गैस टर्बाइन क्या है?What is a gas turbine?
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1. गैस टर्बाइन क्या है?What is a gas turbine?
2. गैस टरबाइन की इतिहास?
3. गैस टरबाइन की संचालन
4. टरबाइन का आविष्कार किसने किया और कब किया?
5. गैस टरबाइन कैसे काम करता है?
6. गैस टरबाइन की विशेषताएं
7. गैस टरबाइन विकास का इतिहास
8. गैस टरबाइन सिद्धांत और थर्मल दक्षता
9. गैस टरबाइन की सामग्री
10. गैस टरबाइन में व्यवहृत ईंधन
11. गैस टरबाइन की उपयोगिता
12. गैस टरबाइन की समस्याएँ
13. गैस टर्बाइन Different Technology
14. About the Author
गैस टर्बाइन क्या है?What is a gas turbine?
गैस टर्बाइन (gas turbine) एक प्रकार का अंतर्दहन इंजन है जो घूमने के लिए आवश्यक ऊर्जा ज्वलनशील गैस के प्रवाह से प्राप्त करता है और इसी कारण इसे 'दहन टर्बाइन' (combustion turbine) भी कहा जाता है। चूंकि टरबाइन की गति घूर्णी (रोटरी) होती है, यह विद्युत जनित्र को घुमाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
गैस टर्बाइन (gas turbine) एक प्रकार का अंतर्दहन इंजन है जो घूमने के लिए आवश्यक ऊर्जा ज्वलनशील गैस के प्रवाह से प्राप्त करता है और इसी कारण इसे 'दहन टर्बाइन' (combustion turbine) भी कहा जाता है।[1] चूंकि टरबाइन की गति घूर्णी (रोटरी) होती है, यह विद्युत जनित्र को घुमाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। यूएसए की लगभग ९० प्रतिशत विद्युत ऊर्जा भाप टरबाइनों के सहारे ही पैदा की जाती है (१९९६)। भाप टरबाइन की दक्षता अन्य ऊष्मा इंजनों से अधिक होती है। अधिक दक्षता भाप के प्रसार के लिए कई चरणों का प्रयोग करने से प्राप्त होती है।
'गैस टरबाइन' की विभिन्न परिभाषाएँ दी जाती हैं। विस्तृत परिभाषा के अनुसार गैस टरबाइन वह मूल चालक (prime mover) है जिसके संपूर्ण उष्मीय चक्र में कार्यकारी तरल गैसीय अवस्था में ही बना रहता है एवं जिसके सभी यंत्रांगों की गति परिभ्रमी होती है। संकीर्ण परिभाषा के अनुसार इस शब्द का प्रयोग सिर्फ उस मुख्य टरबाइन अंग के लिये किया जाता है जिसका माध्यम गरम वायु होती है। कुछ विद्वानों के मतानुसार गैस टरबाइन वह यंत्र है जिसमें प्रवाह प्रक्रम अविरत रहता है एवं शक्ति टरबाइन द्वारा प्राप्त होती है।
गैस टरबाइन की इतिहास?
प्रथम गैस टरबाइन की निर्माणतिथि अभी तक अज्ञात है किंतु 130 ई. पू. के मिस्र में हीरो ने टरबाइन के सदृश एक ऐसे यंत्र का निर्माण किया था जो गरम वायु की सहायता से चलता था। संभवत: प्रथम ज्ञात गैस टरबाइन का निर्माण सन् 1550 ई. में हुआ एवं इसका निर्माता लियोनार्डो दा विंशी था। यह यंत्र चिमनी के पास रखा जाता था और इससे होकर चिमनी की गैस ऊपर जाती थी। इस यंत्र के द्वारा बहुत कम शक्ति प्राप्त होती थी, जिसका उपयोग मांस को भूनने के लिए बने हुए पात्र को चलाने के लिए किया जाता था। गैस टरबाइन का सर्वप्रथम पेटेंट इंग्लैंड में जॉन बारबर ने 1791 ई. में कराया था। आश्चर्य की बात तो यह है कि उसका बनाया गैस टरबाइन आधुनिक विकसित सिद्धान्त पर आधारित पाया गया है। उसके बाद जॉन डाबेल ने 1808 ई. में दूसरा पेटेंट इंग्लैंड में ही कराया। 