Vesiturbiini

Wikipedia

Kaplan-turbiini ja sähkögeneraattori.

Vesiturbiini on laite, jolla virtaavan veden liike-energriaa muunnetaan akselin ja sitä myöten sähkövirtaa synnyttävän generaattorin pyörimisenenergiaksi.

Sisällysluettelo

1 Toiminnan teoria
2 Vesiturbiinien jaottelu
- 2.1 Reaktioturbiinit
- 2.2 Impulssiturbiinit

[muokkaa] Toiminnan teoria

Turbiini on energianmuunnin. Se muuttaa veden painetta (potentiaalienergiaa) akselinsa pyörimisenergiaksi ja edelleen generaattorin pyörimisenergiaksi. Virtaava vesi ohjataan turbiinin juoksupyörän lapoihin, joihin se aiheuttaa voiman. Tämä voima vaikuttaa lapaan tietyn matkan ja tekee siten työn ja luovuttaa energiaansa turbiinille.

[muokkaa] Reaktioturbiini

Newtonin kolmas laki kuvaa reaktioturbiinin energiansiirtoa. Vesivirran paine laskee sen vaikuttaessa turbiinin lapoihin ja siten luovuttaa energiaa turbiinille.

[muokkaa] Impulssiturbiini

Newtonin toinen laki kuvaa impulssiturbiinin energiansiirtoa. Vesivirran paine (potentiaalienergia) muutetaan suuttimella liike-energiaksi. Suurinopeuksinen vesisuihku osuu turbiinin lapoihin ja suihkun suunta muuttuu. Suihku ainheuttaa lapaan impulssivoiman, joka vaikuttaa tietyn matkan tehden työtä turbiiniin ja siten antaen sille energiaansa.

[muokkaa] Teho

Vesivirrasta saatavissa oleva teho.

$P=\eta\cdot\rho\cdot g\cdot h\cdot\dot V$

missä:

$P =$ teho (J/s tai W)
$η =$ turbiinin hyötysuhde
$ρ =$ veden tiheys (kg/m³)
$g =$ putouskiihtyvyys (9.81 m/s²)
$h =$ korkeusero (m, korkeusero sisääntulevan ja ulosmenevän veden pinnan välillä)
$\dot V$ = tilavuusvirta eli virtaama (m³/s)

[muokkaa] Vesiturbiinien jaottelu

[muokkaa] Reaktioturbiinit

Kaplan-turbiini

Kaplanturbiinisoveltuu suurille virtaamille ja pienille pudotuskorkeuksille. Turbiinin juoksupyörä on potkurin tai aksiaalipumpun juoksupyörän muotoinen. Perinteiset Kaplanturbiinit ovat olleet rakenteeltaan sellaiset, että generaattori on vesikanavan yllä ja itse turbiinin lavat roikkuvat alhaalla akselin varassa. Uudemmassa konstruktiossa nk. putkiturbiinissa turbiini ja generaattori sijaitsevat vesiputkessa olevassa tilassa.

Francis-turbiini

700 MW:n tehoisen Francis-turbiinin juoksupyörää asennetaan Grand Couleen padolla.

Francis-turbiinit soveltuvat keskisuurille putouskorkeuksille, 20m...500m. Niiden juoksupyörä muistuttaa keskipakopumpun vastaavaa.

Tyson-turbiini

Vesiratas

[muokkaa] Impulssiturbiinit

Pelton-turbiini

Pelton-turbiinit soveltuvat pienille viraamille ja suurille putouskorkeuksille. Turbiinin kehällä on lusikan muotoisia kuppeja, joihin vesivirta tulee tangentin suuntaisesti suurella nopeudella.