நீர்மின் நிலைய அமைப்பில் டர்பைன் செயல்திறனைக் கணக்கிடுவது எப்படி

நீர்மின் நிலைய அமைப்பில் டர்பைன் செயல்திறனைக் கணக்கிடுவது எப்படி

நீர்மின் நிலையங்கள் (PLTA), நீரின் வெவ்வேறு உயரங்களில் (தலைகள்) உள்ள நிலை ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, அதனை ஒரு டர்பைனில் இயந்திர ஆற்றலாகவும், பின்னர் ஒரு ஜெனரேட்டர் மூலம் மின் ஆற்றலாகவும் மாற்றுகின்றன. ஒரு நீர்மின் நிலையத்தில் மிக முக்கியமான செயல்திறன் குறிகாட்டிகளில் ஒன்று டர்பைன் செயல்திறன் ஆகும். ஏனெனில், இந்த அளவுரு, டர்பைன் நீரின் நீரியல் ஆற்றலைத் தண்டு (இயந்திர) சக்தியாக எவ்வளவு சிறப்பாக மாற்றுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. செயல்திறன் அதிகமாக இருந்தால், அதே வெளியேற்றம் மற்றும் தலையிலிருந்து அதிக சக்தியை உருவாக்க முடியும். இது இறுதியில் இயக்கச் செலவுகள், சுமை உகப்பாக்கம் மற்றும் பராமரிப்பு முடிவுகளில் நேரடித் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

ஒரு நீர்மின் சக்தி அமைப்பில் டர்பைன் செயல்திறனை நீங்கள் சரியாகக் கணக்கிடும் வகையில், இந்தக் கட்டுரை டர்பைன் செயல்திறனின் பொருள், பயன்படுத்தப்படும் சூத்திரங்கள், அளவிடப்பட வேண்டிய தரவுகள், கணக்கீட்டு முறைகள் மற்றும் எளிய எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகியவற்றை விவாதிக்கிறது.

-

1. டர்பைன் செயல்திறன் என்ற கருத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

பொதுவாக, செயல்திறன் என்பது "பயனுள்ள வெளியீடு" மற்றும் "உள்ளீடு" ஆகியவற்றின் விகிதமாகும். நீர்மின் விசையாழிகளில்:

– உள்ளீடு: நீரின் நீரியல் ஆற்றல் (தலை மற்றும் வெளியேற்றத்தின் காரணமாகக் கிடைக்கும் நீர் ஆற்றல்).
– வெளியீடு: டர்பைன் தண்டின் மீதான இயந்திர ஆற்றல் (தண்டு ஆற்றல்).

எனவே, டர்பைன் செயல்திறன் (η_t) பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:

\[
\eta_t = \frac{P_{mechanical}}{P_{hydraulic}} \times 100\%
\]

டர்பைனின் வகை (ஃபிரான்சிஸ், கப்லான், பெல்டன்), இயக்க நிலைமைகள், மற்றும் வடிவமைப்பு மற்றும் பராமரிப்புத் தரம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து, டர்பைன் செயல்திறன் மதிப்புகள் பொதுவாக 80–95% வரை இருக்கும். நடைமுறையில், டர்பைன் செயல்திறன் என்பது ஒரு நிலையான மதிப்பு அல்ல; அது சுமை, பாய்வு விகிதம் மற்றும் நீர்மட்டம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து மாறுபடும்.

-

2. நீர் ஹைட்ராலிக் சக்தியைக் கணக்கிடுதல் (டர்பைன் உள்ளீடு)

நீராற்றல் என்பது, ஒரு விசையாழியைச் சுழற்றுவதற்காக நீர் ஓரலகு நேரத்தில் கொண்டுசெல்லும் ஆற்றலாகும். அதற்கான திட்டமான சூத்திரம்:

\[
P_{hydraulic} = \rho \cdot g \cdot Q \cdot H
\]

தகவல்:
– \( \rho \) = நீரின் அடர்த்தி (கிகி/மீ³), பொதுவாக ~1000 கிகி/மீ³
– \( g \) = புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (மீ/வி²), ~9,81 மீ/வி²
– \( Q \) = நீர் வெளியேற்றம் (மீ³/வி)
– \( H \) = நிகர தலை (மீ)

முக்கிய குறிப்பு: மொத்த நீர்மட்டத்தை அல்ல, நிகர நீர்மட்டத்தைப் பயன்படுத்தவும். பென்ஸ்டாக்கில் ஏற்படும் உராய்வு, வால்வு இழப்புகள், குழாய் வளைவுகள், குப்பை அடுக்குகள் போன்ற இழப்புகளைக் கழித்த பிறகு எஞ்சியிருக்கும் நீர்மட்டமே நிகர நீர்மட்டம் ஆகும்.

