जल टरबाइन

जलटरबाइन : उंचावर असलेल्या जलाशयाच्या स्थितिज उर्जेचे एखाद्या घूर्णकाच्या (फिरणाऱ्या चाकाच्या) यांत्रिक ऊर्जेमध्ये रूपांतर करणारे यंत्र. पाण्याच्या जोरदार झोताने चाक फिरविण्याचे तंत्र इ. स. पू. दोन-तीन शतकांपासून ग्रीक लोकांच्या परिचयाचे होते. अशा चाकाचा उपयोग त्या वेळी मुख्यतः धान्य दळण्याचे जाते फिरविण्यासाठी करीत असत म्हणून या यंत्राला पाणचक्की अशा अर्थाचे नाव रूढ झाले.

सुरुवातीची पाणचक्की अगदी साध्या रचनेची, उभ्या आसावर खाली लाकडी घूर्णक व वर जात्याचे पेंड अशी होती पण जसजसा तिचा यूरोपभर प्रसार झाला तसतशी तिच्यात सुधारणा होत गेली आणि तिची शक्ती व कार्यक्षमता वाढली. अर्थात तिच्या रचनेतही दंतचक्रे वगैरेंमुळे थोडी क्लिष्टता आली. या चक्क्या यूरोपात एकोणिसाव्या शतकाच्या आरंभीच्या काळातही चालू  होत्या.

पाणचक्क्या पाण्याच्या प्रवाहाच्या नैसर्गिक शक्तीवर मुख्यतः चालत असत. टरबाइनासाठी कृत्रिम जलाशय तयार करतात. तसेच टरबाइनाची रचना चक्कीच्या मानाने फारच क्लिष्ट असते. ते संपूर्ण धातवी असते, त्याला नियंत्रणाची अनेक उपांगे असतात आणि ते पाण्याचा वापर मोठ्या कार्यक्षमतेने करते. तसेच टरबाइनाने मिळणाऱ्या शक्तीची चक्कीच्या शक्तीशी तुलनाच होऊ शकत नाही, इतकी ती मोठी असते. या सर्व गुणांमुळे टरबाइनाचा उदय होताच पाणचक्कीचा वापर आपोआपच कमी झाला.

स्वित्झर्लंडमध्ये बी. फूर्नेराँ यांनी १८२७ साली पहिले जल टरबाइन तयार केले. ते प्रतिक्रियात्मक पद्धतीचे होते व त्याची अश्वशक्ती जवळजवळ सहा होती. या टरबाइनात पाण्याचा प्रवाह अरीय होता व तो मध्याकडून परिघाकडे जात असे. यानंतर १८५१ साली जेम्स टॉमसन व १८५५ साली जेम्स बी. फ्रान्सिस यांनी पाण्याची दिशा परिघाकडून मध्याकडे अशी करून प्रतिक्रियात्मक पद्धतीचेच टरबाइन तयार केले. त्याची कार्यक्षमता जास्त असल्याचे आढळून आल्याने याच पद्धतीने पुढे मोठ्या शक्तीची टरबाइने बनविण्यात येऊ लागली. सुरुवातीच्या दिवसांत या शक्तीचा उपयोग यंत्रे फिरविण्यासाठी करीत असत. आता टरबाइनाच्या शक्तीने विद्युत् जनित्र (यांत्रिक शक्तीचे विद्युत् शक्तीत रूपांतर करणारे साधन) चालवून विद्युत् शक्ती निर्माण करण्याची पद्धत सर्वमान्य झाली आहे. या योजनेमुळे मोठी शहरे व कारखाने यांना लागणारी विद्युत् शक्ती दूरवरच्या डोंगराळ भागात धरणे बांधून तेथेच उत्पन्न करता येते आणि विद्युत् प्रेषण मार्गाने दूर अंतरावर नेऊन पुरविता येते.