1837 ई. में पेरिस में ब्रेसन ने एक ऐसे टरबाइन का पेटेंट कराया, जिसमें सभी आवश्यक कल पुर्जे थे। उच्च शक्ति वाले गैसे टरबाइन का निर्माण 1872 ई0 में स्टोल्ज ने किया था, जो बहुपद (multi-stage) अभिक्रिया टरबाइन एवं बहुपद अक्षीय-प्रवाह संपीडक (Arial Flow Compressor) द्वारा युक्त था। उस समय वैज्ञानिकों को वायुगतिकी (Aerodynamics) का ज्ञान कम था, जिससे दक्ष संपीडक का निर्माण संभव नहीं था। संपीडक की डिजाइन सुचारू रूप से न किए जाने के कारण अनेक हानियाँ होती हैं, जिनके कारण टरबाइन द्वारा प्राप्त कार्य का अधिकांश भाग संपीडक को चलाने में ही खर्च हो जाता है और बहुत ही कम शक्ति उपलब्ध होती है। दहनकक्ष की डिजाइन एवं निर्माण भी अधिक विकसित नहीं हो पाया था। अनुसंधानकर्ताओं को इन समस्याओं के सिवाय उपयुक्त निर्माण सामग्री की विकट समस्या का भी सामना करना पड़ता था। इन्हीं सब कारणों से प्रारंभिक गैस टरबाइन सफल नहीं हो पाए।
अमरीका में इस टरबाइन का प्रथम पेटेंट चार्ल्स कर्टिस ने 1895 ई. में कराया था। यह टरबाइन और सभी टरबाइनों से अच्छा प्रमाणित हुआ। उस समय तक वैज्ञानिकों का ध्यान इस क्षेत्र की ओर आकर्षित हो चुका था। इसके बाद अनेक तरह की डिजाइन के गैस टरबाइन बनाए गए, जिनमें निम्नलिखित प्रमुख हैं: 1905 ई0 में फ्रांस में अर्मेगंड और लेमाल द्वारा निर्मित प्रथम बहुपद अपकेंद्रीसंपीडक-युक्त गैस टरबाइन, 1905 ई. में डॉ॰ होल्जवर्थ द्वारा निर्मित स्थिर आयतन टरबाइन, 1908 ई0 में फ्रांस में कर्बोडीन द्वारा निर्मित आवेग (impulse) टरबाइन, 1913 ई. में बिशाँफ द्वारा निर्मित विस्फोट प्रकार का टरबाइन तथा 1914 ई. में बिशॉफ द्वारा निर्मित स्थिर-दाब टरबाइन।
उपर्युक्त डिजाइनों के अलावा और भी विभिन्न डिजाइनों के टरबाइनों का विकास होता रहा है। वैज्ञानिकों के अथक प्रयास के फलस्वरूप आज गैस टरबाइन की नींव पक्की हो गर्ह है।
गैस टरबाइन की संचालन
वास्तव में गैस टरबाइन एक अन्तर्दहन इंजन ही है। इसमें एक सबसे पहले एक घूर्णी संपीडक (rotating compressor) होता है, उसके बाद ज्वलन कक्ष होता है और अन्त में एक टरबाइन।
गैस टरबाइन का काम करने का सिद्धान्त भाप शक्ति संयंत्र के काम करने के सिद्धान्त से मिलता-जुलता है। अन्तर बस इतना है कि यहाँ भाप के स्थान पर हवा का उपयोग होता है।
वायुमंडल से वायु संपीडक में प्रवेश करती है, जहाँ इसका संपीड़न (कम्प्रेशन) होता है। संपीडित वायु को दहनकक्ष में लाया जाता है, जिसमें ईंधन की सहायता से वायु गरम की जाती है। दहन कक्ष से निकलकर गरम वायु टरबाइन में जाती है एवं इस यंत्र के द्वारा कार्य करती है। कार्य करने के बाद वायु बाहर निकल जाती है। आदर्श गैस टर्बाइन से गुजरने वाली गैसों पर तीन ऊष्मागतिक प्रक्रियाएँ की जाती हैं, ये हैं-
1. समऐन्ट्रॉपिक संपीडन (isentropic compression)
2. समदाबिक ज्वलन (isobaric combustion)
3. समऐन्ट्रॉपिक प्रसार (isentropic expansion)
इन तीनों को मिलाकर ब्रेसन चक्र (Brayton cycle) कहलाता है।
दहन करने की दो प्रणालियाँ व्यवहार में लाई जाती हैं :
(1) स्थिर दाब तथा
(2) स्थिर आयतन
इन दो प्रणालियों में स्थिर दाब चक्र अच्छा पाया गया है।
गैसे टरबाइन में व्यवहृत उष्मागतिकी चक्र हैं :
(1) खुला चक्र तथा
(2) बंद चक्र
प्रथम प्रकार के चक्र में वायुमंडल से ताजी वायु संपीडक में प्रवेश करती एवं टरबाइन में कार्य करने के बाद वायुमंडल में ही निष्कासित हो जाती है, किंतु दूसरे प्रकार के चक्र में बाहर से ताजी वायु नहीं आती है, वरन् उसी वायु या गैस का बारंबार परिवहन होता है।
टरबाइन की दक्षता को बढ़ाने के लिए विभिन्न प्रकार के उपकरण व्यवहार में लाए जाते हैं, जिनमें निम्नलिखित मुख्य हैं :
टरबाइन का आविष्कार किसने किया और कब किया?