உங்களுக்கு வெறும் தலை மட்டுமே இருந்தால், கருத்தியல் ரீதியாக:

\[
H_{net} = H_{gross} – h_f
\]

இதில் \( h_f \) என்பது மொத்த ஆற்றல் இழப்பு (மீ).

-

3. விசையாழியின் இயந்திர ஆற்றலை (விசையாழியின் வெளியீடு) கண்டறிதல்

முறுக்குவிசை மற்றும் சுழற்சி வேகத் தரவுகள் உங்களிடம் இருந்தால், டர்பைன் தண்டின் மீதான இயந்திர ஆற்றலைக் கணக்கிட முடியும்:

\[
P_{mechanics} = T \cdot \omega
\]

அல்லது

\[
P_{mechanical} = \frac{2\pi n T}{60}
\]

தகவல்:
– \( T \) = முறுக்கு விசை (N·m)
– \( \omega \) = கோண வேகம் (ரேடியன்/வினாடி)
– \( n \) = சுழற்சி (rpm)

இருப்பினும், பல நீர்மின் நிலையங்களில், நேரடி முறுக்கு அளவீடுகள் எப்போதும் கிடைப்பதில்லை. மாற்றாக, மின்னாக்கி மற்றும் இயந்திரப் பரிமாற்ற அமைப்பின் செயல்திறனைச் சரிசெய்வதன் மூலம், மின்னாக்கியின் மின் வெளியீட்டிலிருந்து இயந்திர ஆற்றலை நீங்கள் மதிப்பிடலாம்:

\[
P_{mechanical} \approx \frac{P_{electrical}}{\eta_{generator} \cdot \eta_{coupling}}
\]

இணைப்பு நேரடியானதாகவும், இயந்திர இழப்புகள் குறைவாகவும் இருந்தால், சில சமயங்களில் அதுவே போதுமானது:

\[
P_{mechanical} \approx \frac{P_{electrical}}{\eta_{generator}}
\]

-

4. மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் டர்பைன் செயல்திறன் சூத்திரம்

\(P_{hydraulic}\) மற்றும் \(P_{mechanical}\) ஆகியவை தெரிந்தவுடன், டர்பைனின் செயல்திறன்:

\[
\eta_t = \frac{P_{mechanical}}{\rho \cdot g \cdot Q \cdot H} \times 100\%
\]

நீங்கள் மதிப்பிடப்பட்ட மின் ஆற்றலை (ஜெனரேட்டர் வெளியீடு) பயன்படுத்தினால், ஜெனரேட்டர் செயல்திறன் தரவுகளிலிருந்து அதைப் பிரிக்காத வரையில், உண்மையில் கணக்கிடப்படுவது அந்த அலகின் (டர்பைன் + ஜெனரேட்டர்) மொத்த செயல்திறனே ஆகும்.

– மொத்த அலகு செயல்திறன்:
\[
\eta_{total} = \frac{P_{electric}}{\rho g QH} \times 100\%
\]

– டர்பைன் செயல்திறன் (ஜெனரேட்டர் செயல்திறன் தெரிந்தால்):
\[
\eta_t = \frac{\eta_{total}}{\eta_{generator}}
\]

-

5. அளவிடப்பட வேண்டிய களத் தரவுகள்

கணக்கீட்டு முடிவுகள் துல்லியமாக இருப்பதற்கு, பின்வரும் தரவுகள் கிடைப்பது சிறந்தது:

1. நீர் வெளியேற்றம் (Q)
(நீர் மின் நிலையத்தின் வடிவமைப்பைப் பொறுத்து) பாய்வுமானி, மீயொலி பாய்வுமானி அல்லது கால்வாயில் உள்ள வெளியேற்ற அளவீட்டு முறை ஆகியவற்றைக் கொண்டு அளவிடலாம்.

