This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ടര്‍ബൈന്‍
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ഉള്ളടക്കം |
ടര്‍ബൈന്‍
Turbine
ദ്രവ മാധ്യമത്തില്‍ സംഭരിച്ചുവച്ചിട്ടുള്ള ഊര്‍ജത്തെ യാന്ത്രികോര്‍ജമാക്കുന്ന യന്ത്രം അഥവാ ഉപകരണം. ചുറ്റുന്ന എന്നര്‍ഥമുള്ള ടര്‍ബൊ എന്ന ലാറ്റിന്‍ പദത്തില്‍ നിന്നാണ് ടര്‍ബൈന്‍ (ചുറ്റുന്ന വസ്തു) എന്ന പേര് നിഷ്പ്പന്നമായത്.
ആമുഖം
ടര്‍ബൈന്‍ വ്യൂഹത്തിലൂടെയുള്ള ദ്രവ പ്രവാഹം വ്യൂഹത്തിലെ റോട്ടറില്‍ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ബ്ലേഡ് അഥവാ ദലങ്ങളെ ചലിപ്പിച്ച് റോട്ടറെ കറക്കുന്നു. ടര്‍ബൈനിലുപയോഗിക്കുന്ന മാധ്യമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ടര്‍ബൈനുകളെ ജല ടര്‍ബൈന്‍, നീരാവി ടര്‍ബൈന്‍, വാതക ടര്‍ബൈന്‍, കാറ്റ് (wind) ടര്‍ബൈന്‍ എന്നിങ്ങനെ നാലായി തരംതിരിക്കാം.
ജല ടര്‍ബൈന്‍ പ്രധാനമായും വൈദ്യുതിയുടെ ഉത്പ്പാദനത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. എങ്കിലും വൈദ്യുതിയുടെ മുഖ്യ ഉത്പ്പാദനം നീരാവി ടര്‍ബൈനുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ കൂടിയാണ്.
വൈദ്യുതോത്പ്പാദനം, വ്യവസായ ആവശ്യങ്ങള്‍, സമുദ്രത്തില്‍ ക്കൂടി സഞ്ചരിക്കുന്ന വലിയ വാഹനങ്ങളുടെ നോദനം എന്നിവയ്ക്കായി നീരാവി ടര്‍ബൈനുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ജെറ്റ് നോദനം മൂലം പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വിമാനങ്ങളിലാണ് വാതക ടര്‍ബൈനുകള്‍ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഇതുകൂടാതെ, വൈദ്യുതോത്പ്പാദന രംഗത്ത്, പീക്ക് ലോഡ് ആവശ്യങ്ങളെ (peak load demands) നേരിടുന്നതിനും, പ്രകൃതി വാതക വ്യവസായ മേഖലയില്‍ വളരെ നീളം കൂടിയ പൈപ്പുകളില്‍ക്കൂടി പ്രകൃതി വാതകം പമ്പു ചെയ്യുന്നതിനും, വാതക ടര്‍ബൈനുകള്‍ ഉപയോഗപ്പെടുത്താറുണ്ട്.
വൈദ്യുതോത്പ്പാദനത്തിന് കാറ്റില്‍ നിന്നുള്ള ഊര്‍ജം വഴി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന കാറ്റ് ടര്‍ബൈനുകളും അടുത്തകാലത്തു രൂപപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ടര്‍ബൈനുകളുടെ വികാസ ചരിത്രം
പുരാതന മനുഷ്യര്‍ വായു, ജലം എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചു തുടങ്ങിയതു മുതല്‍ ടര്‍ബൈനുകളുടെ ചരിത്രം ആരംഭിച്ചതായി കണക്കാക്കാം.
നേരത്തേ സൂചിപ്പിച്ച നാല് ഇനം ടര്‍ബൈനുകളിലും വ്യത്യസ്ത മാധ്യമങ്ങള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാല്‍ അവയോരോന്നും ഏറെക്കുറെ പ്രത്യേകമായും സ്വതന്ത്രമായും വികസിപ്പിച്ചെടുക്കപ്പെട്ടവയാണ് എന്നു കരുതപ്പെടുന്നു. ജല ടര്‍ബൈനുകളെപ്പറ്റി മാത്രമാണ് ഈ ലേഖനത്തില്‍ പരാമര്‍ശിച്ചിട്ടുള്ളത്.