सबसे पहले भाप टरबाइन का आविष्कार ब्रिटिश इंजीनियर सर चार्ल्स पार्सन्स सन , 1884 में किया था में और “टरबाइन” शब्द को सन ,1822 में फ्रांसीसी खनन इंजीनियर क्लाउड बर्डिन ने लैटिन शब्द टर्बो या भंवर से, “मेस टर्बाइन हाइड्रुलिक्स ओ मशीन रोटोटोयर्स ए ग्रेडे वेटेसे” से लिया था ,
जिसे उन्होंने एकेडेमी रॉयल डेस विज्ञान में प्रस्तुत किया था और पहली पानी टरबाइन का निर्माण पेरिस क्लाउड बर्डिन के एक पूर्व छात्र बेनोइट फोरनेरोन ने किया और 1 9वीं सदी के मध्य में टरबाइन डिजाइन के तरीकों को विकसित किया गया था
गैस टरबाइन कैसे काम करता है?
एक गैस टरबाइन एक इंजन है जिसमें निरंतर संचालन के दौरान, उपकरण का मुख्य अंग (रोटर) एक गैस के आंतरिक ऊर्जा (अन्य मामलों में, भाप या पानी) को एक यांत्रिक संचालन में बदल देता है। इस मामले में, काम करने वाले पदार्थ जेट रोटर की परिधि पर तय किए गए ब्लेड पर कार्य करते हैं, जिससे उन्हें गति मिलती है। गैस प्रवाह की दिशा में, टर्बाइन को अक्षीय में विभाजित किया जाता है (गैस टरबाइन के अक्ष के समानांतर चलती है) या रेडियल (समान अक्ष के सापेक्ष लंबवत आंदोलन)। एकल और मल्टीस्टेज तंत्र दोनों हैं।
गैस टरबाइन ब्लेड पर दो तरह से कार्य कर सकता है। सबसे पहले, यह एक सक्रिय प्रक्रिया है, जब उच्च गति पर कार्य क्षेत्र में गैस की आपूर्ति की जाती है। उसी समय, गैस का प्रवाह एक सीधी रेखा में चला जाता है, और इसके मार्ग में खड़े घुमावदार ब्लेड वाला हिस्सा इसे मोड़ देता है, खुद को बदल देता है। दूसरे, यह एक प्रतिक्रियाशील प्रकार की प्रक्रिया है, जब गैस फ़ीड दर कम होती है, हालांकि उच्च दबाव का उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रियाशील-प्रकार के इंजन लगभग कभी भी अपने शुद्ध रूप में नहीं मिलते हैं, क्योंकि उनके टर्बाइनों में एक केन्द्रापसारक बल होता है जो प्रतिक्रिया बल के साथ ब्लेड पर कार्य करता है।
आज गैस टरबाइन का उपयोग कहां किया जाता है? डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इलेक्ट्रिक वर्तमान जनरेटर, कंप्रेशर्स, आदि के ड्राइव के लिए इसका उपयोग करना संभव बनाता है। इस प्रकार के टर्बाइन का व्यापक रूप से परिवहन (शिप गैस टर्बाइन) में उपयोग किया जाता है। स्टीम समकक्षों की तुलना में, उनके पास अपेक्षाकृत छोटा वजन और आकार है, उन्हें बॉयलर रूम की व्यवस्था की आवश्यकता नहीं है, संघनन स्थापना।
लॉन्च के बाद गैस टरबाइन जल्दी से काम करने के लिए तैयार है, लगभग 10 मिनट में पूरी शक्ति विकसित करता है, बनाए रखना आसान है, ठंडा करने के लिए थोड़ी मात्रा में पानी की आवश्यकता होती है। आंतरिक दहन इंजन के विपरीत, इसमें एक क्रैंक तंत्र से जड़त्वीय प्रभाव नहीं होता है। गैस टरबाइन इकाई डीजल इंजनों की तुलना में डेढ़ गुना छोटी है और प्रकाश से दोगुनी है। उपकरणों में खराब गुणवत्ता वाले ईंधन पर काम करने की क्षमता है। उपरोक्त गुणों से होवरक्राफ्ट और हाइड्रोफिल के लिए विशेष रुचि के ऐसे इंजनों पर विचार करना संभव हो जाता है।
