क्रॉस-फ्लो टर्बाइन

क्रॉस-फ्लो टर्बाइन का आरेख
1 — एयर-वेंटिंग वाल्व
2 — वितरक
3 — टर्बाइन केसिंग (सभी मोटे स्लेटी रंग के)
4 — धावक
5 — रिमूवेबल रियर केसिंग
6 — ब्लेड
7 — जल प्रवाह
8 - शाफ़्ट

क्रॉस-फ्लो टर्बाइन, बंकी-मिशेल टर्बाइन, या ऑस्बर्गर टर्बाइन ऑस्ट्रेलियाई एंथोनी मिशेल, हंगेरियन डोनेट बंकी और जर्मन फ्रिट्ज ऑस्बर्गर द्वारा विकसित एक जल टर्बाइन है। मिशेल ने 1903 में अपने टर्बाइन डिजाइन के लिए पेटेंट प्राप्त किया, और निर्माण कंपनी वेमाउथ ने इसे कई वर्षों तक बनाया। ऑस्बर्गर का पहला पेटेंट 1933 में दिया गया था ("फ्री जेट टर्बाइन" 1922, इंपीरियल पेटेंट नंबर 361593 और क्रॉस फ्लो टर्बाइन 1933, इंपीरियल पेटेंट नंबर 615445), और उन्होंने इस टर्बाइन को एक मानक उत्पाद के रूप में निर्मित किया। आज, ऑस्बर्गर द्वारा स्थापित कंपनी इस प्रकार के टर्बाइन की अग्रणी निर्माता है।

अधिकांश जल टर्बाइनों के विपरीत, जिनमें अक्षीय या रेडियल प्रवाह होता है, क्रॉस-फ्लो टर्बाइन में पानी टर्बाइन के माध्यम से ट्रांसवर्सली या टर्बाइन ब्लेड के पार से गुजरता है। पानी के पहिये की तरह, टर्बाइन के किनारे पर पानी भर्ती होता है। रनर के अंदर जाने के बाद, यह बाहर की ओर जाते हुए, विपरीत दिशा में निकल जाता है। रनर से दो बार गुजरना अतिरिक्त कुशल ऊर्जा उपयोग प्रदान करता है। जब पानी धावक को छोड़ देता है, तो यह छोटे मलबे और प्रदूषण को शुद्ध करने में भी सहायता करता है। क्रॉस-फ्लो टर्बाइन एक कम गति वाली मशीन है जो कम सिर वाले लेकिन उच्च प्रवाह वाले स्थानों के लिए उपयुक्त है।

चूँकि उदाहरण सरलता के लिए एक नोजल दिखाता है, अधिकांश व्यावहारिक क्रॉस-फ्लो टर्बाइन में दो व्यवस्थित होते हैं, जिससे पानी के प्रवाह में हस्तक्षेप न हो।

क्रॉस-फ्लो टर्बाइन अधिकतर अलग-अलग क्षमता के दो टर्बाइनों के रूप में निर्मित होते हैं जो एक ही शाफ्ट को साझा करते हैं। टर्बाइन के पहिए एक ही व्यास के होते हैं, लेकिन एक ही दबाव में अलग-अलग मात्रा को संभालने के लिए अलग-अलग लंबाई के होते हैं। उप-विभाजित पहिए सामान्यतः 1:2 के अनुपात में वॉल्यूम के साथ बनाए जाते हैं। उप-विभाजित नियामक इकाई, टर्बाइन के अपस्ट्रीम सेक्शन में गाइड वेन सिस्टम, प्रवाह के आधार पर 33, 66 या 100% आउटपुट के साथ लचीला संचालन प्रदान करता है। टर्बाइन के अपेक्षाकृत सरल निर्माण से कम परिचालन लागत प्राप्त होती है।

डिजाइन का विवरण

ऑस्बर्गर टर्बाइन खंड

टर्बाइन में बेलनाकार पानी का पहिया या एक क्षैतिज शाफ्ट के साथ धावक होता है, जो कई ब्लेड (37 तक) से बना होता है, जो रेडियल और टेंगेंशियल रूप से व्यवस्थित होता है। पानी के प्रवाह के प्रतिरोध को कम करने के लिए ब्लेड के किनारों को तेज किया जाता है। ब्लेड एक भाग-वृत्ताकार क्रॉस-सेक्शन (इसकी पूरी लंबाई में पाइप कट) में बना है। ब्लेड के सिरों को हम्सटर पिंजरे की तरह एक पिंजरा बनाने के लिए डिस्क में वेल्डिंग किया जाता है और कभी-कभी गिलहरी केज टर्बाइन कहा जाता है; सलाखों के अतिरिक्त टरबाइन में गर्त के आकार के स्टील ब्लेड होते हैं।

पानी पहले टर्बाइन के बाहर से अंदर की ओर बहता है। वेन या जीभ के आकार की नियामक इकाई, प्रवाह के क्रॉस-सेक्शन को परिवर्तित करती है। जल जेट को नोक द्वारा बेलनाकार धावक की ओर निर्देशित किया जाता है। पानी लगभग 45/120 डिग्री के कोण पर रनर में प्रवेश करता है, पानी की कुछ गतिज ऊर्जा को सक्रिय बेलनाकार ब्लेड तक पहुंचाता है।

