ටර්බයින

(Turbine). ටර්බයින වූකලි ජලයෙහි හෝ හුමාලයෙහි හෝ වායුවක හෝ අනෙක් තරලයක හෝ ඇති ශක්තිය ඊෂාවක (shaft) භ්‍රමණයේ දී යාන්ත්‍රික ශක්තිය බවට හරවන යන්ත්‍රයකි. ජල චක්‍රය විවිධ කාර්යයන් සඳහා උපයෝගි කර ගත් ඉපැරණි මූලික චාලකයකි. ටර්බයිනයෙහි හුමාලය ද යොදාගත හැකි බව ක්‍රි.පූ. දෙවන සියවසේ දී හේරෝ (Hero) විසින් පෙන්වා දෙන ලදි. එහෙත් බ්රන්කා (Branca) විසින් 1629 දී ජෙට් (පිහිරි) මගින් ක්‍රියා කරන්නා වූ හුමාල ටර්බයින සාදන තෙක් හුමාල ටර්බයින බහුල ව භාවිත වන්නට ඇද්ද යන්න සැක සහිත ය. ශ්‍රීමත් චාල්ස් පාසන්ස්ගේ (Sir Charles Parsons) සොයා ගැනීම් හේතු කොටගෙන 1884 දී හුමාල ටර්බයින මූලික චාලකයක් ලෙස ප්‍රමුඛස්ථානයට පත්විය. ජල සහ හුමාල ටර්බයින හැරුණු විට එම පෙළෙහිලා ගිණිය හැකි එක ම වැදගත් ටර්බයිනය වායු ටර්බයිනයයි. 18 වන සියවස අග භාගයේ දී පළමුවෙන් ම සොයා ගත් මෙය දියුණු කරන ලද්දේ මෑතක දී ය.

අනුවැටුම් (reciprocating) එන්ජිමක නොමැති වැදගත් වාසි තුනක් හැම ටර්බයිනයක ම තිබේ. වකැමි කඳක් නොමැති ව ඊෂාවෙහි භ්‍රමණයක් ඇති කිරීමේ යාන්ත්‍රික වාසිය ඉන් පළමුවැන්නයි. එම නිසා යන්ත්‍රයෙන් ඇහිරෙන ඉඩ ප්‍රමාණය අඩු ය. යන්ත්‍රයක් මපින් ඉපැදෙන ව්‍යාවර්තය (torque) ඒකාකාර වීම දෙවන වාසියයි. ටර්බයින මැනවින් සංතුලිත වූ ද මඳ කම්පන ඇති කරන්නා වූ ද සුළු අත්තිවාරම් ප්‍රමාණවත් වන්නා වූ ද යන්ත්‍රයක් වීම තුන්වැන්නයි.

ජල ටර්බයිනය

වර්තමාන ජල ටර්බයින ආවේග හා ප්‍රතික්‍රියා යනුවෙන් ද්විප්‍රකාර වේ. ඉන් ආවේග (impulse) ටර්බයිනයේ ස්ථාවර කොටස්හි දී ජලයෙහි ඇති සම්පූර්ණ ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කොට මේ ජලය මහත් ප්‍රවේගයකින් ජල පිහිරක් (jet) සේ චංචුවෙන් (nozzle) පිට වෙයි. භ්‍රමණය වන ඊෂාවකට සවි කරන ලද තලයක හෝ බාල්දියක හෝ වක්‍ර පෘෂ්ඨය මතු පිටට නිසි ආකාරයෙන් වදින පරිදි ජල පිහිර එල්ල කිරීමෙන් ඒ ශක්තිය යාන්ත්‍රික ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කෙරේ. බාල්දියේ වක්‍ර පෘෂ්ඨය ද බාල්දියේ ගමන ද හේතු කොටගෙන ජල පිහිරෙහි ප්‍රවේගයෙහි දිශාව වෙනස් වෙයි. ජලයෙහි ගම්‍යතාවේ (momentum) වෙනස සිදුවනුයේ බාල්දිය කෙරෙන් ඇති වන ප්‍රතික්‍රියා බලය නිසා ය. ඒ අනුව අවශ්‍ය චලනය (motion) සහ ක්ෂමතාව (power) බාල්දිය කෙරෙහි ඇති කරවමින් සමාන වූ ද ප්‍රතිවිරුද්ධ වූ ද බලයක් ජලය මඟින් ඇති කරයි. ආවේග (impulse) වර්ගයට අයත් එක ම වැදගත් ජල ටර්බයිනය පෙල්ටන් රෝදය (Pelton wheel) වේ.