इंजन के मुख्य घटक के रूप में गैस टरबाइन में कई महत्वपूर्ण कमियां हैं। उनमें से, वे एक उच्च शोर स्तर पर ध्यान देते हैं, डीजल इंजनों की तुलना में कम, लागत-प्रभावशीलता, उच्च तापमान पर संचालन की एक छोटी अवधि (यदि गैसीय माध्यम का तापमान लगभग 1100 ओ सी है, तो टरबाइन के उपयोग की शर्तें औसतन 750 घंटे तक हो सकती हैं)।
गैस टरबाइन की दक्षता उस प्रणाली पर निर्भर करती है जिसमें इसका उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, 1300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर प्रारंभिक गैस तापमान के साथ बिजली उद्योग में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों, 23 से अधिक नहीं और 17 से कम नहीं के कंप्रेसर में हवा के संपीड़न की डिग्री के साथ, लगभग 38.5% का स्वायत्त संचालन अनुपात होता है। इस तरह के टर्बाइन बहुत व्यापक नहीं हैं और मुख्य रूप से विद्युत प्रणालियों में लोड चोटियों को ब्लॉक करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। आज, 30 मेगावाट तक की क्षमता वाले लगभग 15 गैस टर्बाइन रूस में कई थर्मल पावर प्लांटों पर काम करते हैं। मल्टी-स्टेज इंस्टॉलेशन पर, संरचनात्मक तत्वों की उच्च दक्षता के कारण बहुत अधिक दक्षता हासिल की जाती है (लगभग 0.93)।
गैस टरबाइन की विशेषताएं
एक गैस टरबाइन लगातार दबाव में लगातार ईंधन जलाता है और सीधे दहन गैस के साथ टरबाइन को घुमाता है। इसलिए, एक आंतरिक दहन इंजन के विपरीत, पारस्परिक गति और आंतरायिक विस्फोटक दहन से जुड़ा कोई कंपन नहीं होता है, और यह एक छोटा, हल्का, बड़ा आउटपुट, सरल संरचना और एक अत्यधिक विश्वसनीय प्रधान प्रस्तावक हो सकता है। इसके अलावा, कोई ठंडा पानी की आवश्यकता नहीं है, चिकनाई तेल का उपयोग बहुत छोटा है, रखरखाव आसान है, और मानव रहित ऑपरेशन संभव है। यह त्वरित स्टार्ट-अप द्वारा भी विशेषता है और लोड में अचानक बदलाव के लिए जल्दी से प्रतिक्रिया कर सकता है, जिससे यह आपातकालीन जनरेटर और पीक लोड के लिए उपयुक्त है। आउटपुट रेंज व्यापक है, इसे कई प्रकार के किलोवाट के पोर्टेबल प्रकार से कई सौ हजार किलोवाट प्रति यूनिट की बिजली उत्पादन के लिए उत्पादित किया जा सकता है, और अगर कंप्रेशर्स और टर्बाइन की व्यवस्था को उचित रूप से संयुक्त किया जाता है, तो यह लोड विशेषताओं के लिए सबसे उपयुक्त है एक गैस टरबाइन को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, इसका उपयोग लगभग किसी भी अनुप्रयोग के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक जनरेटर या पंप ड्राइव को कंप्रेसर, टरबाइन के साथ संचालित किया जा सकता है, और लोड एक सामान्य शाफ्ट से सीधे जुड़ा हुआ है। चूंकि स्टार्टिंग टॉर्क वाहन चलाने के लिए बड़ा है, इसलिए इसे लागू नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसे तब चलाया जा सकता है, जब कंप्रेसर ड्राइविंग टरबाइन और आउटपुट टरबाइन अलग-अलग शाफ्ट (वाहन टू-शाफ्ट गैस टरबाइन) पर हों। हालांकि, चूंकि गैस टरबाइन एक हाई-स्पीड मोटर है, इसलिए कम-स्पीड लोड को चलाने के लिए एक स्पीड रिड्यूसर की आवश्यकता होती है। शोर का स्तर आम तौर पर उच्च होता है, लेकिन कई उच्च-आवृत्ति घटक होते हैं, इसलिए साइलेंसिंग तकनीक अपेक्षाकृत आसान होती है, और अन्य प्रमुख मूवर्स की तुलना में निकास गैस शुद्धि आसान होती है।