2. நிகர உயரம் (H)
இழப்புகளைக் கணக்கில் எடுத்துக்கொண்டு, அழுத்தம்/மட்ட வேறுபாட்டிலிருந்து இது பெறப்படுகிறது. விசையாழியின் நுழைவாயிலில் உள்ள அழுத்த மாற்றி மற்றும் உயரத் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி அளவீடுகளை மேற்கொள்ளலாம்.

3. மின்னாக்கியின் வெளியீட்டுத் திறன் (P_electric)
கட்டுப்பாட்டுப் பலகத்திலிருந்து (kW அல்லது MW) எடுக்கப்பட்டது, தேவைப்பட்டால் பவர் ஃபேக்டர் தரவுகளுடன்.

4. மின்னாக்கித் திறன் (η_generator)
பொதுவாக தொழிற்சாலை சோதனை வளைவில் காணப்படும் மற்றும் இது சுமையைச் சார்ந்தது.

5. சுழற்சி வேகம் (n) மற்றும் முறுக்கு விசை (T) (கிடைத்தால்)
தண்டு சக்தியை நேரடியாகக் கணக்கிடுவதற்குப் பயனுள்ளது.

தரவின் தரம் மிகவும் முக்கியமானது. அழுத்தம் அல்லது பாய்வு அளவீடுகளில் ஏற்படும் சிறு தவறுகள், செயல்திறனில் பெரிய விலகல்களுக்கு வழிவகுக்கலாம்.

-

6. டர்பைன் செயல்திறனைக் கணக்கிடுவதற்கான வழிமுறைகள்

நீங்கள் பின்பற்றக்கூடிய ஒரு எளிய செயல்முறை இதோ:

1. டர்பைன் நிலையாக இருக்கும்போது (சீரான நிலையில்) இயக்கத் தரவுகளைச் சேகரிக்கவும்: Q, H_netto, P_electric, cos φ (தேவைப்பட்டால்).
2. ஹைட்ராலிக் சக்தியைக் கணக்கிடுங்கள்:
\[
P_{hydraulic} = \rho g QH
\]
3. தண்டின் இயந்திர ஆற்றலை மதிப்பிடுதல்:
– முறுக்கு உணரி இருந்தால்: \(P_{mechanical} = 2\pi nT/60\) என்பதைப் பயன்படுத்தவும்.
– இல்லையெனில்: \(P_{mechanical} \approx P_{electrical}/\eta_{generator}\) -ஐப் பயன்படுத்தவும்.
4. டர்பைனின் செயல்திறனைக் கணக்கிடுங்கள்:
\[
η_t = P_{mechanical}/P_{hydraulic}
\]
5. உற்பத்தியாளரின் டர்பைன் செயல்திறன் வளைவுடன் (ஹில் விளக்கப்படம் அல்லது செயல்திறன் வளைவு) ஒப்பிட்டு, அது ஏற்புடையதா எனச் சரிபார்க்கவும்.

-

7. எளிய கணக்கீட்டு எடுத்துக்காட்டு

ஒரு நீர்மின் நிலையம் பின்வரும் தரவுகளைக் கொண்டுள்ளது என்று வைத்துக்கொள்வோம்:
– வெளியேற்றம் \(Q\) = 12 மீ³/வி
– நிகர உயரம் \(H\) = 45 மீ
– நீரின் அடர்த்தி \( \rho \) = 1000 kg/m³
– புவியீர்ப்பு \( g \) = 9,81 மீ/வி²
– மதிப்பிடப்பட்ட மின் திறன் \(P_{electricity}\) = 4,6 மெகாவாட்
– மின்னாக்கியின் செயல்திறன் \( \eta_{generator} \) = 0,97

1) ஹைட்ராலிக் சக்தி
\[
P_{hydraulic} = 1000 \times 9,81 \times 12 \times 45
\]
\[
P_{hydraulic} = 5.297.400 \text{ W} \approx 5,30 \text{ MW}
\]

