Waterturbine

'n Waterturbine is die meganisme wat die werking van 'n waterwiel aan die beweeg hou. Danksy die waterturbine, kan bewegingsenergie moontlik gemaak word sonder dat mens of dier se spierkrag ingespan word. Vandag sien 'n mens weliswaar byna geen watermeul meer nie, maar die beginsel van die waterwiel word nog steeds gebruik, en daarom is dit die moeite werd om dit van naderby te beskou. Ons kan twee basiese vorme van die waterwiel onderskei.

Die een vorm is 'n waterwiel met reguit skepvleuels wat op so 'n manier in die water geplaas word dat die wiel deur die vloeiende water aangedryf word. Op plekke waar omstandighede dit toelaat, word waterwiele gebruik waarop water van ʼn hoogte af uit 'n geut val en geboë of bakvormige vleuels tref. Hierdie soort waterwiel het die groot voordeel dat nie alleen die bewegingsenergie van die water nie, maar ook die valenergie gebruik word.

Hoe hoër die waterstraal val, hoe groter is die potensiële energie en hoe sterker is dus die krag wat op die wiel inwerk. Hierdie soort waterwiel was veel volopper as eersgenoemde soort. Die werkvermoë van so 'n waterrat is nie baie hoog nie, want die waterenergie word net ten dele benut. Daarom is mettertyd installasies ontwikkel om die waterkrag beter te benut. Hierdie kragmasjiene heet waterturbines.

Net soos die waterwiel sit die waterturbine die potensiële energie van die water om in meganiese energie of, met die stroomopwekkers (generators) van hidroëlektriese kragstasies, in elektriese energie. Hoe die water na die turbine gelei word, word in 'n ander artikel verduidelik. Hier kan ons net noem dat die water by die onderpunt van 'n hoogdruk-waterpypleiding met 'n val van 1 000 meter 'n drukking van sowat honderd atmosfere uitoefen, (Een atmosfeer is 103,3 kPa.) Die water oefen dus druk uit van meer as 100 000 newton per m². Die waterstraal het 'n potensiële snelheid van 140 m/s (dit wil sê meer as 500 km/h). Gevolglik het die straal ʼn oneindig hoër energie as 'n gewone stroom water wat 'n waterwiel aandryf.

Straal – of aksieturbine

Die afbeelding links onder toon die sogenaamde, pelton-wiel wat in hoogdruk-installasies gebruik word, dus in gevalle waar 'n hoe val beskikbaar is. Die buiterand van die wiel bestaan uit bakvormige vleuels. Die water, wat deur 'n hoogdrukleiding kom, moet deur 'n klep gaan; die grootte van die waterstraal word met behulp van 'n keëlvormige naald, wat in die klep aangebring is, gereguleer. Die waterstraal tref die skepbakke, oefen 'n druk daarop uit, en laat dus die wiel draai. So 'n turbine word 'n straal of aksieturbine genoem. Slegs 'n betreklik dun, maar kragtige straal is nodig om die wiel te laat draai, en 'n groot deel van die energie van die water word in bewegingsenergie van die wiel omgesit.

Reaksiewiel van Segner

Naas aksieturbines kry ons ook reaksieturbines. Hul werkwyse word duidelik as ons na 'n voorbeeld van die sogenaamde reaksiewiel van Segner kyk. Dit bestaan uit 'n watertoevoerpyp waarop 'n kleiner draaibare pyp met gekromde punte aangebring is. Die punte is oop sodat die water die pyp hier onder druk kan verlaat. Die water wat uitgespuit word, oefen 'n terugstotende krag (reaksie) op die draaibare pyp uit, en dit begin draai sodra die water uitspuit. Hoe hoër die druk van die water wat deur die pyp vloei, hoe vinniger sal die draaibeweging wees. Hierdie beginsels word dikwels in tuinsproeiers gebruik. Hier sit die waterstraal meestal 'n draaibare sproeikop in beweging wat die waterstraal op so 'n manier versprei dat 'n groot gebied egalig benat word.

Reaksieturbines

Dieselfde beginsel word gebruik in reaksieturbines. In hierdie geval word die wiel aksiaal deurstroom deur ʼn waterstraal onder hoë druk, en die terugstotende krag veroorsaak die draaibeweging. Om die draaisnelheid van die wiel te reguleer. is die skepbekers van die wiel verstelbaar, sodat die water hulle minder of meer skuins kan tref. Hierdie soort turbine is deur Francis uitgevind (1849); vandag word meestal die sogenaamde Kaplanturbine, wat in 1912 deur Kaplan ontwikkel is, gebruik. Dit benut die energie van die water nog meer doeltreffend (tot 94 persent) as die turbine van Francis.

Bronnelys

• KENNIS, 1980, ISBN 0798108266, volume 4, bl. 782

Eksterne skakels

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Waterturbine.