ප්‍රතික්‍රිය ටර්බයිනයෙහි ජලයේ ඇති මුළු ශක්තිය චාලක ශක්තියබවට පරිවර්තනය නොවේ. ටර්බයිනයේ චල කොටසට ජලය ඇතුළු වන විට එයට චාලක ශක්තිය සහ පීඩන ශක්තිය ද යන දෙක ම ඇත. ධාවකයේ (runner) තල මත ජලය දුවන විට ඒ ශක්ති දෙක ම යාන්ත්‍රික ශක්තිය බවට පෙරළේ. මේ වර්ගයේ ටර්බයින පීඩනය පිට ඇති හෙයින් ජලයෙන් අඩක් පිරී ඇති පෙල්ටන් රෝද මෙන් නොව ජලයෙන් මුළුමනින් ම පිරී දුවයි.

ප්‍රතික්‍රිය ටර්බයින තවදුරටත් වර්ග දෙකකට බෙදිය හැකි ය. ඒවා නම් 1. වක්‍ර වූ පත් වැනි පෙති ඇති ෆ්රැන්සිස් (Francis) වර්ගය 2. පාජකයන්ට බඳු වූ පෙති ඇති පාජක (propeller) වර්ගය යනුයි. කැප්ලන් (Kaplan) ටර්බයින පාජක ටර්බයින පවුලේ වැදගත් එකකි. බර වෙනස් වන අන්දමට උපරිම කාර්යක්ෂමතාව ලැබගැන්ම සඳහා ස්වයං පාලකයකින් හෝ අතින් හෝ සීරුමාරු කළ හැකි ආනතියකින් යුක්ත වන අයුරින් මේ ටර්බයිනයෙහි චල හා අචල පෙති විවර්තනය කර තිබේ. ජල ශීර්ෂ අන්තරය අඩු වැඩි වන විට ඉහළ ම කාර්යක්ෂමතාවක් ලබා ගැනීම සඳහා මේ සීරුමාරුව උපයෝගී කරගනු ලැබේ.

විශිෂ්ට වේගය

ක්ෂමතාව, වේගය, ජල ශීර්ෂය සහ ප්‍රමාණය අනුව ටර්බයින ලාක්ෂණිකයෝ වෙනස් වෙති. සියලු ටර්බයින සසඳා බැලීම සඳහා පොදු ක්‍රමයක් වශයෙන් විශිෂ්ට වේගය නමැති ප්‍රමාණයක් භාවිත කරනු ලැබේ. ජ්‍යාමිති නයින් සමාන වූ ටර්බයින අඩි එකක ශීර්ෂයක් යටතේ ක්‍රියාකරන විට එක අශ්වක්ෂමතාවක් උපදන වේගය විශිෂ්ට වේගය නම් වේ. ඉංග්‍රීසි ඒකකවලින් විශිෂ්ට වේගය N.P. 1/2 / P 5/4 යන ප්‍රකාශනයෙන් දක්වනු ලැබේ.

මෙහි N = ටර්බයිනයේ වේගය, (මිනිත්තුවකට පරිභ්‍රමණ ගණනින්) P = අශ්වක්ෂමතාව, H = ශීර්ෂය (අඩි). ඒ ඒ කාර්යයට ඉතා යෝග්‍ය ටර්බයින නිශ්චය කළ හැක්කේ ශීර්ෂය සහ විශිෂ්ට වේගය අනුව ය. කරුණු පවත්නා අන්දමට ටර්බයිනයකින් යෝග්‍ය ද යන්න පිළිබඳව සාමාන්‍ය හැඟීමක් පහත ඇති චක්‍රයෙන් ලබා ගත හැකිය.

.......................

ටර්බයින අශ්වක්ෂමතාව ζQ.H/881 යන ප්‍රකාශයෙන් දැක්වේ.