ജല ടര്‍ബൈന്‍. ചൈനയിലും മധ്യ-പൂര്‍വ രാജ്യങ്ങളിലും നൂറ്റാണ്ടുകള്‍ക്കു മുമ്പുതന്നെ, ജലസേചനാവശ്യങ്ങള്‍ക്കു വേണ്ടിയുള്ള ജലസംഭരണികളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് വെള്ളം ഉപയോഗിച്ചു കറക്കാവുന്ന നാടന്‍ ജല ചക്രങ്ങള്‍ (water wheels) പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ചിരുന്നു. ധാന്യങ്ങള്‍ പൊടിക്കാന്‍വേണ്ടിയുള്ള ജല മില്ലുകള്‍ (water mills) ആദ്യമായി റോമില്‍ പ്രായോഗികമായിത്തീര്‍ന്നത് ഏതാണ്ട് ബി.സി. എഴുപതിലായിരുന്നു. അധികം വൈകാതെ അത്തരം മില്ലുകള്‍ റോമാ സാമ്രാജ്യമെമ്പാടും വ്യാപകമായിത്തീര്‍ന്നു.
അരുവികളിലും തോടുകളിലും അവയിലെ ജലത്തില്‍ മുങ്ങി നില്‍ക്കുന്ന രീതിയില്‍ ഉറപ്പിച്ചിരുന്നതും ലളിത ഘടനയോടുകൂടിയതുമായ പാഡില്‍ ചക്രങ്ങള്‍ (paddle wheels) ആയിരുന്നു ആദ്യകാലത്തെ ജല മില്ലുകള്‍. ഇവയിലെ ചക്രങ്ങള്‍ക്ക് കറങ്ങുവാനുള്ള ഊര്‍ജം ലഭിച്ചിരുന്നത് പാഡിലുകളില്‍ വന്നടിക്കുന്ന ജല പ്രവാഹത്തില്‍ നിന്നായിരുന്നു.
അടുത്ത വികസനം നടന്നത് അതിക്രമണ ചക്രത്തിന്റെ (overshot wheel) വരവോടെയാണ്. ഇത്തരം ചക്രങ്ങളുടെ മുകള്‍ ഭാഗത്തു കൂടിയാണ് ജലം കടത്തിവിട്ടിരുന്നത്. ഇങ്ങനെ കടത്തിവിടുന്ന ജലം ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം മൂലം ചക്രത്തിലൂടെ താഴോട്ടൊഴുകി ചക്രത്തിന്റെ കീഴ്ഭാഗത്തു കൂടി പുറത്തേക്കൊഴുകുന്നു. എന്നാല്‍ ജല ചക്രം കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതോടുകൂടി അതിക്രമണ ചക്രങ്ങള്‍ അപ്രത്യക്ഷമായിത്തുടങ്ങി.
1750-കളില്‍ സ്വിസ്സ് ഗണിത ശാസത്രജ്ഞനായ ലിയൊനാര്‍ഡ് യൂളെറും (Leonard Euler) പുത്രന്‍ ആല്‍ബെര്‍ട്ടും പ്രതിക്രിയാ ചക്രങ്ങളുടെ ബലതന്ത്രത്തില്‍ (mechanics of reaction wheels) നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ നിന്നാണ് ആധുനിക ജല ടര്‍ബൈനുകളുടെ വികസനം ആരംഭിക്കുന്നത്. ഈ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ നിന്ന് പ്രചോദനമുള്‍ക്കൊള്ളുകയും പിന്നീട് തുടര്‍ന്നു പരീക്ഷണങ്ങളും അന്വേഷണങ്ങളും നടത്തുകയും ചെയ്ത ഫ്രഞ്ച് എന്‍ജിനീയര്‍ ബെനോയി ഫൗര്‍നെയ്റാന്‍ (Benoit Fourneyron) തന്റെ നൂതന സപര്യയില്‍ 1827-ല്‍ വിജയം കണ്ടെത്തി. ഏകദേശം ആറു കുതിര ശക്തി ഊര്‍ജോത്പ്പാദനശേഷിയുള്ള ഒരു പ്രതിക്രിയാ ടര്‍ബൈന്‍ അദ്ദേഹം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.