ऑस्बर्गर टर्बाइन धावक

नियामक उपकरण आवश्यक विद्युत शक्ति और उपलब्ध पानी के आधार पर प्रवाह को नियंत्रित करता है। अनुपात यह है कि (0-100%) पानी का 0-100% × 30/4 ब्लेड में प्रवेश किया जाता है। दो नोजल में पानी का प्रवेश दो आकार के गाइड वैन द्वारा थ्रॉटल किया जाता है। ये विभाजित करते हैं और प्रवाह को निर्देशित करते हैं जिससे उद्घाटन की किसी भी चौड़ाई के लिए पानी आसानी से रनर में प्रवेश कर सके। गाइड वेन्स को टर्बाइन केसिंग के किनारों पर सील करना चाहिए जिससे पानी कम होने पर वे पानी की आपूर्ति बंद कर सकें। गाइड वेन्स इसलिए जलद्वार और टर्बाइन के बीच वाल्व के रूप में कार्य करते हैं। दोनों गाइड वैन को नियंत्रण लीवर द्वारा सेट किया जा सकता है, जिससे स्वचालित या मैन्युअल नियंत्रण जुड़ा हो सकता है।

टर्बाइन ज्योमेट्री (नोजल-रनर-शाफ्ट) आश्वस्त करती है कि पानी का जेट प्रभावी है। पानी रनर पर दो बार कार्य करता है, लेकिन जब पानी रनर में प्रवेश करता है, तो अधिकांश शक्ति पहले पास में स्थानांतरित हो जाती है। केवल 1⁄3 जब पानी टर्बाइन से बाहर निकल रहा होता है तो विद्युत रनर को हस्तांतरित हो जाती है।

ब्लेड चैनलों के माध्यम से पानी दो दिशाओं में बहता है: बाहर से अंदर, और अंदर से बाहर। अधिकांश टर्बाइनों को दो जेट से चलाया जाता है, व्यवस्थित किया जाता है जिससे रनर में दो पानी के जेट एक दूसरे को प्रभावित न करें। चूँकि, यह आवश्यक है कि टर्बाइन, हेड और टर्बाइन की गति में सामंजस्य हो।

क्रॉस-फ्लो टर्बाइन आवेग प्रकार का होता है, इसलिए रनर पर दबाव स्थिर रहता है।

लाभ

क्रॉस-फ्लो टर्बाइन की चरम दक्षता कापलान टर्बाइन, फ्रांसिस टर्बाइन या पेल्टन व्हील टर्बाइन से कुछ कम है। चूँकि, क्रॉस-फ्लो टर्बाइन में अलग-अलग लोड के तहत एक फ्लैट दक्षता वक्र होता है। स्प्लिट रनर और टर्बाइन चैम्बर के साथ, टर्बाइन अपनी दक्षता बनाए रखता है जबकि प्रवाह और भार 1/6 से अधिकतम तक भिन्न होता है।

चूंकि इसकी कीमत कम है, और अच्छा विनियमन है, इसलिए क्रॉस-फ्लो टर्बाइनों का उपयोग ज्यादातर मिनी और सूक्ष्म जलविद्युत इकाइयों में एक हजार किलोवाट से कम और 200 मीटर से कम के सिर के साथ किया जाता है।

विशेष रूप से छोटे रन-ऑफ-द-रिवर संयंत्रों के साथ, फ्लैट दक्षता वक्र अन्य टर्बाइन प्रणालियों की तुलना में अच्छा वार्षिक प्रदर्शन देता है, क्योंकि छोटी नदियों का पानी सामान्यतः कुछ महीनों में कम होता है। टर्बाइन की दक्षता यह निर्धारित करती है कि नदियों के कम प्रवाह वाले समय में विद्युत का उत्पादन होता है या नहीं। यदि उपयोग की जाने वाली टर्बाइनों में उच्च शिखर दक्षता होती है, लेकिन आंशिक भार पर खराब व्यवहार करती है, तो फ्लैट दक्षता वक्र वाले टर्बाइनों की तुलना में कम वार्षिक प्रदर्शन प्राप्त होता है।

आंशिक भार के साथ अपने उत्कृष्ट व्यवहार के कारण, क्रॉस-फ्लो टर्बाइन अप्राप्य विद्युत उत्पादन के लिए उपयुक्त है। इसका सरल निर्माण अन्य टर्बाइन प्रकारों की तुलना में इसे बनाए रखना आसान बनाता है; केवल दो असर (यांत्रिक) को बनाए रखा जाना चाहिए, और केवल तीन घूर्णन तत्व हैं। यांत्रिक प्रणाली सरल है, इसलिए स्थानीय यांत्रिकी द्वारा सुधार की जा सकती है।

एक और लाभ यह है कि यह अधिकतर स्वयं को स्वच्छ रख कर सकता है। चूंकि पानी धावक को छोड़ देता है, पत्ते, घास आदि धावक में नहीं रहेंगे, तो हानि को रोकेंगे। इसलिए, यद्यपि टर्बाइन की दक्षता कुछ कम है, यह अन्य प्रकारों की तुलना में अधिक विश्वसनीय है। कोई रनर सफाई सामान्य रूप से आवश्यक नहीं है, उदाहरण प्रवाह उलटा या गति की विविधताओं द्वारा। अन्य टर्बाइन प्रकार अधिक सरलता से बंद हो जाते हैं, और इसके परिणामस्वरूप उच्च नाममात्र क्षमता के अतिरिक्त विद्युत की हानि का सामना करना पड़ता है।

यह भी देखें

• जल टर्बाइन
• ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइनों को कभी-कभी क्रॉस-फ्लो टर्बाइन कहा जाता है क्योंकि प्रवाह रोटर के माध्यम से ट्रांसवर्सली से गुजरता है
• गोरलोव हेलिकल टर्बाइन, जिसमें रोटर अक्ष भी प्रवाह के लंबवत स्थित है