कंप्रेसर इनलेट पर अनुपात टी 3 / टी 1 पूर्ण तापमान टी 1 हवा के बीच और टरबाइन इनलेट बढ़ जाती है पर पूर्ण तापमान टी गैस के 3 के रूप में गैस टरबाइन बढ़ जाती है की थर्मल दक्षता। इस संभावित में उच्च तापीय क्षमता है, लेकिन क्योंकि टरबाइन इनलेट तापमान टरबाइन ब्लेड सामग्री के प्रयोग करने योग्य तापमान द्वारा सीमित है, इसलिए थर्मल दक्षता एक डीजल मशीन या स्टीम टरबाइन की तुलना में थोड़ी कम है, और एक भारी तेल की तुलना में, आदि ईंधन की अर्थव्यवस्था खराब है क्योंकि कम गुणवत्ता वाले ईंधन का उपयोग करना मुश्किल है। यही कारण है कि, कई उत्कृष्ट विशेषताओं के होने के बावजूद, इसका उपयोग सामान्य औद्योगिक प्रधान प्रस्तावक के रूप में नहीं किया गया था। दूसरी ओर, जब उच्च ऊंचाई पर उड़ान भरने वाले विमानों के लिए एक मुख्य प्रस्तावक के रूप में उपयोग किया जाता है, तो कंप्रेसर इनलेट का हवा का तापमान टी 1 कम होकर टी 3 / टी 1 हो जाता है, बेहतर होता है, थर्मल दक्षता बन जाती है, बड़ा उत्पादन छोटा और हल्का होता है। इस क्षेत्र में भी गैस टर्बाइन पहले लोकप्रिय हो गए थे, कई फायदे जैसे उच्च गति उड़ान और जेट प्रणोदन प्राप्त करने में सक्षम थे। सामान्य औद्योगिक उपयोग के लिए, टरबाइन ब्लेड कूलिंग तकनीक में सुधार और नई गर्मी प्रतिरोधी सामग्री विकसित की गई है, और 1300 से 1400 डिग्री सेल्सियस तक टरबाइन इनलेट तापमान का उपयोग व्यावहारिक उपयोग के चरण तक पहुंच गया है। कर रहे हैं।
गैस टरबाइन विकास का इतिहास
जब मारा गैस दहन सख्ती से बढ़ जाता है। गैस टरबाइन का पूर्वज एक उपकरण है जो बढ़ती गैस के साथ प्ररित करनेवाला को घुमाता है। अलेक्जेंड्रिया हेरॉन के बारे में भी कहा जाता है कि उसने इस तरह की डिवाइस तैयार की है। जापान में पुराने लालटेन का एक ही सिद्धांत है। इस प्रकार का एक उपकरण जो व्यावहारिक बन गया था वह था मध्ययुगीन यूरोप में इस्तेमाल होने वाला धुआं जैक, एक चिमनी की चिमनी में एक प्ररित करनेवाला के साथ। एक गियर डिवाइस प्ररित करनेवाला के निचले छोर से जुड़ा हुआ था, और इसका उपयोग ग्रिल को चालू करने के लिए किया गया था जो मांस जलाता है और घंटी बजाता है।
1791 में, ब्रिटिश बार्बर जॉन बार्बर ने दो प्रत्यावर्ती पंपों का उपयोग करते हुए दो दहनशील पदार्थों में ईंधन गैस और हवा को संपीड़ित किया, और लगातार ईंधन गैस को जलाया और दहन गैस के साथ टरबाइन को बदल दिया। एक गैस टरबाइन जो ऊपरी गियर से बिजली निकालती है उसी समय संपीड़न पंप को चलाने के लिए तैयार और पेटेंट किया गया था। कहा जाता है कि उन्होंने गैस टरबाइन का नाम भी दिया। नाई की गैस टरबाइन को केवल तैयार किया गया था और भले ही इसे प्रोटोटाइप किया गया हो, लेकिन यह काम के लायक नहीं है, लेकिन यह मूल्यांकन के योग्य है क्योंकि वर्तमान गैस टरबाइन अवधारणा सही ढंग से शामिल है। 1847 में, फ्रांसीसी सी। बोरडान ने एक मल्टी-स्टेज रोटरी कंप्रेसर के साथ हवा को संपीड़ित किया, और बिजली निकालने के लिए उच्च तापमान वाली हवा के साथ मल्टी-स्टेज टरबाइन को घुमाने के लिए इसे बाहर से गर्म किया। एक टरबाइन तैयार है। जर्मनी के F. Stolze ने भी 1972 में एक गर्म हवा के टरबाइन का आविष्कार और पेटेंट कराया था। इसे लौ टरबाइन के रूप में भी जाना जाता है। मल्टीस्टेज एक्सियल कंप्रेसर और मल्टीस्टेज रिएक्शन टर्बाइन एक ही धुरी पर होते हैं, और कॉम्बस्टर बाहरी दहन प्रकार होता है। मैं कर रहा हूँ। स्टोलेज़ ने वास्तव में प्रोटोटाइप किया और इसके साथ प्रयोग किया, लेकिन वह सफल नहीं हुआ क्योंकि उसे उच्च-प्रदर्शन वाले कंप्रेसर और टरबाइन को डिजाइन करने का कोई ज्ञान नहीं था और ईंधन के निरंतर दहन को नियंत्रित नहीं कर सका। ये था।