पाण्यापासून मिळणारी शक्ती व टरबाइनाचे तत्त्व : पाण्यापासून मिळणारी शक्ती दोन गोष्टींवर अवलंबून असते : (१) पाण्याची उंची (शिर्ष) व (२) पाण्याची राशी. ही शक्ती खालील समीकरणावरून मिळते. अशा तऱ्हेने काढलेल्या अश्वशक्तीला (अश.ला) सैद्धांतिक अश्वशक्ती म्हणतात. सैद्धांतिक अश.ला टरबाइनाच्या संकलित कार्यक्षमतेने (काक्ष.ने) गुणले म्हणजे टरबाइनाची उपयुक्त अश्वशक्ती (उ. अश.) मिळते.

पाणी उंचावर असताना त्यामध्ये जी ऊर्जा असते तिला स्थितिज ऊर्जा म्हणतात. शीर्षामुळे पाण्याला वेग मिळाला म्हणजे स्थितिज ऊर्जेचे गतिज ऊर्जेत रूपांतर होते. शीर्षामुळे पाण्याला प्राप्त होणारा वेग खालील समीकरणावरून मिळतो.

वेग (मी./से.) = √(२ ग X शीर्ष (मी.)

(यामध्ये ग = पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण, ९⋅८१ मी. / से.^२)

वर्गीकरण : टरबाइनांचे आवेग टरबाइन व प्रतिक्रिया टरबाइन असे दोन वर्ग आहेत. ज्या टरबाइनात पाण्याची सर्व ऊर्जा वेग ऊर्जेत रूपांतरीत करून पाण्याचा झोत घूर्णाकार सोडलेला असतो त्याला आवेग टरबाइन म्हणतात. ज्या टरबाइनात पाणी आत शिरताना त्याला अंशतः दाब ऊर्जा व बाकी वेग ऊर्जा असते आणि टरबाइनाच्या घूर्णकातून पुढे जाताना या दोन्ही ऊर्जांच्या महत्तेत बदल होतो, त्याला दाब अथवा प्रतिक्रिया टरबाइन म्हणतात. हे वर्गीकरण पूर्णपणे निर्दोष नाही कारण प्रतिक्रिया टरबाइनातही घूर्णकाला थोडासा आवेग दिला जातो.

पहिल्या वर्गात पेल्टन व टर्गो असे दोन प्रकार आहेत आणि दुसऱ्या वर्गात फ्रान्सिस व कॅप्लन असे दोन मुख्य प्रकार आहेत. यांशिवाय डेरिएझ व बल्ब (फुगा) असे आणखी दोन प्रकार आहेत. टरबाइनांचे वर्गीकरण विशिष्ट वेग या दर्शकांकाने व्यक्त करता येते. पाण्याच्या एक मीटर शीर्षाने एक उ. अश. देणारे व मूळ टरबाइनाशी भूमितीय साम्य असलेले टरबाइन ज्या प्रतिमिनिट वेगाने (प्रमिफे.) फिरेल तो वेग मूळ

टरबाइनाचा विशिष्ट वेग होय. विशिष्ट वेग हा एक सैद्धांतिक तुलनोपयोगी अंक आहे. पेल्टन टरबाइनाचा विशिष्ट वेग सर्वांत कमी असतो व तो चढत्या क्रमाने टर्गो, फ्रान्सिस, डेरिएझ, कॅप्लन व बल्ब असा वाढत जातो. विशिष्ट वेगाचे सूत्र :

टरबाइनाचा विशिष्ट वेग जितका जास्त, तितके त्याचे आकारमान लहान आणि किंमतही कमी. ठराविक मर्यादेपलीकडे वेग वाढविणे हे सुद्धा यंत्रामध्ये निर्माण होणाऱ्या प्रतिबलांमुळे इष्ट नसते. या दोन गोष्टींमुळे प्रत्येक जातीचे टरबाइन काही शीर्षांपर्यंतच वापरता येते. मागील कोष्टकात या शीर्षांच्या व विशिष्ट वेगांच्या सध्याच्या मर्यादा दिल्या आहेत. या मर्यादा नवीन संशोधनामुळे पुढे बदलणेही शक्य आहे.