2) தண்டின் இயந்திர ஆற்றல் (மதிப்பிடப்பட்டது)
\[
P_{mechanical} \approx \frac{4,6}{0,97} = 4,742 \text{ MW}
\]

3) விசையாழி செயல்திறன்
\[
\eta_t = \frac{4,742}{5,30} \times 100\% \approx 89,5\%
\]

உகந்த செயல்திறனுக்கு அருகில் இயங்கும் பல வினை விசையாழிகளுக்கு 89,5% என்ற முடிவு யதார்த்தமானதே, இருப்பினும் அதன் இறுதி செல்லுபடித்தன்மையை செயல்திறன் வளைவுகள் மற்றும் கருவியின் துல்லியம் ஆகியவற்றைக் கொண்டு இன்னும் உறுதிப்படுத்த வேண்டும்.

-

8. விசையாழியின் செயல்திறனைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

பின்வரும் காரணங்களால் டர்பைனின் செயல்திறன் குறையலாம்:

– வடிவமைப்புப் புள்ளியிலிருந்து வெகு தொலைவில் இயங்குதல் (வெளியேற்றம் மிகவும் குறைவாக/அதிகமாக இருத்தல், உகந்ததல்லாத சுமையேற்றம்).
– குழிவுறுதல், குறிப்பாக மிகக் குறைந்த அழுத்தங்கள் அல்லது வெளிவழி அழுத்தங்கள் உள்ள குறிப்பிட்ட தருணங்களில் ஏற்படுகிறது.
– வண்டல்/மணல் காரணமாக பிளேடில் ஏற்படும் சேதம் அல்லது அரிப்பு (தேய்மானம்).
– அழுக்கடைந்த நீர்க்குழாய்கள், அடைபட்ட கழிவு அடுக்குகள் அல்லது தரமற்ற வால்வுகள் காரணமாக நீரியல் இழப்புகள் அதிகரிக்கின்றன.
– அழுத்தம் மற்றும் பாய்வு அளவீடுகளில் ஏற்படும் பிழைகள் காரணமாக, செயல்திறன் உண்மையில் குறையாதபோதும் குறைந்ததாகத் தோன்றும்.

எனவே, செயல்திறன் மதிப்பீடு சீரான இடைவெளியில் மேற்கொள்ளப்பட வேண்டும், அத்துடன் இயந்திர நிலை ஆய்வுகள் மற்றும் கருவி சரிபார்ப்புகளும் மேற்கொள்ளப்பட வேண்டும்.

-

9. முடிவுரை

ஒரு நீர்மின் சக்தி அமைப்பில் டர்பைனின் செயல்திறனைக் கணக்கிடுவது என்பது, நீரின் ஹைட்ராலிக் ஆற்றலை டர்பைனால் ஈர்க்கப்படும் இயந்திர ஆற்றலுடன் ஒப்பிடுவதை அடிப்படையாகக் கொண்டது. ஒரு வெற்றிகரமான கணக்கீட்டின் திறவுகோல், நிகர அழுத்தம், நம்பகமான வெளியேற்ற அளவீடுகள் மற்றும் டர்பைன் செயல்திறனை ஜெனரேட்டர் செயல்திறனிலிருந்து பிரித்தறிதல் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்துவதில் அடங்கியுள்ளது. சரியான கணக்கீடுகளின் மூலம், இயக்குபவர்கள் உகந்த இயக்கப் புள்ளிகளைத் தீர்மானிக்கவும், செயல்திறன் குறைவின் ஆரம்ப அறிகுறிகளைக் கண்டறியவும், மேலும் பொருத்தமான பராமரிப்பு உத்திகளை உருவாக்கவும் முடியும்.

நீங்கள் விரும்பினால், Q, H, P_electricity, மற்றும் η_generator தரவுகளின் அடிப்படையில் ஒரு கணக்கீட்டு வார்ப்புருவை (Excel) உருவாக்கவோ, அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட டர்பைன் வகைக்கு (Francis/Kaplan/Pelton) ஏற்றவாறு அதைத் தனிப்பயனாக்கவோ, அத்துடன் உற்பத்தியாளரின் செயல்திறன் வளைகோட்டை எவ்வாறு படிப்பது என்பது குறித்தும் நான் உங்களுக்கு உதவ முடியும்.