Redigerer Vannturbin (avsnitt)

== Historie == 
[[Vannhjul]] har blitt brukt i hundrevis av år som drivkraft i industrien. Deres største ulempe er størrelsen, som begrenser både nyttbar vannmengde og fallhøyden. Overgangen fra vannhjul til moderne turbiner tok om lag hundre år. Utviklingen skjedde under [[den industrielle revolusjon]], ved hjelp av vitenskapelige oppdagelser og metoder. De har også gjort utstrakt bruk av nye materialer og produksjonsmetoder som ble utviklet på den tiden.

=== Forskjellen på en turbin og et vannhjul === 
Ordet turbin ble introdusert av den franske ingeniøren [[Claude Burdin]] tidlig på 1800-tallet og er avledet fra det latinske ordet for «hvirvlende» eller «strømning». Hovedforskjellen mellom tidlig vannturbiner og vannhjul, er at en virvelkomponent (i matematikken brukes det engelske ordet «curl», som også brukes på norsk) av det strømmende vannet overfører energi til en rotor. På grunn av denne ekstra bevegelseskomponent tillates turbinen å være betydelig mindre enn et vannhjul med samme ytelse. Da turbinene ble introdusert kunne de utnytte en større vannmengde ved å rotere raskere, samt at de kunne utnytte mye større fallhøyder. (Senere ble impulsturbiner utviklet som ikke benytter seg av virvel-prinsippet).

=== Tidslinje === 
[[Fil:Roman mill at Chemtou.jpg|thumb|Romersk «turbinmølle» på [[Chemtou]], [[Tunisia]]. Den tangentielle vannstrømmen fra kanalen og inn i den sirkelformede sjakten gjorde at det neddykkede horisontale hjulet som satt på en aksel roterte som en virkelig turbin.<ref name="Roman helix-turbine mill" />]]
[[Fil:Water turbine grandcoulee.jpg|thumb|Løpehjulet til en [[Francis turbin]], med en ytelse på nesten en million [[hestekrefter|hk]] (tilsvarer 750 [[MW]]), blir installeres på [[Grand Coulee Dam]], USA.]]
[[Fil:HydroelectricTurbineRunner.png|thumb|Et propellignende løpehjul med en ytelse på 28 000 hk (tilsvarer 21 MW)]]

De tidligste kjente vannturbiner som er funnet stammer fra [[Romerriket]]. To møller med helix-turbin av nesten identisk konstruksjon ble funnet på [[Chemtou]] og [[Testour]], i dagens [[Tunisia]], datert til slutten av 300-tall eller tidlig 400-tall eKr. Et horisontalstilt vannhjulet med skråstilte blader ble installert på bunnen av en vannfylt sirkulær formet sjakt. Det strømmende vannet kom inn i sjakten tangentielt via en kanal, og skapte dermed en virvlende vannmasse som fikk det helt nedsenket hjulet til å opptre som en virkelig turbin <ref name="Roman helix-turbine mill">{{Harvnb|. Wilson | 1995 | pp = 507F}}.; {{Harvnb| Wikander | 2000 | p = 377}}; {{Harvnb| Donners | Waelkens | Deckers | 2002 | p = 13}}</ref>

[[Johann Segner]] utviklet en reaktiv vannturbin ([[Segner hjul]]) i midten av det 1700-tallet i [[Kongedømmet Ungarn]]. Den hadde en vannrett akse, og var en forløper til dagens moderne vannturbiner. Dette er en veldig enkel maskin som fortsatt produseres i dag for bruk i [[minikraftverk]]. Segner jobbet sammen med [[Euler]] på noen av de tidligste matematiske teorier om turbindesign. På 1700-tallet hadde en viss Dr. Barker oppfunnet en lignende reaksjonshydraulisk turbin som ble brukt under demonstrasjoner i forelesninger. Den eneste kjente overlevende eksempel på denne type maskin som brukes i kraftproduksjon stammer fra 1851,og er funnet på [[Hacienda Buena Vista]] i [[Ponce, Puerto Rico]].<ref name="Robert Sackett 1994. Side 16 ">R. Sackett, s. 16.</ref><ref>{{Kilde www |url=http://www.asme.org/about-asme/history/landmarks/topics-m-z/mechanical-power-production-steam/-177-barker-turbine-hacienda-buena-vista-(1853) |tittel='' Barker Turbine / Hacienda Buena Vista (1853) Valg.'' American Society of Mechanical Engineers. Valgnummer 177. |besøksdato=2014-07-12 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20130527000603/http://www.asme.org/about-asme/history/landmarks/topics-m-z/mechanical-power-production-steam/-177-barker-turbine-hacienda-buena-vista-(1853) |arkivdato=2013-05-27 |url-status=død }}</ref>

I 1820 utvikler [[Jean-Victor Poncelet]] en turbin for innoverstrøm.

I 1826 utvikler [[Benoit Fourneyron]] en turbin for utoverstrøm. Dette var en maskin med høy virkningsgrad (omtrent 80%) som sendte vann gjennom et løpehjul med bladene buet i samme plan som hjulet. De stasjonære utløpetsskovlene var også buede.

I 1844 utviklet [[Uriah A. Boyden]] en turbin for utoverstrøm som forbedret ytelsen til Fourneyronturbinen. Løpehjulet til denne var formet som en [[francisturbin]].

