5 Steam Turbine Notes in hindi

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Subject - THERMAL ENGINEERING - II ME 4003
Branch - Mechanical Engineering
Semester - 4th Semester

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स्टीम टरबाइन (Steam Turbines)

स्टीम टरबाइन एक यांत्रिक उपकरण है, जो भाप की ऊष्मीय ऊर्जा (Thermal Energy) को गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy) में परिवर्तित करके यांत्रिक कार्य (Mechanical Work) उत्पन्न करता है। इसका उपयोग बिजली उत्पादन, समुद्री प्रणोदन (Marine Propulsion) और औद्योगिक प्रक्रियाओं (Industrial Processes) में किया जाता है।

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5.1 स्टीम टरबाइन का वर्गीकरण (Classification of Steam Turbines)

स्टीम टरबाइन को विभिन्न आधारों पर वर्गीकृत किया जाता है:

(a) ऊर्जा रूपांतरण के आधार पर (Based on Energy Conversion)

1. इम्पल्स टरबाइन (Impulse Turbine) – भाप पूरी तरह से नोज़ल (Nozzle) में फैलती है और उच्च वेग से ब्लेड पर टकराती है।

   • उदाहरण: De Laval टरबाइन, Curtis टरबाइन

2. रिएक्शन टरबाइन (Reaction Turbine) – भाप का विस्तार आधे नोज़ल में और आधे घूमते हुए ब्लेड में होता है।

   • उदाहरण: Parsons टरबाइन

(b) भाप प्रवाह दिशा के आधार पर (Based on Steam Flow Direction)

1. एक्सियल फ्लो टरबाइन (Axial Flow Turbine) – भाप शाफ्ट के समानांतर बहती है।

2. रेडियल फ्लो टरबाइन (Radial Flow Turbine) – भाप रेडियल दिशा में अंदर या बाहर बहती है।

(c) स्टेज की संख्या के आधार पर (Based on Number of Stages)

1. सिंगल स्टेज टरबाइन (Single-Stage Turbine) – भाप केवल एक चरण (Stage) में फैलती है।

2. मल्टी-स्टेज टरबाइन (Multi-Stage Turbine) – भाप कई चरणों में फैलती है, जिससे दक्षता बढ़ती है।

(d) एग्जॉस्ट कंडीशन के आधार पर (Based on Exhaust Condition)

1. कंडेंसिंग टरबाइन (Condensing Turbine) – भाप को कंडेंसर में छोड़ा जाता है, जिससे अधिक कार्य उत्पन्न होता है।

2. नॉन-कंडेंसिंग टरबाइन (Non-Condensing Turbine) – भाप उच्च दबाव पर निकासी होती है और इसे औद्योगिक उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है।

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5.2 इम्पल्स और रिएक्शन टरबाइन में अंतर (Difference Between Impulse and Reaction Turbines)

विशेषता	इम्पल्स टरबाइन	रिएक्शन टरबाइन
विस्तार (Expansion)	पूरा विस्तार नोज़ल में होता है	विस्तार नोज़ल और ब्लेड दोनों में होता है
दबाव गिरावट (Pressure Drop)	केवल नोज़ल में होती है	नोज़ल और ब्लेड दोनों में होती है
भाप की गति (Steam Velocity)	नोज़ल से बाहर निकलने के बाद उच्च होती है	इम्पल्स टरबाइन से कम
ब्लेड डिज़ाइन (Blade Design)	समान आकार (Symmetrical)	एयरोफॉइल आकार (Aerofoil-Shaped)
ऊर्जा स्थानांतरण (Energy Transfer)	केवल गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy) द्वारा	गतिज ऊर्जा + दबाव ऊर्जा (Pressure Energy) द्वारा
उदाहरण	De Laval, Curtis टरबाइन	Parsons टरबाइन

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5.3 सरल De Laval टरबाइन का कार्य सिद्धांत (Working of a Simple De Laval Turbine)

De Laval टरबाइन एक सिंगल-स्टेज इम्पल्स टरबाइन है।

कार्य प्रणाली (Working Principle)