टरबाइनसंयंत्र : सर्व प्रकारच्या टरबाइन संयंत्रांत असणारे विविध भाग विशिष्ट संयंत्रांत असणारे विशिष्ट भाग खाली दिले आहेत.

(अ) सर्व प्रकारच्या टरबाइन संयंत्रांत असणारे भाग : (१) उंचावरील जलाशय (अभिगा) (२) जलाशयातील पाणी खाली आणण्यासाठी पोलादी नळ व त्यांना जोडलेल्या झडपा (३) वरील नळातील पाणी टरबाइनाला पुरविण्याची व्यवस्था–उपनळ, झडपा, प्रोथ (ज्याच्यातून पाणी शेवटी पडते अशी नलिका) इत्यादी (४) टरबाइन (५) टरबाइनावरील भाराप्रमाणे पाणीपुरवठा कमीजास्त करून टरबाइनाचा वेग कायम ठेवणारा गतिनियंता (६) टरबाइनाला जोडलेले विद्युत् जनित्र (७) अधिरोहित्रे (विद्युत् दाब वाढविणारी साधने), मंडल खंडक (जरूरीप्रमाणे विद्युत् मंडळ खंडित करणारे साधन) व प्रेषण मार्गाची सुरुवात (८) टरबाइनामधील निष्कासित (बाहेर पडणारे) पाणी वाहून नेण्याची व्यवस्था (अपगा).

(आ) पेल्टन टरबाइनाचे विशिष्ट भाग : (१) वरील (अ–२) मधील नळाला जोडलेली सूची झडप.

(इ) फ्रान्सिस व डेरिएझ टरबाइनांचे विशिष्ट भाग : (१) वरील (अ–२) मधील नळाला जोडलेला टरबाइनाचा शंखाकृती कोश, (२) निष्कासनाच्या जागी असलेली चोषण नलिका.

(ई) बल्ब टरबाइनाचे विशिष्ट भाग : (१) पाण्याच्या प्रवाहाच्या मार्गणाचे बांधकाम. जलविद्युत् संयंत्राची सर्वसाधारण योजना आ. १ मध्ये दाखविली आहे.

पेल्टनटरबाइन : या प्रकारातील चाक प्रत्यक्षात कसे वापरतात ते आ. २ मध्ये दाखविले आहे. या आकृतीत चाकावर पडणारे पाणी दोन स्वतंत्र झोतांनी येत असल्याचे दिसत आहे. नळाच्या टोकाचा व्यास लहान केल्यामुळे झोतातील पाण्याचा दाब हवेच्या दाबाइतकाच राहून झोत अतिशय वेगाने बाहेर पडून चाकाच्या परिघावर जोडलेल्या बादलीच्या मध्यभागावर आदळतो. त्यामुळे बादली मागे ढकलली जाऊन चाक फिरू लागते. एक बादली झोताच्या कक्षेबाहेर जाण्याच्या आत दुसरी बादली तेथे येते व अशा रीतीने चाकाला नियमित गती मिळते. बादलीच्या मधल्या धारेवर पडणारे पाणी सारखे विभागले जाऊन दोन्ही बाजूंच्या खोलगट भागातून वळत जाऊन दोन्हीकडून बाहेर पडते व अपगेला जाऊन मिळते. बादलीतून बाहेर पडणाऱ्या पाण्यास फारसा वेग नसतो. बदलीचा आकार आ. ३ मध्ये दाखविला आहे.