1838-ല്‍ ന്യൂയോര്‍ക്കുകാരനായ സാമുവല്‍. ബി. ഹൗഡ് ഒരു അന്തര്‍മുഖ പ്രവാഹ ടര്‍ബൈന്‍ (inward flow turbine) നിര്‍മിക്കാനുള്ള പേറ്റന്റ് നേടിയെടുത്തു. 1849-ല്‍ ഹൗഡിന്റെ സുഹൃത്തും അമേരിക്കന്‍ പൗരനുമായ ജെയിംസ് ബി. ഫ്രാന്‍സിസ് ഇതേ സിദ്ധാന്തത്തില്‍ അധിഷ്ഠിതമായതും കൂടുതല്‍ കാര്യക്ഷമമായ പ്രവര്‍ത്തനം നല്‍കുന്നതുമായ മറ്റൊരു ടര്‍ബൈന്‍ രൂപപ്പെടുത്തിയെടുത്തു. 'ഫ്രാന്‍സിസ് ടര്‍ബൈന്‍' എന്ന പേരിലറിയപ്പെടുന്ന ഈ ടര്‍ബൈന്‍ ഇന്നുപയോഗത്തിലിരിക്കുന്ന മുഖ്യ ഇനങ്ങളിലൊന്നായി പ്രചാരത്തിലെത്തിയിരിക്കുന്നു.
ആദ്യകാല ആവേഗ ടര്‍ബൈനുകളുടെ റണ്ണറിന്റെ അരികില്‍ ഉറപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ബ്ലേഡുകളില്‍ ജലധാര വന്നു പതിക്കുന്ന ആഘാതംമൂലം, വലിയൊരളവ് ഊര്‍ജം നഷ്ടപ്പെടുമായിരുന്നു. ഇത് തടയുന്നതിനായി നടത്തിയ തീവ്ര ശ്രമഫലമായി 'പെല്‍ട്ടണ്‍ ടര്‍ബൈന്‍' എന്നറിയപ്പെടുന്ന മറ്റൊന്നു കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. 1889-ല്‍ യു. എസ്. എന്‍ജിനീയറായ ലെസ്റ്റെര്‍ അലെന്‍ പെല്‍ട്ടണ്‍ ഇതിന്റെ പേറ്റന്റ് കരസ്ഥമാക്കി.
മൗലികസിദ്ധാന്തങ്ങളും ഉപയോഗങ്ങളും
പ്രവര്‍ത്തന മേഖല, പ്രവര്‍ത്തന നിബന്ധനകള്‍, അവയില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ദ്രവ വസ്തു (working fluid) എന്നിവയ്ക്കനുസൃതമായി ടര്‍ബൈന്‍ രൂപകല്‍പ്പനയില്‍ വ്യത്യാസം വരാമെങ്കിലും എല്ലാത്തിന്റേയും അടിസ്ഥാന തത്ത്വത്തില്‍ പ്രകടമായ വ്യത്യാസം കാണുന്നില്ല. ദ്രവത്തിലടങ്ങിയിട്ടുള്ള ഊര്‍ജത്തെ യാന്ത്രികോര്‍ജമാക്കുന്നതിനുള്ള പരിവര്‍ത്തന ചക്രത്തില്‍ ആദ്യമായി ദ്രവത്തിലടങ്ങിയിട്ടുള്ള ഊര്‍ജത്തെ ഗതികോര്‍ജമാക്കി മാറ്റുന്നു; ഇതിനെ പിന്നീട് ഒരു റോട്ടര്‍ അഥവാ റണ്ണര്‍ ഉപയോഗിച്ച് യാന്ത്രിക ശക്തി (mechanical power) ആയി മാറ്റിയെടുക്കുന്നു.