यद्यपि गैस टरबाइन एहसास की संभावना 20 वीं सदी से है, जो कि भाप टरबाइन के व्यावहारिक अनुप्रयोग और विकास के साथ है, टरबाइन की निर्माण तकनीक आगे बढ़ने के कारण थी। सबसे पहले, 1900 की शुरुआत में, फ्रांस के आर अल्मांगो एट अल। पहली बार गैस टरबाइन कॉम्बस्टर, एक मल्टीस्टेज सेंट्रीफ्यूगल कंप्रेसर और एक पानी से ठंडा दो-चरण आवेग टर्बाइन के संयोजन से गैस टरबाइन के संचालन में सफल हुआ। लगभग 4000 आरपीएम पर परिचालन, 300 हॉर्सपावर के बाहरी आउटपुट और लगभग 3% की थर्मल दक्षता के साथ, बहुत से लोग निराश थे कि उन्हें एक बहुत बड़े वायु कंप्रेसर की आवश्यकता थी। उसके बाद, एच। होल्ज़वल्ड एट अल। जर्मनी में एक विस्फोट दहन गैस टरबाइन विकसित किया। उस समय, संपीड़न के लिए कम शक्ति वाले विस्फोटक दहन प्रकार गैस टरबाइन को निरंतर दहन प्रकार की तुलना में अधिक आशाजनक माना जाता था। गैस टरबाइन का विकास मुख्य रूप से स्विस कंपनी ब्राउन-बोबेली द्वारा किया गया था, लेकिन इसे मूल रूप से एक प्रधान प्रस्तावक के रूप में नहीं बनाया गया था, लेकिन एक दबाव दहन प्रकार का इंजन था जो दबाव के लिए आवश्यक शक्ति प्राप्त करने के लिए निकास गैस का उपयोग करता था। यह एक बॉयलर (बेलॉक्स बॉयलर) के रूप में था। इस विकास के दौरान, यह स्पष्ट हो गया कि निरंतर दहन प्रणाली विस्फोट दहन प्रणाली की तुलना में अधिक कुशल है। 1930 के दशक में, उच्च-प्रदर्शन कम्प्रेसर और टर्बाइन का निर्माण इस तथ्य के कारण किया गया था कि विमान के विकास से पैदा हुए वायुगतिकी का ज्ञान टर्बाइन और कम्प्रेसर के डिजाइन पर लागू हुआ। 30 के दशक के अंत में, एक 4000kW की बिजली उत्पादन गैस टरबाइन (ब्राउन-बोबेली) स्विट्जरलैंड के नेउचटेल में स्थापित की गई थी। यह निरंतर दहन विधि का उपयोग करने वाला पहला व्यावहारिक गैस टरबाइन है। दूसरी ओर, एविएशन प्राइम मूवर्स, तथाकथित जेट इंजन के रूप में गैस टर्बाइन का उपयोग करने का प्रयास 30 के दशक से सक्रिय है, और 1957 में ब्रिटिश एफ व्हिटल को पहले ही सफलतापूर्वक कमीशन किया गया था।
गैस टरबाइन सिद्धांत और थर्मल दक्षता
गैस टरबाइन के संचालन को ऊर्ध्वाधर अक्ष पर पूर्ण तापमान टी के साथ टी - एस आरेख पर दर्शाया गया है और क्षैतिज अक्ष (अंजीर) पर एन्ट्रापी एस । 1 )। दबाव पी 1 और पी 2 के बीच एक आदर्श गैस टरबाइन चक्र ऑपरेटिंग (कंप्रेसर या टरबाइन में कोई नुकसान नहीं) स्थिरोष्म संपीड़न (1 → 2), समदाब रेखीय हीटिंग (2 → 3), स्थिरोष्म विस्तार (3 → 4) और समदाब रेखीय गर्मी अपव्यय (है 4 → 1)। खुले चक्र में, 4 → 1 वायुमंडल के लिए गर्मी रिलीज है। टी - सी पी हवा और दहन गैस की लगातार दबाव विशिष्ट ऊष्मा (प्रति किलो) है, तो डब्ल्यू सी काम adiabatically की 1 किलो / एस के साथ कंप्रेसर है डब्ल्यू सी = सी पी (टी 2 हवा का प्रवाह