turbine
「turbine」の意味・「turbine」とは
「turbine」は、流体のエネルギーを機械的な動きに変換する装置を指す英単語である。これは、水、蒸気、ガスなどの流体がタービンの羽根車を回転させ、そのエネルギーを利用する原理に基づいている。例えば、水力発電所では水の流れがタービンを回転させ、そのエネルギーを電気エネルギーに変換する。「turbine」の発音・読み方
「turbine」の発音は、IPA表記では /ˈtɜːrbaɪn/ であり、IPAのカタカナ読みでは「ターバイン」である。日本人が発音するカタカナ英語では「タービン」と読む。「turbine」の定義を英語で解説
「turbine」は、"A machine for producing continuous power in which a wheel or rotor, typically fitted with vanes, is made to revolve by a fast-moving flow of water, steam, gas, air, or other fluid."と定義される。つまり、水、蒸気、ガス、空気などの流体の速い流れによって回転する車輪やローター、通常は羽根がついている、連続的なパワーを生み出すための機械という意味である。「turbine」の類語
「turbine」の類語としては、「impeller」、「rotor」、「vane」などがある。これらはいずれも流体のエネルギーを機械的な動きに変換する装置の一部を指す単語である。「turbine」に関連する用語・表現
「turbine」に関連する用語や表現としては、「hydroelectric turbine」（水力タービン）、「wind turbine」（風力タービン）、「gas turbine」（ガスタービン）、「steam turbine」（蒸気タービン）などがある。これらは、それぞれ水、風、ガス、蒸気といった異なる種類の流体を利用したタービンを指す。「turbine」の例文
1. The hydroelectric power plant uses a large turbine to generate electricity.（水力発電所は大きなタービンを使って電気を生成する。）2. Wind turbines convert the kinetic energy of the wind into mechanical energy.（風力タービンは風の運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する。）
3. The gas turbine has a high power-to-weight ratio.（ガスタービンは高いパワー重量比を持つ。）
4. The steam turbine is a critical component of a power plant.（蒸気タービンは発電所の重要な部品である。）
5. The rotor of the turbine was spinning rapidly.（タービンのローターが速く回転していた。）
6. The impeller is a key part of the turbine.（インペラーはタービンの重要な部分である。）
7. The vanes of the turbine were damaged.（タービンの羽根が損傷していた。）
8. The turbine converts the energy of the fluid into mechanical energy.（タービンは流体のエネルギーを機械的エネルギーに変換する。）
9. The wind turbine has three blades.（風力タービンには3枚のブレードがある。）
10. The hydroelectric turbine is powered by the flow of water.（水力タービンは水の流れによって動力を得る。）
タービン
タービン
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2018/05/06 03:38 UTC 版)
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タービン
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/08/12 15:07 UTC 版)