ജല ടര്‍ബൈനിന്റെ നിര്‍ഗമത്തിനു മുകളിലെ ജലസംഭരണിയില്‍ ശേഖരിച്ചു നിറുത്തിയിട്ടുള്ള ജലത്തിന്റെ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ ഊര്‍ ജമാണ് ദ്രാവകത്തിലടങ്ങിയിട്ടുള്ള ഊര്‍ജമായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നത്. ഇതേ ജലത്തിന് വിസരണ പ്രവേശത്തില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ ഊര്‍ജം മേല്‍പ്പറഞ്ഞ ഊര്‍ജത്തെക്കാള്‍ കുറവായിരിക്കും. ഈ ഊര്‍ജ വ്യത്യാസമാണ് ജല ടര്‍ബൈനില്‍ യാന്ത്രികോര്‍ജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുന്നത്; ഈ ഊര്‍ജ വ്യത്യാസം ജലശീര്‍ഷം (water head) എന്നാണ് അറിയപ്പെടുന്നത്.
വര്‍ഗീകരണം
ജല ടര്‍ബൈനുകള്‍ പ്രധാനമായും രണ്ടു വിഭാഗത്തിലുള്ളവയാണ്; വലിയ ജലശീര്‍ഷത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന (ഏകദേശം 300 മീറ്ററില്‍ കൂടിയ) ആവേഗ ടര്‍ബൈനുകളും, 300 മീറ്ററില്‍ കുറഞ്ഞ ജലശീര്‍ഷത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന പ്രതിക്രിയാ ടര്‍ബൈനുകളും. ഓരോ വിഭാഗത്തിലും കുത്തനെയോ വിലങ്ങനെയോ ഘടിപ്പിക്കാവുന്ന വിവിധ ഇനം ടര്‍ബൈനുകള്‍ ലഭ്യമാണ്. ഇവയോരോന്നിനേയും അവയുടെ വേഗതയെ ആസ്പദമാക്കി വീണ്ടും തരംതിരിക്കാം.
ആവേഗ (impulsa) ടര്‍ബൈന്‍
പ്രതിക്രിയാ (reaction) ടര്‍ബൈന്‍
ഇവയില്‍ ടര്‍ബൈന്‍ കറങ്ങുന്നതിനുള്ള ഊര്‍ജം ലഭിക്കുന്നത് അവയിലെ റണ്ണറിലോ, റോട്ടറിലോ കൂടിയുള്ള ജലപ്രവാഹത്തിന്റെ ത്വരണം സൃഷ്ടിക്കുന്ന, പ്രതിക്രിയാ ബലത്തില്‍ നിന്നാണ്. പൂന്തോട്ടത്തില്‍ ജലം തളിക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കാറുള്ള സ്പ്രിങ്ക്ളറുടെ പ്രവര്‍ത്തന തത്ത്വമാണ് ഇതില്‍ സ്വീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. സ്പ്രിങ്ക്ളറിന്റെ വളഞ്ഞ ഭുജങ്ങള്‍ക്കുള്ളിലേക്ക് ജലം കടന്നു വരുന്നത് താഴ്ന്ന പ്രവേഗത്തിലും വിപരീത ദിശയിലേക്കായി ഭുജങ്ങളില്‍ കൂടി ജലം പുറത്തു വരുന്നത് വളരെ ഉയര്‍ന്ന പ്രവേഗത്തിലുമാണ്.
പല രൂപത്തിലുള്ള റണ്ണറുകള്‍ ഇന്ന് ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്-'പ്രൊ പ്പെലെര്‍' അഥവാ 'നോദകാരി', കെപ്പ്ളാന്‍, ഫ്രാന്‍സിസ്, ഡെറിയാസ് തുടങ്ങിയവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. ഇവയോരോന്നിലും ത്വരണം സൃഷ്ടിക്കുന്നത് വ്യത്യസ്ത രീതിയിലുമാണ്. പ്രതിക്രിയാ ടര്‍ബൈനിന്റെ റണ്ണര്‍ ജ്യാമിതിയില്‍ പല വ്യതിയാനങ്ങളും ആകാമെന്നതിനാല്‍ ആവേഗ ടര്‍ബൈനെ ആപേക്ഷിച്ച് പ്രതിക്രിയാ ടര്‍ബൈനാണ് കൂടുതല്‍ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നത്.
അക്ഷീയ-പ്രവാഹ ടര്‍ബൈന്‍
കുറഞ്ഞ ശീര്‍ഷം ആവശ്യമുള്ളപ്പോള്‍ ഇവ ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.