दर को संपीड़ित करने के लिए आवश्यक 1 ), काम डब्ल्यू टी टरबाइन एक एडियाबेटिक विस्तार प्रक्रिया में किया जाता है, डब्ल्यू टी = सी पी - ए (टी 3 टी 4), अंतर डब्ल्यू टी - डब्ल्यू सी प्रभावी आउटपुट डब्ल्यू ई है। हीट क्यू 1 प्लस प्रभावी उत्पादन, क्यू 1 = सी पी प्राप्त करने के लिए - (टी 3 टी 2) द्वारा दिए गए, डब्ल्यू ई और क्यू 1 में और डब्ल्यू ई अनुपात / Q 1 सैद्धांतिक थर्मल दक्षता ईटा टी एच होती है। विशिष्ट ताप अनुपात कप्पा वायु का उपयोग करते हुए, जब m = (1-1) / k, एक आदर्श गैस टरबाइन की सैद्धांतिक थर्मल दक्षता को = th = 1- (P 2 / P 1) । M के रूप में व्यक्त किया जाता है । एटा टी एच में जैसा कि इस समीकरण से देखा जा सकता है केवल दबाव अनुपात पी 2 / पी 1 का एक कार्य है, दबाव अनुपात के साथ बढ़ता है।
एक वास्तविक गैस टरबाइन में, कंप्रेसर में नुकसान होता है, एन्ट्रापी बढ़ जाती है, संपीड़न प्रक्रिया 1 → 2 'हो जाती है, और संपीड़न के लिए आवश्यक कार्य C p ( T 2 ' -T 1 ) के रूप में बढ़ जाता है । इसी तरह, टरबाइन में नुकसान होता है, और विस्तार प्रक्रिया 3 → 4 ′ हो जाती है, और टर्बाइन का काम C p ( T 3 −T 4 ′) तक कम हो जाता है । यही है, प्रभावी आउटपुट बहुत कम हो गया है। आंकड़ा शो तापीय क्षमता एक वास्तविक गैस टरबाइन की एक सी टी η 2 इसमें, यह देखा जा सकता है कि टरबाइन इनलेट तापमान T 3 अधिक होने से थर्मल दक्षता अधिक हो जाती है। यह टी 3 है जो आउटपुट के लिए बड़ा है।
ऊपर एक सरल चक्र के लिए है। हालांकि, अगर टरबाइन निकास तापमान टी 4 कंप्रेसर आउटलेट तापमान टी 2 से अधिक है , तो हीट एक्सचेंजर T आर सी पी ( टी 4 - टी 2 ) की गर्मी को पुनर्प्राप्त कर सकता है। (Ger आर हीट एक्सचेंजर की तापमान दक्षता है), और अगर यह हीटिंग के लिए उपयोग किया जाता है, तो क्यू 1 तदनुसार कम हो जाएगा और थर्मल दक्षता में सुधार होगा। यदि एक इंटरकोलर और एक रिहाइटर का उपयोग किया जाता है, तो संपीड़न कार्य को कम किया जा सकता है और कम दबाव वाले टरबाइन का उत्पादन बढ़ाया जा सकता है। इस मामले में, हालांकि, टरबाइन निकास तापमान निकास तापमान T 6 , से अधिक हो जाता है, जब कोई भी पुनर्मिलन नहीं किया जाता है, और तापमान कम हो जाता है। इसलिए, हीट एक्सचेंजर का उपयोग करके इसे पुनर्प्राप्त करना महत्वपूर्ण है।
गैस टरबाइन की सामग्री
गैस टरबाइन की उष्मीय दक्षता टरबाइन में कार्य करनेवाले गैसे के प्रवेशताप पर निर्भर करती है। यह ताप जितना अधिक होगा दक्षता उतनी ही अधिक होगी, किंतु गैस के ताप को बढ़ाने के पहले टरबाइन के फलकों के लिए व्यवहृत सामग्री में भी उस ताप पर कार्य करने की क्षमता होती चाहिए। इस क्षेत्र में गहन अनुसंधान हुए हैं एवं बहुत तरह की नई नई सामग्रियों का विकास हुआ है। ये सामग्रियाँ उच्च ताप एवं उच्च प्रतिबल (stress) की विषम अवस्थाओं में भी सुचारु रूप से कार्य कर पाती हैं।
गैस टरबाइन में व्यवहृत ईंधन
गैस टरबाइन में प्राय: सभी प्रकार के ईंधन व्यवहृत होते हैं। पतले तेल को जलाने में कोई कठिनाई नहीं होती। गाढ़े तेल को जलाने के लिये विशेष प्रकार के प्रसाधन की आवश्यकता होती है, क्योंकि इस प्रकार के तेल को जलाते समय अग्रलिखित समस्याओं का सामान करना पड़ता है-