टरबाइनावर असलेला भार कमीजास्त झाला, तरी त्याचा फिरण्याचा वेग बदलू नये म्हणून सूची झडपेमधून येणारे पाणी त्या प्रमाणात कमीजास्त करावी लागते. हे कार्य सूची मागे-पुढे सरकवून करता येते परंतु सूचि-झडप भार बदलल्याबरोबर ताबडतोड सरकविता येत नाही कारण असे केले, तर पाण्याच्या नळात जलाघात (पाण्याचा दाब एकदम वाढल्यामुळे नळाच्या भिंतींना बसणारे हादरे) निर्माण होतात व नळ फुटण्याचा धोका संभवतो यासाठी सूची झडपेवर पाण्याच्या झोतापाशी एक विचलक (आ. २ मध्ये दाखविलेला नाही) बसविलेला असतो. भार एकदम बराच कमी झाल्यामुळे टरबाइनाचा वेग वाढल्यास गतिनियंता सूची पुढे सरकवीपर्यंत हा विचलक थोडासा पाण्याच्या झोतासमोर येऊन पाणी चाकाच्या खालूनच निघून जाते. त्यामुळे टरबाइनाला मिळणारी शक्ती कमी होऊन वेग विशिष्ट मर्यादित राहतो. त्यानंतर सावकाश सूची झडप जरूर तितकी बंद होऊन विचलक पूर्वस्थळी येतो. काही प्रकारांत चाकाची गती कमी करण्यासाठी पाण्याचा झोत वापरतात. तो बादलीच्या मागच्या बाजूवर आपटतो. आ. २ मध्ये दाखविलेले टरबाइन आडव्या आसावर बसविलेले व दोन झोतांचे आहे. अलीकडील फार मोठ्या शक्तीची काही टरबाइने उभ्या आसावर बसविलेली व ४ ते ६ झोतांची असतात. यामुळे एकाच चाकापासून जास्त शक्ती निर्माण करता येते. जलाशयाची उंची ४०० ते २,००० मी. असली, तरी पेल्टन टरबाइन वापरणे फायद्याचे होते.

टर्गो टरबाइन : हा प्रकार मध्यम उंचीच्या जलाशयाकरिता सोईस्कर होतो. या टरबाइनाचे चाक पेल्टन चाकाच्या तत्त्वावर फिरते. याच्या चाकाच्या परिघावर साधी खोलगट पाती बसविलेली असतात. पाण्याचा झोत चाकाच्या एका बाजूकडून तिरप्या दिशेने पात्यावर आदळतो व पात्यावरून वळत पुढे जाऊन दुसऱ्या बाजूकडून बाहेर पडतो.

फ्रान्सिस टरबाइन : जलाशय ५० ते ५०० मी. उंचीवर असला, तर त्या ठिकाणी प्रतिक्रिया तत्त्वावर चालणारे फ्रान्सिस टरबाइन वापरतात. याची रचना आ. ४ मध्ये दाखविली आहे. फ्रान्सिस आणि पुढे वर्णन केलेल्या कॅप्लन आणि डेरिएझ टरबाइनांमध्ये मुख्य नळातून येणारे पाणी शंखाकृती कोशांमध्ये येते. त्याच्या आतील बाजूस पाण्याची राशी कमीजास्त करण्यासाठी आणि प्रवाहाला दिशा देण्यासाठी मार्गणक दारे बसविलेली असतात. त्यांच्या आत घूर्णक असतो, पाणी मार्गणक दारामधून घूर्णकात शिरते व त्याच्या पात्यावरून वळत जाऊन खाली उतरते आणि चोषण नलिकेद्वारा अपगेला मिळते.