I 1849, [[James B. Francis]] forbedret reaksjonsturbinen med innoverstrøm med en virkningsgrad over 90 %. Han gjennomførte også avanserte tester og utviklet tekniske metoder for konstruksjon av vannturbiner. [[Francisturbin]]en er oppkalt etter ham, og er den første moderne vannturbin. Dette er fortsatt det mest brukte vannturbin i verden i dag. Francisturbin kalles også en radialstrømnings turbin, ettersom vannet strømmer fra den ytre omkretsen mot sentrum av løpehjulet.

Vannturbiner med innoverstrøm har en bedre mekanisk arrangement og alle moderne reaksjon vannturbiner er konstruert på denne måten. Fordi vannet virvler innover, [[akselerasjon|akselererer]] det, og overfører energi til løpehjulet. Vannets trykk reduseres til atmosfærisk trykk, eller i noen tilfeller under atmosfærisk trykk, når vannet passerer gjennom bladene og mister sin energi.

Rundt 1890 ble det moderne glidelager (lager med oljefilm mellom de bevegelig og faste deler av stål) oppfunnet, nå brukes disse til å holde oppe tunge løpehjul i vannturbiner. Per 2002, ser det ut til et glidelager har en [[MTBF]] på mer enn 1300 år.

Rundt 1913 oppfant [[Viktor Kaplan]] turbinen som bærer hans navn, nemlig [[kaplanturbin]]en, som er en propell-lignende maskin. Det var en videreutvikling av francisturbinen, men revolusjonert muligheten til å utvikle vannfall med liten fallhøyde.

Forbedring av turbiners virkeområde og virkningsgrad har vært av stor viktighet helt frem til nå. Det er ønskelig at turbintypene skal kunne tilpasses innenfor størst mulige variasjonsområder både når det gjelder fallhøyde og vannmengde. Her er det både design og materialvalg (stållegeringer) som byr på utfordringer. Ved [[vannkraftlaboratoriet]] ved [[Norges tekniske høyskole]] i Trondheim greide professor [[Gudmund Sundby]] på tidlig 1920-tall, sammen med [[Kværner Brug]], å utvikle en francisturbin med en virkningsgrad på nesten 95 %. Dette var flere prosentpoeng over hva som på denne tiden var vanlig. Selv i dag er dette omtrent det høyeste som kan oppnås for en vannturbin av denne typen. Dette mener historikere er starten på norsk turbinindustris verdensledende posisjon.<ref name="SK">Lars Thune:''Statens kraft – Kraftutbygging og samfunnsutvikling''. Universitetsforlaget 2006, ISBN 82-15-01054-7</ref>

=== Nytt konsept === 
[[Fil:Pelton wheel (patent).png|thumb|Figur hentet fra Lester Peltons opprinnelige patent (oktober 1880) på turbinen som bærer hans navn.]]
{{Hoved|Peltonturbin}} 
Alle vanlige vannkraftmaskiner inntil slutten av 1800-tallet (inkludert vannhjulet) var i utgangspunktet reaksjonsmaskiner; vanntrykket skapt av fallhøyden virket på maskinen og produsert mekanisk arbeid. En reaksjonsturbin har behov for å fullt ut å inneholde vann for at energioverføringen skal kunne skje.

I California i I 1866 hadde mølleren Samuel Knight oppfunnet en maskin som tok impulssystem til et nytt nivå.<ref>W. A. Doble, ''The Tangential Water Wheel'', Transaksjons in American Institute of Mining Engineers, vol. XXIX, 1899.</ref><ref>W. F. Durrand, ''The Pelton Water Wheel'', Stanford University, Mechanical Engineering, 1939.</ref> Inspirert av høytrykks vannspylesystemer som ble bruket i såkalt hydraulisk gruvedrift for gullutvinning, utviklet Knight et hjul med påmonterte skåler som fanget energien som en fri vannstråle dannet. Vannstrålen hadde han fått fra et vertikalt rør (eller rørgate) som var flere hundre meter høyt og som omdannet potensiell energi til kinetisk energi. Dette kalles en impuls- eller tangentialturbin. Vannet kommer inn med en hastighet som er omtrent det dobbelte av hastigheten til skålene på periferien av hjulet, tar en «u-sving» i skålene og faller ut med lav hastighet.

[[Lester Allan Pelton|Lester Pelton (1829-1908)]] eksperimentere i 1879 med et hjul av samme typen som Knight hadde utviklet, men han utviklet et hjul påmontert en type [[Peltonturbin|doble skåler]], som sendte vannet ut til sidene. Disse doble skålene hadde i midten en kvass egg som kløyver vannstrålen. Dermed ble virkningsgraden høyere fordi noe av energitapet som hjulet til Knight hadde, ble eliminert. Knights hjul hadde nemmelig den svakheten at noe av vannet som ble sent ut av skålene havnet tilbake mot midten av hjulet. William Doble forbedret rundt 1895 Peltons turbinhjul med halvsylindriske skåler, med å bytte disse ut med elliptisk skåler. Denne nye elliptiske skålene ga han i tillegg et kutt, slik at vannstrålen skulle få et bedre innløp. Forbedringen innebærer at strålen får anledning til å treffe rett på eggen i midten av skålen, uten at noe av strålen blir avskåret av skålen rett foran. Dette er den moderne form av en peltonturbin, og disse oppnår i dag over 90 % virkningsgrad. Pelton hadde vært en ganske effektiv formidler av sitt design, og selv om Doble overtok Peltons selskap, endre han ikke navnet på selskapet til Doble fordi dette merkenavnet allerede var anerkjent.

Turgoturbinen (med halve skåler og vannstråle inn fra siden) og Bankiturbinen (vannstråle gjennom en rottor av vertikalt stilte lameller) var senere oppfinnelser basert på impulsturbin-typen.