तेल में विद्यमान ठोस कणों का दक्षतापूर्वक दहन, टरबाइन फलकों पर राख कर जमा होना तथा टरबाइन फलकों एवं अन्य पुर्जों को तेल के क्षारण प्रभाव से बचाना।
गैस टरबाइन की उपयोगिता
गैस टरबाइन मूलचालक (prime mover) है। यह परिभ्रमी (rotary) प्रकार का यंत्र है इसीलिये पश्चाग्र (reciprocating) मूलचालकों की अपेक्षा इसमें घर्षणहानि बहुत ही कम होती है। गैस टरबाइन की यांत्रिक दक्षता 95 से 97 प्रतिशत तक होती है, जब की अंतर्दहन इंजन की दक्षता 80 से 85 प्रतिशत तक ही हो पाती है। गैस टरबाइन का संतुलन अच्छा रहता है, जिससे इसमें कंपन कम होता है। अन्यान्य मूल चालकों की तुलना में यह दीर्घायु होता है। विद्युत उत्पादन के सिवाय लोकोमोटिव (locomotive), रेल के इंजन, मोटरगाड़ी, जलयान, वायुयान आदि के मूल चालक के रूप में इसका व्यवहार किया जाता है।
गैस टरबाइन की समस्याएँ
गैस टरबाइन की उष्मीय दक्षता अब भी कम ही होती है। यद्यपि गैस टरबाइन युक्त यंत्र की चाल की दिशा बदलने के लिए बहुत तरह के उपसाधन निकाले गए हैं तथापि यह सुगमतापूर्वक बदली नहीं जा सकती। गैस टरबाइन स्वत:प्रवर्ती (self-starting) मूलचालक नहीं है। इसके अलावा एक समस्या यह भी है कि गैस टरबाइन की दक्षता, शक्ति की माँग के कम होने से, कम हो जाती है। परंतु ये समस्याएँ असाध्य नहीं हैं।
गैस टर्बाइन Different Technology
वर्तमान में, गैस टर्बाइन का उपयोग कुछ छोटे विमानों को छोड़कर लगभग सभी विमानों में जेट इंजन के रूप में किया जाता है, और इसे सबसे लोकप्रिय क्षेत्र कहा जा सकता है। बिजली उत्पादन के लिए उपयोग भी बढ़ रहा है, और यह आम तौर पर उच्च शक्ति के आधार भार के लिए एक स्टीम टरबाइन के साथ संयोजन में और आपातकालीन या शिखर भार के लिए संयुक्त इंजन के रूप में उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, एक गैस टरबाइन के साथ एक टर्बो जनरेटर और एक जनरेटर सेट छोटा होता है और इसे ठंडा पानी की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए इसे क्षेत्रीय बिजली उत्पादन, अपतटीय बिजली उत्पादन, दूरस्थ बिजली उत्पादन के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और मोबाइल पावर के रूप में वाहन पर लगाया जाता है स्रोत। जहाजों को शायद ही कभी व्यापारिक जहाजों के लिए मुख्य इंजन के रूप में उपयोग किया जाता है,
लेकिन मुख्य रूप से उनकी गतिशीलता और छोटे, हल्के, बड़े आउटपुट विशेषताओं के कारण युद्धपोतों के लिए मुख्य इंजन और बूस्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। और लोकोमोटिव (गैस टरबाइन लोकोमोटिव) के लिए एक प्रमुख प्रस्तावक के रूप में यूरोप में उपयोग किया जाता है। ऑटोमोबाइल के लिए मोटर्स के रूप में, वे केवल आंशिक रूप से रेसिंग कारों और भारी वाहनों (मुख्य रूप से सैन्य उपयोग के लिए) के लिए उपयोग किए जाते हैं, और यात्री कारों के लिए अभी तक कोई सामान्य नहीं हैं। भविष्य में बसों और ट्रकों का इस्तेमाल होने की उम्मीद है। इसके अलावा, गैस टर्बाइन को तेल और प्राकृतिक गैस के लिए लंबी दूरी की पाइपलाइन पंप स्टेशनों के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
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