चोषणनलिका : प्रतिक्रिया तत्त्वावर आधारलेल्या फ्रान्सिस व इतर टरबाइनांमधून बाहेर पडणाऱ्या पाण्याला बराच वेग असतो. या वेग ऊर्जेची पुनःप्राप्ती करण्यासाठी चोषण नलिका वापरतात. या नलिकेचा व्यास टरबाइनाच्या कवचापासून हळूहळू मोठा होत जातो व तिचे दुसरे टोक अपगेच्या पाण्याच्या पृष्ठाच्या थोडे खाली बुडलेले असते. नलिकेच्या वाढणाऱ्या छेदामुळे पाण्याचा वेग कमी होत जातो व त्याचबरोबर त्याचा दाब वाढत जातो. पण हा वाढलेला दाबही हवेच्या दाबापेक्षा जास्त होऊ शकत नाही व परिणामतः नलिकेच्या वरच्या तोंडाशी टरबाइनाच्या निष्कास पाण्याचा दाब हवेच्या दाबापेक्षा कमी होतो. यामुळे तेथे चोषण (वर खेचण्याची क्रिया) होते व म्हणून या नळीला चोषण नलिका म्हणतात. टरबाइनाच्या निष्कासाजवळ ऋण दाब उत्पन्न होतो म्हणजेच पाण्याचे उपयुक्त शीर्ष वाढते व त्यामुळे प्रवाहही वाढतो. या दोन्ही गोष्टींमुळे टरबाइनाची अश. वाढते व अशा तऱ्हेने निष्कास पाण्यातील वेग ऊर्जेची पुनःप्राप्ती होते.

सैद्धांतिक शक्ती व कार्यक्षमता : टरबाइनाच्या घूर्णकात पाणी शिरताना ते त्याच्या पात्यांवर आघात न करता त्यात शिरेल व घूर्णकातून बाहेर पडताना ते केवळ अक्षीय दिशेने बाहेर पडेल, त्यात गरगरण्याची गती राहणार नाही, अशा तऱ्हेने टरबाइनाचा अभिकल्प (आराखडा) व जुळणीही करतात. अनुकूलतम कार्यक्षमतेसाठी हे आवश्यक असते. या गोष्टी गृहीत धरून टरबाइनाच्या घूर्णकात शिरणाऱ्या व त्यातून बाहेर पडणाऱ्या पाण्याचे स्थितिदर्शक प्रवेश वेग त्रिकोण व निष्कास वेग त्रिकोण काढतात व त्यांतून मिळणाऱ्या राशींच्या आधारे मग सैद्धांतिक शक्ती व सैद्धांतिक कार्यक्षमता काढता येतात.

आ. ५ मध्ये V पाण्याचा मूळ वेग, v घूर्णकाच्या बाहेरच्या काठाचा वेग, V_r पाण्याचा सापेक्ष वेग, v₁ घूर्णकाच्या आतल्या काठाचा वेग आणि V₁ निष्कासित पाण्याचा वेग आहे (सर्व वेग मी./से.). V_w पाण्याच्या मूळ वेगाचा स्पर्शीय घटक, g गुरुत्वीय प्रवेग (९⋅८१ मी./से.^२ ). H पाण्याचे शीर्ष (मी.) आणि Q टरबाइनाला पुरविले जाणारे पाणी मि.^३/से.) असताना टरबाइनाची सैद्धांतिक अश्वशक्ती (सै. अश.) व सैद्धांतिक कार्यक्षमता (सै. काक्ष.) खालील सूत्रांनी काढता येतात. सै. अश. ला यांत्रिक कार्यक्षमतेने गुणले म्हणजे उपयुक्त अश्वशक्ती (उ. अश.) मिळते.

  आणि

याच सूत्रांच्या आधाराने इतर प्रकारच्या टरबाइनांची सै. अश. आणि सै. काक्ष. काढता येतात.

कॅप्लनटरबाइन : या जातीचे टरबाइन आ. ६ मध्ये दाखविले आहे. याचा उपयोग ५–८० मी. शीर्षासाठी करतात. यातील घूर्णक आगबोटीच्या प्रचालकासारखा (चालक पंख्यासारखा) असतो. मार्गणक दारांबरोबरच घूर्णकाच्या पात्यांचा कोन टरबाइन चालू असतानासुद्धा गतिनियंत्याकडून चालू भाराला योग्य तसा बदलला जातो. यामुळे पाण्याचे शीर्ष अथवा टरबाइनावरील भार बदलला, तरी टरबाइनाची कार्यक्षमता महत्तम राहू शकते. ज्या टरबाइनातील घूर्णकाच्या पात्यांचे कोनबदलतायेतनाहीत, त्यालाप्रचालकटरबाइनम्हणतात. अशाटरबाइनाचीकार्यक्षमताफक्तठराविकशीर्षआणिभारअसतानाचमहत्तमअसते.