ζ = සාකල්‍යයෙන් ලැබෙන ප්‍රතිශත කාර්යක්ෂමතාව, Q = තත්පරයට පාවිච්චි කරනු ලබන ජල ප්‍රමාණය තත්පරයකට ඝන අඩි, H = ශීර්ෂය අඩිවලින් උචිත ලෙස විරචිත වර්තමාන ප්‍රතික්‍රිය ටර්බයිනයෝ 93.5%ක පමණ කාර්යක්ෂමතාවක් දෙති. ප්‍රශස්ත තත්ත්ව යටතෙහි වැඩ කරන පෙල්ටන් රෝදවලින් 90%ක පමණ කාර්යක්ෂමතාවක් ලැබේ. කිසියම් විශේෂ ශීර්ෂයක දී උපරිම කාර්යක්ෂමතාව සඳහා විශිෂ්ට වේගය එක්තරා සීමාවක තිබිය යුතුයි. එහෙත් වැඩි කාර්යක්ෂමතාවක් නොලැබෙන තරමට විශිෂ්ට වේගය අධික නම් එක ම ඊෂාවෙහි ධාවක දෙකක් හෝ වැඩි ගණනක් යෙදීමෙන් එය අඩු කළ හැකි වේ. පෙල්ටන් රෝදවල නම් එක ම ධාවකයෙහි පිහිරි (jet) දෙකක් හෝ වැඩි ගණනක් යෙදිය හැකි වේ.

ස්වාභාවික ව ලැබෙන ජල ප්‍රමාණයේ වෙනස්වීම්වලට ද බරෙහි අඩුවැඩි වීම් නිසා පාවිච්චි වන ජල ප්‍රමාණයේ වෙනස්වීම්වලට ද සීරුමාරවීම් සඳහා ටර්බයිනයට සම්බන්ධ වූ ජලාශයක් වෙයි. ජලාශයේ සිට ටර්බයිනයට ජලය සපයනු සඳහා නළ මාර්ගයක් හෝ සොරොව්වක් ද ඇත. හදිසියේ බර අඩුවැඩි වීමෙන් ඇති වන පීඩනයේ වෙනස්වීම හැකිතාක් අඩු කරනු පිණිස සමහර විට සොරොව්වෙහි ටර්බයිනයට නුදුරින් කල්ලෝල ටැංකියක් (surge tank) ද වෙයි. සමහර විට පාලකයක්, සුදුසු අභ්‍යඤ්ජන සහිත බෙයරිං සහ වේගය වෙනස් කිරීම සඳහා සුදුසු ගියර ආදි උපකාරක කොටස් ද ටර්බයිනයෙහි ම තිබේ. ශීර්ෂයෙහි අනුරූප වෙනසක් සිදු නොකර, අන්ත ජල මට්ටමට ඉහළින් ටර්බයිනයක් සවි කළ හැකි වන පරිදි අඩු ශීර්ෂ සහිත ප්‍රතික්‍රිය ටර්බයිනවලට බොහෝ විට වාහක නාළ (draft tubes) සවි කරති. එසේම ධාවකයෙන් පිටවීමේ දී ජලයෙහි ඇත්තා වූ ද ලබා නොගතහොත් සදහට ම අපතේ යන්නා වූ ද චාලක ශක්තියෙන් වැඩි කොටසක් ටර්බයිනයට ලබා ගැනීමට මේ වාහක නාළය පිහිට වෙයි.

බෙන ගැහීම

ටර්බයිනවල ඇති වන ප්‍රධාන දෝෂයක් නම් ‘බෙන ගැහීම’ (cavitation)යි.

විශේෂයෙන් ම වැඩි විශිෂ්ට වේග සහිත ප්‍රතික්‍රිය ටර්බයින විරචනයෙහි දී අවධානයට ලක් වනුයේ මෙම දෝෂ මගහරවන ක්‍රමයයි. යන්ත්‍රය මැදින් ජලය ගලන අතර ආභ්‍යන්තරික සුළි ගැසීම හේතු කොට එහි පීඩනය, එවිට ඇති උෂ්ණත්වයේ දී තිබිය යුතු ජලයේ වාෂ්ප පීඩනයට වඩා අඩු වුවහොත් බෙන ගැහීම ඇති වෙයි. මේ බෙන ගැහීම ලෝහයේ පිටුතලය අසල සිදු වුවහොත් ලෝහය හෑරී යෑමට පිළිවන.

(කර්තෘ: ජී.ඩී. සෝමසුන්දරම්)

(සංස්කරණය: 2019)