詳細は「タービン」を参照 タービン (Turbine) は燃焼室から発生した高温高圧の燃焼ガスを膨張させ、その熱エネルギーを圧縮機やファンなどが回転するための機械仕事として取り出すための機構である。燃焼室から出た燃焼ガスの熱エネルギーの内の2/3-3/4は、ジェットエンジンの圧縮機と補機の駆動に使用され、残りの1/3-1/4は、ジェットエンジンの推力やターボプロップエンジンまたはターボシャフトエンジンの軸出力に使用される。タービンは大きく分けてラジアル・タービン（Radial Flow Turbine）と軸流タービン（Axial Flow Turbine）の2種類がある。タービンは過酷な環境の中で動作させるためにさまざまな工夫を必要とし、エンジンの他の部分に比べて入念な検査と頻繁な交換が行われる。 ラジアル・タービン (Radial Flow Turbine) ラジアル・タービンは遠心圧縮機と構造や外観がほとんど同じであるが、ガスの流れる方向は正反対である。遠心圧縮機のインペラーに対応するものはラジアル・タービンではタービン・ホイール（Turbine Wheel）に相当する。遠心圧縮機のディフューザに対応するものがラジアル・タービンのノズル（Nozzle）に相当する。ラジアル・タービンのガス流体はタービンの外から中心に向かって流れ、タービン・ホイールを回転させて直結するエンジン・シャフトを回転させる。ラジアル・タービンは軸流タービンと比べ構造が簡単で製作も容易であるが、大型化するとタービン・ホイールに働く遠心力が過大になるばかりでなく、作動流体にも遠心力によって進行方向と逆向きの力が過大になり効率が悪くなる。このような理由から航空ジェットエンジンにラジアル・タービンを採用することは最近ではなくなった。 軸流タービン（Axial Flow Turbine） 軸流タービンは回転軸と平行方向にガス流路をもつタービンである。構造的・外観的にも軸流圧縮機によく似ており、回転部分のタービン・ロータ（Turbine Rotor）とエンジン側に固定された静止部分のタービン・ステータ（Turbine Stator）に大別される。タービン・ロータは、タービン動翼（Turbine Blade）を円盤状のタービン・ディスク（Turbine Disk）の円周に取り付けたブレード・アンド・ディスク（Blade and Disk）を構成しており、それをさらに圧縮機よりは少ない数段程度に軸方向に重ねて一体化させたものである。最近のタービン動翼は、先端断面をT字型にさせたシュラウド付きのものが多く採用されている。これはブレードのフラッター防止とガス漏れの抑制を狙って開発されたものである。 タービン・ステータはタービン・ノズル（Turbine Nozzle）とも呼ばれ、翼断面を持つ多数のノズル・ガイド・ベーン（Nozzle Guide Vane）の外径側端部を円筒状のアウタ・ノズルサポートに環状に嵌め込み取り付けられる。ベーンの内径側端部の固定方法は主に2種類あり、円筒状のインナ・ノズルサポートで支持する方法と、リング状のインナ・シュラウドで支持するベーン・アンド・シュラウド構造を採用する方法がある。ノズル・ガイド・ベーンは、インナとアウタ両方のノズルサポートに数段取り付けられるのが一般的である。 反動タービンのタービン・ノズルとタービン動翼の段の構成とそこを流れる燃焼ガスの流れの速度と圧力の変化。A燃焼ガスの絶対速度、Bタービン動翼の回転速度、C燃焼ガスのタービン動翼に対する相対速度、P燃焼ガスの圧力、破線は燃焼ガスの流入経路、タービン動翼の下の黒色の矢印は動翼の回転方向、 衝動タービンのタービン・ノズルとタービン動翼の段の構成とそこを流れる燃焼ガスの流れの速度と圧力の変化。A燃焼ガスの絶対速度、Bタービン動翼の回転速度、C燃焼ガスのタービン動翼に対する相対速度、P燃焼ガスの圧力、破線は燃焼ガスの流入経路、タービン動翼の下の黒色の矢印はタービン動翼の回転方向、 軸流タービンは軸流圧縮機と同じように、1列のタービン・ノズルと1列のタービン動翼との組み合わせにより段を構成しており、タービン・ノズルが前の配置、タービン動翼が後ろの配置となっている。タービン・ノズルは流出ガスがタービン動翼に対し最適な角度で衝突するように流れの方向を変える働きを持っており、タービン・ノズルの最狭流路部の断面積の総和であるノズル面積が小さ過ぎると、エンジンの最大出力時において、流出ガスの流れがせき止められて圧縮機のストール（失速）が発生しやすくなり、逆に大き過ぎると、タービン効率が低下して、燃料消費率の増加と排気ガス温度（EGT）が上昇する、そのため、タービンを設計する場合には最も重要な部分である。 