या टरबाइनाच्या मुख्य नळापासून शंखाकृती कोश, मार्गणक दारे आणि चोषण नलिका यांची रचना फ्रान्सिस टरबाइनाप्रमाणेच असते. फ्रान्सिस टरबाइनात पाणी अरीय दिशेने शिरते, तर येथे त्याची दिशा अक्षीय असते. मार्गणक दारांची उघडझाक व त्याबरोबरच पात्यांचा कोनबदल या योगे गतिनियंता टरबाइनाचा वेग कायम ठेवू शकतो. फ्रान्सिस टरबाइनात पाणी अरीय दिशेने शिरते, तर येथे त्याची दिशा अक्षीय असते.  मार्गणक दारांची उघडझाक व त्याबरोबरच पात्यांचा कोनबदल या योगे गतिनियंता टरबाइनाचा वेग कायम ठेवू शकतो.  आकृतीत चोषण नलिकेचे उभे माप (उंची) जरी कमी झालेले दिसत असले, तरी तिचे आडवे माप मोठे करून काटच्छेदाचे क्षेत्र टोकाकडे वाढवीतच नेलेले असते. संरचनेच्या सोयीसाठी नलिकेचा आकार गोल न ठेवता चौकोनी ठेवतात कारण येथे पाण्याची राशी बरीच मोठी असते.

डेरिएझटरबाइन : हे मुख्यतः मध्यम म्हणजे ८० ते ३०० मी. शीर्षासाठी वापरण्यात येते. याचे संशोधन १९५५–६० या काळात झालेले आहे. यामध्ये कॅप्लनप्रमाणेच कोन बदलता येणारी पाती असतात. त्याची आसावरील जागा व घूर्णकातून पाणी वाहण्याची दिशा यांत कॅप्लनपेक्षा असलेला फरक आ. ६ आणि ७ यांच्या तुलनेवरून लक्षात येईल.

बल्बटरबाइन : ही योजना १९४५ नंतर झालेली महत्त्वाची प्रगती म्हटली पाहिजे. पुष्कळ उंचीवर पाणी साठविता येण्याजोग्या अनुकूल योजना संपत आल्यानंतर यूरोपमध्ये अगदी कमी उंचीवर साठविलेल्या पाण्यापासून वीज निर्माण करण्याची जरूरी भासू लागली. समुद्राच्या भरती-ओहोटीपासून वीज निर्माण करण्यासाठीही ही योजना फार उपयुक्त ठरली आहे. फ्रान्समधील रांस या नदीच्या मुखावर समुद्राच्या भरती-ओहोटीमुळे निर्माण होणाऱ्या लाटांच्या शक्तीवर कार्य करणारे २४ बल्ब टरबाइन संच बसविण्यात आले आहेत. यांतील टरबाइने दोन्ही दिशांनी वाहणाऱ्या प्रवाहावर विद्युत् निर्मिती करू शकतात. तेथील भरती-ओहोटीची कक्षा ४ ते १३.५ मी. (सरासरी ८.५ मी.) असून तेथील टरबाइने १ ते ११ मी. शीर्षाखाली कार्य करू शकतात. भारतातील खंबायत व कच्छ येथील आखातांत भरती-ओहोटीच्या लाटांपासून विद्युत् निर्मिती करता येणे शक्य आहे.

