^[2]इसलिए इसे वांछित रूप से अनुमापी प्रवाह दर $Q$ में $(m^{3}/s)$ और घूर्णन गति $\omega$ में $(rad/s)$ निम्नलिखित विश्लेषणात्मक समीकरण का उपयोग आर्किमिडीज पेंच के समग्र व्यास को निर्धारित करने के लिए किया जाता 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 रचनार 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 के मान का उपयोग करके निर्धारित कर सकते है $\eta$ ग्राफ^[1]या $\Theta$ ग्राफ।^[4]इसके निश्चय से $D_{O}$ आर्किमिडीज़ पेंच 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 किलोवाट, निर्माणाधीन^[7]^[8]^[9]
डेवोन, टोटनेस 320 किलोवाट, दिसंबर 2015 को आयुक्त किया गया^[10]
रोमनी, बर्कशायर, 270 किलोवाट, विंडसर कैसल को ऊर्जा का नवीकरणीय स्रोत प्रदान करने के लिए स्थापित करके जुलाई 2013 को प्रारंभ किया गया^[11]
बेलीज़ वियर, रैडक्लिफ, ग्रेटर मैनचेस्टर, 100 किलोवाट, मई 2012 को आयुक्त किया गया^[12]
मैपलडरहम, टेम्स नदी, ब्रिटेन की सबसे बड़ी प्रवाह क्षमता (8मी³/सेकंड) संकेत पेंच, 99 किलोवाट।^[13]
बकफास्ट, नदी डार्ट, पेंच टरबाइन और फिशपास, 84 किलोवाट^[13]* यूके की पहली सामुदायिक स्वामित्व वाली जल विद्युत योजना, और फ़िशपास,नये भोजन में 63 किलोवाट।^[13]* यूके का पहला ग्रिड जुड़ा हुआ पेंच टरबाइन, रिवर डार्ट कंट्री पार्क में 50 किलोवाट।^[13]* नदी बैन हाइड्रो, समुदाय के स्वामित्व वाली पेंच टरबाइन, 37 किलोवाट ^[13]* टिप्टन, रिवर ओटर, डेवॉन, 30 किलोवाट ^[13]* रोशडेल, पेंच टरबाइन और फिशपास, 20 किलोवाट ^[13]* क्रैगसाइड, पनबिजली का जन्मस्थान, 12 किलोवाट^[14]

संयुक्त राज्य अमेरिका में

मेरिडेन, कनेक्टिकट में क्विनिपियाक नदी पर हनोवर तालाब, 105 किलोवाट (या 920,000 किलोवाटघंटा/वर्ष), ग्रिड से जुड़ा, अप्रैल, 2017 प्रारंभ को किया गया तब अमेरिका में पहली पेंच टरबाइन की स्थापना हुई।^[15]^[16]

कनाडा में

पहला आर्किमिडीज पेंच टरबाइन कनाडा में सन् 2013 में वाटरफोर्ड, ओंटारियो के पास स्थापित किया गया था।^[2]

साहित्य

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

यह भी देखें

जल टरबाइन
आर्किमिडीज का पेंच

संदर्भ

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↑ 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

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

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