軸流タービンには、タービン・ノズルとタービン動翼で圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、燃焼ガスを膨張・減圧させる反動タービン (Reaction turbine) とタービン・ノズルだけで圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、燃焼ガスを膨張・減圧させる衝動タービン (Impulse turbine) がある。 反動タービンは、タービン・ノズルとタービン動翼では、その間の流路断面が出口に向かって先細になっており、タービン・ノズルは燃焼ガスの絶対速度の変化により燃焼ガスを膨張・減圧させ、タービン動翼は燃焼ガスの動翼に対する相対速度の変化によるガスの膨張・減圧による反動力とタービン・ノズルから出る燃焼ガスの衝撃力により、タービン動翼を回転させタービン・ローターに回転力を与えるが、衝動タービンは、タービン・ノズルのノズルの間の流路断面が反動タービンと同じく出口に向かって先細になっており、燃焼ガスの絶対速度の変化により燃焼ガスを膨張・減圧させるが、タービン動翼はその間の流路断面が一定であるため、ガスの膨張・減圧による反動力は発生せず、燃焼ガスのタービン動翼に対する相対速度と圧力は入口と出口で一定である。そのためタービン動翼は、タービン・ノズルから出る燃焼ガスの衝撃力だけでタービン動翼を回転させタービン・ローターに回転力を与える。しかし、動翼は、根元から先端に行くほど周速度が半径に比例して増加するため、タービン動翼に対する燃焼ガスの相対速度は根元から先端に行くほど減少する。それを防止するため、動翼のタービン・ブレードを先端部では反動度50%のタービンとし、根元部では衝動タービンとしてブレード形状にひねりが加えられており、先端側と根元側で角度が変えられている反動衝動タービン (Reaction–impulse turbine) となっているのが一般的である。 現在一般的な2軸式エンジンの場合には、圧縮機ロータとタービン・ロータをそれぞれ低圧用、高圧用に2つに分割し、おのおのお互いに機械的に独立した2本の軸で駆動する。2本の軸は、内側に低圧用、外側に高圧用の2重の中空パイプで構成され、それぞれの中空パイプは軸受けを介し支持され機械的に独立している。燃焼器直後に設置される高圧タービンにより高圧圧縮機が回転する。高圧タービンの後部に設置される低圧タービンにより低圧圧縮機が回転を行う。またターボファンエンジンの場合はファン・セクションを持ち、現在一般的な2軸式エンジンの場合、ファン・セクションは圧縮機セクションに含まれ低圧圧縮機と一体で回転を行う。ターボシャフトエンジン出力軸は、圧縮機駆動用タービンの更に後部にフリータービンと呼ばれる専用のタービンを追加して、それに直結させるか減速機を介して接続されるのが一般的である。 タービンブレード タービン部入口温度が高ければ高いほど出口へ向かう過程での膨張比が大きくなり、圧縮機の圧縮比が高くできることによりエンジン効率は向上する。このためタービンブレードは高温に曝されながら同時に遠心力や振動に耐えうる能力が求められ、その材質や構造には特別な注力が払われている。 実際の膨張仕事と理想的な膨張仕事との比をタービン断熱効率またはタービン効率と呼ばれ、21世紀現在では90%以上に達している。 タービン・ブレードの材質にはニッケル合金やコバルト合金といった耐熱合金が用いられ、近年ではさらなる高温に耐えうるセラミック製や、溶融した金属の凝固時に温度管理を厳密に行う事で結晶化する方向を揃えた一方向凝固や単結晶凝固のブレードも使用されている。 特に燃焼室側に近いタービン入口部の最初の数段のブレードは高効率な冷却機構を備えている。多くの場合はブレード内部に分割された空洞があり、そこへ圧縮機からバイパスされた圧縮空気がローター取り付け部より導入される。このバイパス空気を通してブレード内部を空洞を通して対流冷却するコンベクション冷却は最も基本的な方式であり、さらに内部を冷却したバイパス空気をブレードの翼表面や後縁部の細孔から流出させて断熱層を作り外部からもブレードを冷却するフィルム冷却方式とするものもある。その他にも、ブレードの前縁部分内部に、小さな横笛状のパイプを取付け、そこにバイパス空気を通してその孔から冷却空気を流出させ、ブレード前縁内部を集中的に冷却するインピジメント冷却。ブレード全体を多孔質材料で製作して、その内部にバイパス空気を通してブレード全体から冷却空気を流出させて、ブレードを冷却するトランスピレーション冷却がある。実際にはブレードの冷却機構の多くがコンベクション冷却とフィルム冷却を組合せた方式で、ブレード内に仕切られた空洞を作り流路を複雑にすると共に強度を保つようにしている。