നോദകാരി ടര്‍ബൈന്‍
കുത്തനെ ഷാഫ്റ്റുള്ളതും സ്ഥിര-ബ്ലേഡുകളോടു കൂടിയതുമായ ഇവ വലിയ ടര്‍ബൈന്‍ യൂണിറ്റുകളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ടര്‍ബൈനിലെ ലോഡ് 75% കുറഞ്ഞുപോയാലോ പ്രവര്‍ത്തന ശീര്‍ഷത്തില്‍ പ്രകടമായ വ്യത്യാസം അനുഭവപ്പെട്ടാലോ നോദകാരി ടര്‍ബൈനിന്റെ ദക്ഷത കുറയും.
നോദകാരി ടര്‍ബൈനിലെ പോരായ്മകള്‍ക്ക് പരിഹാരമെന്നോണം വിക്റ്റര്‍ കെപ്ളാന്‍ (ആസ്റ്റ്രേലിയ) വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതാണ് കെപ്ളാന്‍ ടര്‍ബൈന്‍. 1920-ല്‍ ഇതിന്റെ പേറ്റന്റ് അദ്ദേഹം കരസ്ഥമാക്കി. ജലപ്രവാഹത്തിന്റെ ഒഴുക്കിന് അനുയോജ്യമായ കോണം സൃഷ്ടിക്കാനായി റണ്ണര്‍ ബ്ലേഡിന്റെ കോണത്തിന് വ്യത്യാസം വരുത്തുവാന്‍ സാധിക്കും എന്നതാണ് ഇവയുടെ പ്രത്യേകത.
മിശ്ര-പ്രവാഹ ടര്‍ബൈന്‍
ഇവയില്‍ ഏറ്റവും പ്രചാരം ഫ്രാന്‍സിസ് ടര്‍ബൈനിനാണ്; വ്യത്യസ്ത ശീര്‍ഷങ്ങളില്‍ ഇത് ലഭ്യമാണ്. ഇതിന്റെ ഷാഫ്റ്റ് വിലങ്ങനെയോ കുത്തനെയോ ആകാം. ഓരോന്നിനും അതിന്റേതായ മേന്മകളുമുണ്ട്-കുത്തന്‍ ഇനം ഘടിപ്പിക്കാനാണെങ്കില്‍ കുറച്ചു സ്ഥലം മതിയാകും; എങ്കിലും കൂടുതല്‍ ഒതുക്കം വിലങ്ങന്‍ ഇനത്തിനു തന്നെയാണ്.
മറ്റൊരിനം മിശ്ര-പ്രവാഹ ടര്‍ബൈനാണ് ഡെരിയാസ് (1956) ടര്‍ബൈന്‍. ഇതില്‍ പരിവര്‍ത്തി അന്തരാള (variable pitch) രൂപകല്പനയാണുള്ളത്. പൂര്‍ണ ലോഡ് ഇല്ലാത്ത അവസരങ്ങളില്‍ ഇതാണ് കൂടുതല്‍ പ്രവര്‍ത്തനക്ഷമത നല്‍കുന്നത്. 'പമ്പ്ഡ്-സ്റ്റോറേജ്' ഉപയോഗത്തിനും ഇതാണുത്തമം.
വേഗത, ഔട്ട്പുട്ട്, നിയന്ത്രണം
ലോഡില്‍ വ്യതിയാനം വരുന്നതിനനുസൃതമായി ടര്‍ബൈനിന്റെ വേഗത ക്രമീകരിക്കുന്നത് 'ഗവര്‍ണര്‍'സംവിധാനമാണ്. ടര്‍ബൈനുകളിലെ ഗൈഡ് വെയിനുകളെ (ആവേഗ ടര്‍ബൈനില്‍ സ്പിയറുകളെ) തുറക്കുകയോ അടയ്ക്കുകയോ ചെയ്ത് ഭ്രമണ വേഗതയെ പൂര്‍വസ്ഥിതിയിലേക്കു തന്നെ കൊണ്ടുവരുന്നതിനുള്ളതാണ് 'ഗവര്‍ണര്‍' സംവിധാനം. അതുപോലെ പല സമയങ്ങളില്‍ വിവിധ വേഗതയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കണമെങ്കില്‍ ഇലക്ട്രോണിക് ഗവര്‍ണര്‍ ഉപയോഗിക്കേണ്ടിവരും.
