जलविद्युत संयंत्र का कौन सा अवयव पेनस्टॉक को 'वाटर हैमर' (water hammer) की घटना से बचाता है?

Question

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D: सर्ज टैंक (Surge Tank)

Explanation & Concepts:
सर्ज टैंक एक छोटा जलाशय या टैंक है जो जलविद्युत संयंत्र के पेनस्टॉक से जुड़ा होता है। यह एक दबाव बफर (pressure buffer) के रूप में कार्य करता है, जो लोड परिवर्तन के दौरान पानी के वेग में अचानक उतार-चढ़ाव के कारण होने वाली 'वाटर हैमर' नामक खतरनाक दबाव वृद्धि को रोकता है।

Working Principle: जब टर्बाइन का लोड अचानक कम हो जाता है, तो गवर्नर गेट बंद कर देता है, जिससे पानी का प्रवाह अचानक रुक जाता है। सर्ज टैंक के बिना, बहते पानी के स्तंभ का संवेग (momentum) पेनस्टॉक में एक विशाल दबाव उछाल (water hammer) पैदा करेगा, जिससे उसके फटने की संभावना रहती है। सर्ज टैंक एक खुली सतह प्रदान करता है जहाँ पानी ऊपर उठ सकता है, जो गतिज ऊर्जा को अवशोषित करके उसे स्थितिज ऊर्जा (head) में बदल देता है, जिससे दबाव का झटका कम हो जाता है।

Key Formulas: $P = \rho \cdot v \cdot a \cdot c$ — जहाँ $P$ दबाव वृद्धि है, $\rho$ पानी का घनत्व है, $v$ वेग में परिवर्तन है, और $c$ तरंग वेग (wave celerity) है; $\Delta H = \frac{L}{g} \cdot \frac{dv}{dt}$ — प्रवाह रुकने के कारण शीर्ष वृद्धि (head rise)

Key Points: वाटर हैमर वेग में अचानक परिवर्तन (पानी के जड़त्व) के कारण होता है; सर्ज टैंक पेनस्टॉक की उस लंबाई को प्रभावी ढंग से कम कर देते हैं जो उच्च-दबाव वाली तरंगों के अधीन होती है; इन्हें पावर हाउस के यथासंभव निकट स्थापित किया जाता है; लोड बढ़ने पर पानी की तत्काल आपूर्ति प्रदान करते हैं

Advantages: पेनस्टॉक को फटने से बचाता है; अचानक लोड उतार-चढ़ाव के दौरान टर्बाइन की गति को स्थिर करता है

Disadvantages: निर्माण लागत में काफी वृद्धि करता है; स्थापना के लिए उच्च स्थलाकृतिक ऊंचाई (topographical elevation) की आवश्यकता होती है

Applications: उच्च और मध्यम हेड वाले जलविद्युत संयंत्र; पम्प्ड स्टोरेज पावर प्लांट

Additional Info: ड्राफ्ट ट्यूब का उपयोग टर्बाइन रनर से बाहर निकलने वाले पानी से गतिज ऊर्जा को पुनः प्राप्त करने के लिए किया जाता है।. स्पिलवे का उपयोग जलाशय से अतिरिक्त बाढ़ के पानी को निकालने के लिए किया जाता है।. यह घटना वाल्व के बंद होने के समय और तरंग प्रसार समय $t = \frac{2L}{c}$ के बीच के संबंध द्वारा नियंत्रित होती है।

Answer: D सही है — सर्ज टैंक टर्बाइन लोड में अचानक परिवर्तन के दौरान पेनस्टॉक में दबाव के झटकों को निष्प्रभावी करने के लिए शॉक एब्जॉर्बर (shock absorber) के रूप में कार्य करता है।

Exam Tip: याद रखें कि सर्ज टैंक विशेष रूप से लोड रिजेक्शन (load rejection) के लिए होते हैं, जबकि ड्राफ्ट ट्यूब टर्बाइन असेंबली का एक हिस्सा है जिसका उपयोग दक्षता सुधारने के लिए किया जाता है।

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Option A: वाल्व और गेट (Valves and Gates)

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Option B: ड्राफ्ट ट्यूब (Draft tubes)

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Option C: स्पिलवे (Spillway)

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