ブレードの穿孔にはレーザーなどを用いた高精度加工法が用いられる。ただしいずれも高度な加工技術を必要とし、消耗品であるブレードに適用するとコスト高となる。 ブレードの取り付け部には高温で生じる不均一な膨張によって熱応力がかかるため、クリスマスツリーやファーツリーと呼ばれるジグザクに入り組んだ噛み合わせ形状によって、熱膨張に対しても適当な逃げを持ち、ブレード根本への応力歪の集中を防ぐ工夫がなされている。これを、ディスクの外周部の同一形状をした溝にはめ込んで、さらに、回転中にブレードが軸方向に抜け出ないようにリベットで固定されている。そのため、運転終了後にジェットエンジンが冷えるとクリスマスツリー部分の隙間が広がる仕組みになっている。 タービン・ノズル タービン・ノズルはタービンの静翼であるノズル・ガイド・ベーンが多数環状に取り付けられている。動翼と同様に高温に曝されるために1段目や2段目までが空冷タービン翼構造になっているものが多い。 タービン・ケース タービン部は熱による膨張と収縮によって各部の大きさと位置が変化し、特にブレードとケースの隙間はタービン効率に大きく影響する。タービン・ケースはエンジンの最大出力時にタービン・ブレードとの隙間が最小になるように設計されているが、巡航時等ではブレードに比べてケースの膨張が大きくなり、隙間が広がるため、アクティブ・クリアランス・コントロール・システムと呼ばれる、空気を吹き付けることでケースを冷却して適正な大きさにする仕組みが備わっている物が多い。
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タービン
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/14 22:31 UTC 版)
原子力用タービン発電機は4極であるため、回転数は1500 rpmまたは1800 rpm。火力用タービン発電機は通常2極であるため3000 rpmまたは3600 rpmである。 詳細は「タービン発電機」を参照 ボイラー式火力発電の模式図 沸騰水型原子力発電の模式図 火力発電と原子力発電の模式図。いずれも水を熱源（ボイラーや原子炉）で蒸気に変えて、発生させた蒸気で蒸気タービンを回すことで発電を行う点では同じであるが、発生蒸気の温度と圧力に違いがある。現在ボイラ式火力発電の主流は超臨界圧・貫流ボイラーで、効率を向上させるためにタービン入口蒸気温度538-600℃、蒸気圧力24.1MPa以上の超臨界蒸気（過熱蒸気）が使用されている。一方で原子力発電ではタービン入口蒸気温度約280℃、蒸気圧力5-7MPaの飽和蒸気が使用されている。火力発電では3000rpmまたは3600rpmの2極式タービン発電機が主に使用されているが、原子力発電では仕事量の小さい飽和蒸気を使用しているため、回転数の低い1500rpmまたは1800rpmの4極式タービン発電機が使用されている。
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タービン
「タービン」の例文・使い方・用例・文例
- 蒸気エンジン[機関車, タービン].
- 空気[ガス]タービン.
- 蒸気[水力]タービン.
- 水力タービン.
- タービン式機関
- タービンの要素は正しく整列されていなかった
- エンジン室の外側（シリンダまたはタービン）で発火が生じるエンジンで熱が機械エネルギーに変換される
- タービンによって駆動されるファンが燃焼室に余分な空気を供給するジェットエンジン
- 水力発電タービンの1タイプ
- 内部の燃焼によって液体燃料の化学エネルギーを機械的エネルギーに変えるタービン
- ガスタービンを動力とする船
- 水を製粉所・水車・タービンなどに供給する運河
- 発電機を駆動するのに用いられる大きくて効果的な水車のバージョンからなるタービン
- ブレードへの直接噴射によって駆動するタービン
- ガスタービンは、反応推進力によってジェット機を推進する熱いガスの流れを生産する
- 排気口から蒸気圧の漸次の減少でトルクを発達させる羽根のついたタービン
- 外燃機関で、熱が使用されて蒸気が上げられ、タービンを回すまたはシリンダの中でピストンを上下に移動させる
- 蒸気が回転翼に当たって回すタービン
- 製粉所または水車やタービンから水を放出する水路
- 電力の生産のための発電機と連結蒸気タービンからなる発電機
タービンと同じ種類の言葉
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