पाण्याचे शीर्ष कमी असले, तर कॅप्लन घूर्णक व त्याच्यावर जोडलेले विद्युत् जनित्र अशा नेहमीच्या योजनेसाठी लागणारे बांधकाम बरेच खर्चाचे होते. हा खर्च कमी करण्यासाठी बल्ब संचांमध्ये विद्युत् जनित्र व टरबाइन घूर्णक एका आडव्या सरळ रेषेत मोठ्या नळामध्ये बसविलेले असतात. पाण्यापासून पूर्ण संरक्षित अशा आवरणात जनित्र बसविलेले असते व त्याच्या बाहेरून पाणी वाहते. टरबाइन सर्व बाबतींत तत्त्वतः कॅप्लनप्रमाणे असते. कॅप्लन व बल्ब योजनांतील बांधकामाच्या रचनेतील फरक आ. ६ व ८ यांच्या तुलनेवरून लक्षात येईल. बल्ब टरबाइनाचे मुख्य फायदे म्हणजे (१) बल्ब टरबाइन हे तेवढ्याच शक्तीसाठी कॅप्लनपेक्षा व्यासाने लहान असते, (२) दोन टरबाइनांमधील अंतर कमी ठेवता येते व (३) बांधकामाची किंमत कमी असते. बल्ब टरबाइन हे १ ते २० मी. शीर्षासाठी व जास्तीत जास्त २५,००० अश्वशक्तीपर्यंत बनविण्यात आले आहे. भारतामध्ये शेतीसाठी बांधलेल्या कालव्यातील पाण्यानेही बल्ब टरबाइने चालविली जात आहेत. बिहारमधील पूर्व कोसी कालव्यावर व पश्चिम गंडक कालव्यावर (दोन्ही कालव्यांतील शीर्ष ६.१ मी.) बल्ब टरबाइने बसविलेली आहेत.

पंप टरबाइन : प्रत्येक वीज उत्पादन केंद्रावर चोवीस तासांपैकी काही तास वीजेची मागणी सरासरी मागणीपेक्षा जास्त असते व काही तास कमी असते. अशा प्रकारची बदलती मागणी पुरविण्यासाठी वाफ टरबाइनांच्या संचापेक्षा जल टरबाइनांचा संच जास्त सोयीचा होतो कारण वाफ संयंत्रात एखादे यंत्र बंद केले, तरी शिलकी उष्णता ऊर्जा फुकट जाते, तसे जल संयंत्रात होत नाही. पाणी वापरले नाही तर शिल्लक राहते. विजेची मागणी कमी असताना काही शक्ती पाणी पंपाने खेचून बऱ्याच उंचीवर असलेल्या तलावात साठविण्यासाठी वापरतात. विजेची मागणी वाढली की, त्याच पाण्यावर टरबाइन चालवून जादा शक्ती निर्मिली जाते. टरबाइनाचे निष्कासित पाणी खालच्या पातळीवरील तलावात साठवितात व पुन्हा वापरतात. काही प्रकारांत टरबाइन व पंप अशी दोन स्वतंत्र यंत्रे बसवितात आणि काही प्रकारांत एकच यंत्र टरबाइन वा पंप म्हणून काम करते. पंपित साठ्याच्या योजनेमुळे सरासरीपेक्षा कमी व जादा मागणीच्या वेळातील मुख्य यंत्राची कमी होणारी कार्यक्षमता वाढते, हाही या योजनेचा महत्त्वाचा फायदा आहे.

टरबाइनाची कार्यक्षमता : जल टरबाइन हे उच्च कार्यक्षमता असलेले यंत्र आहे. आ. ९ मध्ये पेल्टन, फ्रान्सिस, कॅप्लन, प्रचालक टरबाइनांची वेगवेगळ्या आंशिक भारांखाली मिळणारी कार्यक्षमता वक्रांनी दाखविली आहे. अभिकल्पित पूर्ण शक्ती निर्माण होत असताना त्यांची कार्यक्षमता जवळजवळ ९०% असते. भार कमी असला तर पेल्टन, फ्रान्सिस व प्रचालक टरबाइनांची कार्यक्षमता कमी होते.

कॅप्लन टरबाइनात पात्यांचा कोन बदलून सर्व भारांसाठी कार्यक्षमता उच्च ठेवता येते. काही मोठ्या टरबाइनांची संकलित कार्यक्षमता ९४ टक्क्यांपर्यंत असते. इतकी कार्यक्षमता शास्त्रीय दृष्टीने अगदी कमाल म्हटली पाहिजे.

