Redigerer Vannturbin (avsnitt)

== Design og anvendelse == 
[[Fil:Water Turbine Chart.png|thumb|Diagram som viser anvendelsesområdet for forskjellige turbiner ut fra fallhøyde (head) og vannmengde (flow). Effekten ut fra kombinasjonen av de to størrelsene er vist som diagonale linjer. Legg merke til den store overlappingen som francisturbinen har, både nedover mot kaplanturbinen og oppover mot peltonturbinen.]]

Turbinvalg er hovedsakelig basert på den tilgjengelige fallhøyde, og i mindre grad vannmengde (slukeevne). Generelt brukes impulsturbiner for høy fallhøyder, og reaksjonsturbiner brukes til små fallhøyder. Kaplanturbiner med regulerbar bladstigning (vinkel på bladene) er godt tilpasset til store variasjonsområder av vannmengde- eller fallforhold, siden deres maksimale virkningsgrad kan oppnås over et vidt område av vannmengde.

Små turbiner (for det meste under 10 MW) kan ha horisontal aksling, og unntaksvis kan store rørturbiner opp til 100 MW eller så være horisontale. Svært store francis- og kaplanmaskiner har vanligvis vertikal aksling fordi dette gjør best mulig bruk av tilgjengelige fallhøyde, og gjør installasjon av generatoren mer økonomisk. Peltonturbiner kan ha vertikal eller horisontal aksel helt uavhengig av fallhøyden, på grunn av at størrelsen på maskinen uansett er så mye mindre enn det tilgjengelige fallet. Noen impulsturbiner bruke som nevnt flere vannstråler per løpehjul for å øke spesifikk vannhastighet og for å balansere kreftene på akselen.

=== Typisk variasjonsområde for fallhøyde ===
Fallhøyden som en turbin kan benyttes for er blant annet avhengig av renheten av vannet. Suspendert sand sliter turbinen og betyr at den må repareres hyppigere, eller at deler må skiftes ut. Utviklingen av turbiner har derfor dreid seg mye om materialvalg som kan motstå erosjonen som vannet kan gi. En francisturbin kan brukes til fallhøyder i området 700–800 m uten problemer med slitasje og kavitasjon om den dykkes (turbinen plasseres under vannspeilet til bassenget der vannet løper ut) og vannet er stor renthetsgrad.<ref name="T" /> Peltonturbiner brukes til de aller største fallene.

<div style="width:400px;"> 
{{Col-begin}} 
{{Col-break}} 
• Vannhjul<br /> 
• Arkimedes-skrueturbin<br /> 
• VLH-turbin<br /> 
• Kaplanturbin<br /> 
• Francis turbin<br /> 
• Pelton<br /> 
• Turgoturbin<br /> 
{{Col-break}} 
0,2 <'' H'' <4 ('' H'' = fallhøyde i m) <br /> 
1 <'' H'' <10 <br /> 
1,5 <'' H'' <4,5 <br /> 
20 <'' H'' <40 <br /> 
10 <'' H'' <600<ref name="T" /> <br /> 
50 <'' H'' <1300 <br /> 
50 <'' H'' <250 
{{Col-end}} 
</div>

=== Hovedligningen for turbiner ===
[[Turbin#Hovedligningen for turbiner|Hovedligningen]] for en vannturbin uttrykker sammenheng mellom netto (effektiv) fallhøyde og vannets hastighet ved innløp og utløp av turbinens løpehjul:

:<math> H_n g \eta =  (u_1 c_{1u} - u_2 c_{2u}) </math>

der:
* H<sub>n</sub> = netto fallhøyde [m]
* g = tyngdens akselerasjon 9,81 m/s2
* <math>\eta</math> = virkningsgraden (tall fra 0 til 1)
* u = rotores periferihastighet ved innløp ''u''<sub>1</sub> og ''u''<sub>2</sub> ved utløp [m/s].
* c = projeksjoner av vannets hastighetskomponenter normalt på radius til løpehjulet ved innløp c<sub>1u</sub> og utløp c<sub>2u</sub> [m/s].

Denne lignignen er vesentlig ved konstruksjon av såvel vannturbiner som andre typer turbiner.

=== Spesifikk hastighet === 
Den [[Turbin#Spesifik hastighet|spesifikke hastighet]]en <math>n_s</math> for en turbin karakteriserer dens form på en måte som ikke er relatert til størrelsen. Dette gjør at et nytt turbindesign som kan skaleres opp fra en eksisterende design av kjente ytelse. Den spesifikke hastigheten er også det viktigste kriteriene for å tilpasse et bestemt vannfall til riktig turbintype. Den spesifikke hastighet er den hastighet som turbinen roterer med for en bestemt vannmengde, q, for én enhet fallhøyde og derved er i stand til å produsere én enhet effekt.

=== Affinitetslovene === 
[[Skaleringslovene]], som også kalles affinitetslovene, gjør at ytelsen til en turbin kan bli estimert basert på modellforsøk. En miniatyrmodell av en foreslått turbin, som kan være omtrent 0,3 m i diameter, kan testes i et laboratorium. Målingene kan anvendes til den endelige konstruksjonen med høy grad av sikkerhet. Affiniteslovene er utledet ved å kreve formlikhet mellom testmodell og den virkelige turbinen.

Strømningen gjennom turbinen styres enten av en stor ventil, eller ved at ledeskovler er anordnet rundt periferien på utsiden av løpehjulet. Trykkforskjellen og gjennomstrømning for turbinen kan plottes for forskjellige verdier av ledeskovelåpning for derved å lage et diagram som viser virkningsgraden for turbinen under varierende forhold.

=== Rusehastighet === 
Rusehastigheten for en vannturbin er dens hastighet ved full gjennomstrømnig av vann når den ikke har noen belastning. Turbinen må utformes til å overleve de mekaniske krefter som oppstår ved denne hastighet. Produsenten skal dokumentere rusehastighetsklasse.