1. उच्च दबाव की भाप नोज़ल में फैलती है, जिससे उसका वेग बहुत अधिक हो जाता है।

2. यह उच्च वेग वाली भाप ब्लेड से टकराती है, जिससे रोटर घूमता है।

3. ब्लेड में भाप का दबाव समान रहता है, केवल गति की दिशा बदलती है।

आरेख (Diagram)

• टरबाइन में नोज़ल, घूमते हुए ब्लेड, और एग्जॉस्ट होते हैं।

• तेज़ी से घूमने वाला शाफ्ट जनरेटर या मशीन से जुड़ा होता है।

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5.4 वेग आरेख (Velocity Diagrams)

वेग आरेख भाप की गति और दिशा को दर्शाते हैं:

1. परम वेग (Absolute Velocity, V₁, V₂) – भाप के प्रवेश और निकास की गति।

2. ब्लेड वेग (Blade Velocity, U) – घूमते हुए ब्लेड की गति।

3. सापेक्ष वेग (Relative Velocity, Vr₁, Vr₂) – भाप की ब्लेड के सापेक्ष गति।

4. प्रवेश और निकास कोण (Inlet and Exit Angles) – भाप की दिशा को निर्धारित करते हैं।

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5.5 कार्य, अक्षीय बल, टंगेंशियल बल और दक्षता के लिए सूत्र (Expressions for Work Done, Axial & Tangential Thrust, Efficiencies)

1. कार्य किया गया (Work Done per Stage):

$$W = m \cdot (V_{w1} + V_{w2}) \cdot U$$

2. अक्षीय बल (Axial Thrust):

$$F_a = m (V_{a1} - V_{a2})$$

3. टंगेंशियल बल (Tangential Thrust):

$$F_t = m (V_{w1} + V_{w2})$$

4. दक्षता (Efficiencies):

• ब्लेड दक्षता (Blade Efficiency)

$$\eta_b = \frac{\text{कार्य}}{\text{भाप से प्राप्त ऊर्जा}}$$

• स्टेज दक्षता (Stage Efficiency)

$$\eta_s = \frac{\text{एक स्टेज में कार्य}}{\text{उस स्टेज में दी गई ऊर्जा}}$$

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5.6 रोटर गति कम करने के तरीके (Methods of Reducing Rotor Speed)

1. कंपाउंडिंग (Compounding) – भाप को कई चरणों में फैलने दिया जाता है।

2. गियर रिडक्शन (Gear Reduction) – गियरबॉक्स का उपयोग किया जाता है।

3. इलेक्ट्रॉनिक स्पीड कंट्रोल (Electronic Speed Control)

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5.7 स्टीम टरबाइन में कंपाउंडिंग (Compounding in Steam Turbines)

1. वेग कंपाउंडिंग (Velocity Compounding) – एक ही दबाव पर मल्टी-ब्लेड स्टेज का उपयोग।

2. दबाव कंपाउंडिंग (Pressure Compounding) – भाप कई चरणों में फैलती है।

3. संयुक्त कंपाउंडिंग (Pressure-Velocity Compounding)

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5.8 पार्सन्स रिएक्शन टरबाइन का कार्य सिद्धांत (Working of Parsons Reaction Turbine)

• भाप का विस्तार नोज़ल और घूमते हुए ब्लेड दोनों में होता है।

• यह प्रतिक्रिया बल (Reaction Force) उत्पन्न करता है, जिससे रोटर घूमता है।

• दबाव क्रमशः कम होता जाता है।

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5.12 स्टीम टरबाइन का गवर्निंग (Governing of Steam Turbines)

1. थ्रॉटल गवर्निंग (Throttle Governing) – भाप का प्रवाह नियंत्रित करने के लिए वाल्व।

2. बायपास गवर्निंग (Bypass Governing) – भाप के एक हिस्से को डाइवर्ट किया जाता है।

3. नोज़ल कंट्रोल गवर्निंग (Nozzle Control Governing) – भाप को चुनिंदा नोज़ल से प्रवाहित किया जाता है।

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निष्कर्ष (Conclusion)

• इम्पल्स टरबाइन में केवल गति ऊर्जा का उपयोग, जबकि रिएक्शन टरबाइन में दबाव और गति दोनों का उपयोग होता है।

• कंपाउंडिंग गति को नियंत्रित करने में मदद करता है।

• गवर्निंग सिस्टम टरबाइन की गति को नियंत्रित करता है।