टरबाइनाच्या गतीचे नियमन : टरबाइनाला सरळ जोडलेल्या जनित्रातून मिळणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाची दर सेकंदातील आवर्तने विशिष्ट मर्यादेत म्हणजे ५० + ^१/_२ ठेवणे अत्यंत महत्त्वाचे आणि कायद्यानेही आवश्यक असते. विजेची मागणी अथवा पाण्याचे शीर्ष कमीजास्त झाले, तरी टरबाइनाचा वेग कायम ठेवण्यासाठी टरबाइनाचा पाणीपुरवठा कमी-अधिक करावा लागतो. त्यासाठी टरबाइनाच्या आसावर एक गतिनियंता बसविलेला असतो. टरबाइनाचा वेग बदलला, तर गतिनियंत्यात सूक्ष्म हालचाल होते व तिच्यामुळे दाबाखालील तेलाने चालणारी एक साहाय्यक शक्तिशाली यंत्रणा कार्यान्वित होते. त्यामुळे पेल्टन चाकाची सूचि-झडप, फ्रान्सिस व कॅप्लन टरबाइनांची मार्गणक दारे आणि कॅप्लन घूर्णकाच्या पात्यांचे कोन यांचे नियंत्रण होते. यामुळे टरबाइनाचा वेग ठराविक मर्यादेत राहतो.

टरबाइनातील आधुनिक सुधारणा : (१) एका ठिकाणी लहान शक्तीची पुष्कळ टरबाइने वापरण्याऐवजी जास्त शक्तीची थोडी टरबाइने वापरणे कमी खर्चाचे होते. त्यामुळे शक्य तितक्या जास्त शक्तीची टरबाइने बनविण्याकडे लक्ष दिले जात आहे. आता फ्रान्सिस जातीच्या एका टरबाइनाची शक्ती अडीच लाख अश.पर्यंत वाढली असून ती अजूनही वाढविण्याचे प्रयत्न चालू आहेत. (२) लहान व मध्यम शक्ती उत्पादन केंद्रे स्वयंचलित केली जात आहेत. तेथील टरबाइने सुरू व बंद करण्याची कामे एका मध्यवर्ती केंद्रातून विजेच्या संकेतांच्या द्वारे केली जातात. (३) टरबाइनातील बादल्यांसाठी पूर्वी कासे वापरीत असत त्याऐवजी आता ओतीव पोलाद अथवा अगंज (स्टेनलेस) पोलाद वापरतात.

जल टरबाइनामध्ये झालेल्या प्रगतीला लहान नमुन्यावर केले जाणारे संशोधन कारणीभूत आहे. हल्ली चालू असलेल्या संशोधनात पुढील गोष्टींवर भर दिला जात आहे : (अ) टरबाइनाची कार्यक्षमता अभिकल्पित शक्तीच्या २५ टक्क्यांपासून ११० टक्क्यांपर्यंत शक्य तितकी जास्त करणे. (आ) तेवढ्याच शक्तीसाठी टरबाइनाचे प्रतिमिनिट फेरे वाढवून व्यास कमी करणे. (इ) टरबाइनातील कोटरीभवनामुळे (टरबाइनाच्या पात्यांच्या पृष्ठावर हवेचे बुडबुडे उत्पन्न होण्यामुळे) होणारी झीज व कंपने कमी करणे.

पहा : जलविद्युत् केंद्र.

संदर्भ : 1.Addison, H. A. Treatise on Applied Hydraulics, London, 1964.

  2. David, C. V., Ed. Handbook of Applied Hydraulics, Tokyo, 1952.

  3. Mosonyi, E., Trans. Szilvassy, A. and others, Water Power Development, Budapest, 1961.

  4. Nechleba, M., Trans. Mayer, C. Evans, A. G. Hydraulic Turbines : Their Design and Equipment, London, 1958.

कुलकर्णी, प्रि. खं.

“