衝撃式タービンと反応式タービン

タービンは、ターボ機械の一種で、流れる流体のエネルギーをローター機構によって機械的エネルギーに変換する機械である。一般に、タービンは流体の熱エネルギーや運動エネルギーを仕事に変換する。ガスタービンや蒸気タービンは、作動流体のエンタルピー変化によって仕事が発生する、つまり圧力という流体の位置エネルギーが機械エネルギーに変換される熱ターボ機械である。

軸流タービンの基本的な構造設計は、流体を連続的に流しながらエネルギーを取り出すことを可能にします。熱タービンでは、高温高圧の作動流体が、軸上の回転円盤に取り付けられた傾斜翼からなる一連のローターを通過する。各ローターディスクの間には、ノズルの役割を果たす静止ベーンが取り付けられており、流体の流れを誘導します。

タービンは様々なパラメータで分類されるが、流体のエネルギーを力学的エネルギーに変換するかどうかで、衝動と反動に分けられる。衝動式タービンは、流体がローターブレードに衝突する際の衝撃だけで機械エネルギーを発生させる。反応タービンは、ノズル内の流体を利用して、ステータホイールに運動量を発生させる。

パルスタービンの詳細情報

衝動式タービンは、ローターブレードに衝突した流体の流れ方向を変えることで、流体のエネルギーを圧力として変換する。その運動量の変化により、タービンブレードにパルスが発生し、ローターが動く。その過程をニュートンの第二法則で説明する。

衝撃式タービンは、流体が一連のノズルを通過して速度を上げ、ローターブレードに導かれる。ステーターブレードはノズルの役割を果たし、圧力を下げることで流速を増加させる。速度の速い（運動量の多い）流体がローターブレードに衝突し、運動量がローターブレードに伝わります。この間、流体の性質が変化するのが衝撃式タービンの特徴です。圧力損失はすべてノズル（つまりステーター）で発生し、ステーター内の速度は著しく増加し、ローター内の速度は減少する。衝撃式タービンは、基本的に流体の運動エネルギーだけを変換し、圧力は変換しません。

衝撃式タービンの例として、インパクトタービン、デラウェアタービンがある。

リアクションタービンの詳細はこちら

リアクションタービンは、流体が運動量を変化させたとき、回転翼で反応させることで流体のエネルギーを変換する。この過程は、ロケットの排ガスの反応に例えることができる。反応タービンのプロセスは、ニュートンの第二法則で説明するのが最もわかりやすい。

一連のノズルは、静的なサブステージで流体の流量を増加させます。これにより、圧力が低下し、速度が増加する。そして、流体の流れは、ノズルの役割も果たすローターブレードに導かれる。これにより圧力はさらに低下するが、運動エネルギーがローターブレードに伝達されるため、速度も低下する。反応タービンでは、流体の運動エネルギーだけでなく、流体中に圧力として存在するエネルギーも、ローターシャフトの機械的エネルギーに変換される。

フランシスタービン、軸流パドルタービン、そして現代の多くの蒸気タービンがこのカテゴリーに入る。

現代のタービン設計では、最適なエネルギー出力を得るための動作原理が用いられ、タービンの性質はタービンの反応度（λ）で表される。このパラメータは基本的にローター段とステーター段の間の圧力損失の比率である。

∧＝（ローター段エンタルピー変化量）／（ステーター段エンタルピー変化量）

衝撃式タービンと反動式タービンの違いは何ですか？

衝突型タービンは、圧力（エンタルピー）低下がすべてステータ段で起こるのに対し、反応型タービンは、ロータ段とステータ段の両方で圧力（エンタルピー）低下が起こります。{流体が圧縮性であれば、反応タービンのロータ段とステータ段の両方で、（通常は）ガスが膨張する｝。

反応タービンにはステータとロータの2組のノズルがありますが、衝撃タービンにはステータにしかノズルがありません。

反応タービンでは圧力エネルギーと運動エネルギーの両方を軸エネルギーに変換しますが、衝撃タービンでは運動エネルギーのみを軸エネルギーに変換します。