タービンの種類と用途：インパルス、反動、蒸気、ガス、風力

タービンの種類

膨大なエネルギー生成と流体輸送において、タービンはさまざまな用途で同じ目的を果たす異なる種類があります。水、蒸気、空気、燃焼ガスなどの流体の運動エネルギーを利用し、デバイス自体の回転運動に変換する装置です。このデバイスはさらに発電機に接続され電力を生成したり、機械的作業に使用されたりします。

本記事では、さまざまなタービンタイプ、それらの図、作動原理について解説します。

タービンの種類

以下にさまざまな種類のタービンを示します：

インパルスと反動タービン

インパルスと反動タービンは水力発電所で使用されるタービンです。水を作動流体とする水タービンです。作動時、ダムから数百万リットルの水が集められ、ダムの高さが水の流れる圧力を決定します。高圧水はペンストックと呼ばれる大きなパイプを通って流れます。

タービンはペンストックの末端に位置し、高圧水がタービン翼に高速で衝突しやすくなっており、回転を引き起こします。タービンが発電機に接続されると電気が生成されます。インパルスと反動タービンの基本的な違いの一つはタービン翼の形状です。

インパルスタービンは基本的にニュートンの第二法則の原理で動作します。ローターのハブに翼の代わりに、楕円形の半分サイズのバケットが複数取り付けられています。水が高速でバケットに衝突するとローターが回転し始め、これは水の運動エネルギーが回転機械エネルギーに変換されることを意味します。したがって、タービンシャフトの一端が発電機に接続されると電気が生成されます。インパルスタービンの例にはペルトン、ターゴ、クロスフローがあります。

反動タービンでは、圧力による水の位置エネルギーと速度による運動エネルギーの合計がタービン翼を回転させます。このタービンの全体が水中に没しており、水圧の変化と水の運動エネルギーによって動力交換が起こります。このタービンの用途は通常、インパルス型より低い水頭と高い流量です。

蒸気タービン

蒸気タービンタイプは原子力と火力発電所でよく使用されます。水を加熱して蒸気を生成し、それがタービンを通って流れて電気を生成します。蒸気タービンも、特に現代のものはインパルスと反動タイプに分類できます。このタービンの違いは配置と設計が異なることです。

蒸気タービンは、ローターと呼ばれる回転翼と、ステーターと呼ばれる固定翼で構成されます。これら2つの構成要素は、エネルギーを最大限に抽出するために交互に配置されます。このプロセスは複動（コンパウンディング）として知られています。インパルスタービンでは、動翼が蒸気によって押されるように設計されています。一方、反動タービンのローター翼は翼型形状をしており、それ自体が反作用を生み出し、蒸気の速度を維持させます。

ほとんどの蒸気タービンでは、蒸気がまず高圧（H.P）タービンを通り、次に中圧（I.P）タービンを通ります。蒸気を再熱した後、低圧（L.P）タービン（巨大な翼セット）を通ります。内側から外側へ向かって翼サイズが増加する目的は、蒸気が膨張しながら圧力と運動エネルギーを失うためです。

ガスタービン

ガスタービンは熱機関でよく使用されるため、内燃機関とも呼ばれます。最も柔軟なタービンタイプの一つで、用途が広範です。発電所での電力生成に使用され、航空機やヘリコプターの推進にも使用されます。システムには入口に軸流圧縮機があり、これは回転翼のセットです。これらの翼が大量の空気を吸い込み、圧縮して空気温度を上昇させます。空気はさらに燃焼室に供給されます。これらのタービンタイプの作動では、燃料が燃焼室に添加され、着火装置が燃料を着火します。したがって、大量の排気ガスが生成され、これがタービンを通って流れます。

ガスタービン/ジェットエンジンの種類：

1. ターボジェット
2. ターボファン
3. ターボジェット（重複）
4. ターボシャフト
5. ラムジェット

風力タービン

風力タービンの発明は、クリーンな発電方法として人類に恩恵をもたらしました。他のタービンタイプと同様、風力タービンは3枚の翼を持ち、風が真っ直ぐ通過すると回転するよう設計されています。風力タービンは非常に低いRPMで回転し、必要な周波数の電気を生成できません。このためシステムにギアボックスが必要で、シャフトの速度を増加させます。出力は発電機に接続され、電気を生成します。

別の言葉で言えば、風力タービンタイプは風の運動エネルギーを機械的動力に変換して動作します。この動力は発電機を回転させて電気を生成するために使用されます。タービンは陸上にも洋上にも設置可能です。

風力タービンの3つの主要タイプ：

1. 水平軸風力タービン（HAWT）
2. サボニウス垂直軸風力タービン（サボニウスVAWT）
3. ダリウス垂直軸風力タービン（ダリウスVAWT）

結論

本記事では、インパルスと反動タービン、蒸気タービン、ガスタービン、風力タービンを含む、さまざまなタービンの種類について説明しました。

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