증기 터빈의 구조 및 작동 원리

증기 터빈의 역사

산업 장치 증기 터빈의 역사는 내연기관 방식의 피스톤 왕복운동으로 작동하는 증기기관과는 다르게 비교적 단순하다.

 

이는 뜨거운 온도와 높은 압력의 증기의 열 에너지를 기계 역학적 운동으로 변환시켜 오늘날에 선박의 추진장치와

발전 장치에 많이 사용되고 있습니다.

 

증기 터빈의 구조 및 작동 원리

 

역사적으로 순수한 증기 터빈이 고안된 시기는 중세시대이다.

하지만 그 당시 기술로는 고온 고압의 기체인 증기를 작은 크기의 소형화 그리고 뜨겁고, 큰 압력의 기체를 가두어둘 수 있는 밀폐 용기의 기술이 없었기 때문에 산업 혁명 이전까지 내연기관 구조의 피스톤 운동 방식의 추진기관이 전세계의 산업에 대부분 적용되었습니다.

 

하지만 순수 증기 터빈 방식으로 기게 역학적 회전체인 축이나. 전자기 코일을 회전시킬 수만 있다면 가스터빈이나,

디젤, 가솔린 기관보다 더 높은 열효율과 더 큰 고출력 힘을 얻을수 있고, 소음 또한 획기적으로 발생되지 않아서

순수한 물을 끓일수 있다면 그 어떤 터빈의 방식보다 탁월한 성능을 발휘하게 되어 오늘날에는 다시 모든 국가에서

채택되고 있는 방식이다.

 

그리하여 1900년도 초반 서양 강대국에는 그 당시 증기기관의 산업 혁명으로 대부분의 산업 장치에서 증기기관을 이용한 선박의 추진력과 발전방식을 채택하였으나 이런 사실은 일찍부터 간파한 영국에서는 순수한 증기 터빈 기관 추진을 이용한 선박의 추진장치를 발명하여 그당시 영국 해군이 사용하던 증기기관 추진장치를 이용한 선박보다 앞도적인 성능으로 바다에서 따돌려 질주하는 모습을 보여주어 당시 군사업계에서는 정말 획기적인 발명이었으며, 대부분의 국가에서 앞다투어 증기 터빈 기관 추진체계를 적극 개발하기 시작하였다. 

 

증기 터빈의 구조와 작동 원리

일반적으로 산업 장치 증기 터빈의 구조는 단순히 증기 터빈 한가지의 장치로 운영되기 힘들다.

 

달리 설명하면 증기를 만들기 위하여 추가적인 부속장치가 많이 필요하다. 그리하여 물을 끓이는데 필요한

보일러가 있어야한다.

 

이는 보일러의 청수를 보관하는 드럼이 필요하고 또한 보일러는 기름을 연소하면서 발생되는 열에너지를 청수가 흐르는 배관과 접촉시키거나 직접적으로 보일러 연소실의 열에너지를 보일러와 연결되는 청수드럼에 뜨거운 열을 접촉시켜 증기를 만들기 때문에 보일러 연료 점화하고 지속적으로 연소하기 위하여 별도의 연소실이 필요하다.

 

또 다른 산업 장치 증기 터빈의 구조는 선박 엔진의 배기가스를 보일러 청수가 지나가는 배관의 구조물에 직접적으로 배출시켜 선박은 배기가스를 배출하여하는 목적을 달성할 수 있고 선박에서 발생되는 배기가스가 지나가는 구조를 별도의 밀폐 공간으로 만들어 보일러 청수 배관에 직접적으로 배기가스가 지나가게 만든다.

 

이는 배과내의 물이 뜨거운 배기가스 열로 인하여 열전도, 열복사의 방법으로 배관 내의 청수는 증기로 전환된다.

 

또 다른 증기 터빈의 구조에 필요한 장치는 보일러 또는 배기가스로 인하여 물에서 증기로 변환되었을 때 이 증기를 

보관하는 드럼이 필요하다. 이드럼은 선박 엔진의 배기가스의 온도에 따라서 저압 증기 드럼, 고압 증기 드럼으로

나뉘어 설치되어야 한다.

 

그리고 이 고온.고압의 증기 기체를 운송하는데 필요한 펌프가 필요하며, 이 펌프의 속도 제어에 필요한 외부 컨버터가설치 되어야 한다.

 

산업 장치 증기 터빈의 작동원리는 일반적으로 뜨거운 온도, 높은 압력의 기체가 터빈의 날개를 직접적으로 마찰 또는 직접적으로 부딪쳐서 축을 회전시키는 방식이다. 이에 따라서 역학적 기체 열에너지가 운동에너지로 변환되는 것이다.

 

또한 구조적으로 다른 기관처럼 왕복운동을 할 필요가 없기 때문에 왕복운동을 회전운동으로 변화시키기 위한 크랭크축, 실린더, 실린더 헤드, 실린더 라이너, 흡기 배기 밸브, 별도의 기관 연소실이 필요가 없기 떄문에 매우 간단한 공간적 구조로 제작할 수 있다.

 

 

증기 터빈의 사용 분야

 

증기 터빈의 사용 분야는 주로 육상의 발전소이다.

 

화력발전소, 원자력 발전소등 근본적으로 물을 끓이는 방식만 다를 뿐 서로 다른 방법으로 증기를 만들어 이 증기에 압력을 가하거나, 열을 전도시켜 고온, 고압으로 직접적으로 터빈을 마찰시켜 회전운동을 시켜 우리가 필요한 전기를 얻는다. 

 

또 다른 산업장치 증기 터빈의 사용분야는 선박이다. 최근 들어 디젤엔진이나, 가스터빈 엔진으로 추진하는 선박이

대세가 되기 이전에는 증기 터빈 방식의 선박 추진 장치가 대세였다.

특히 군용으로 쓰이는 현재의 항공모함이나, 잠수함에서는 핵융합 발전으로 열을 발생시켜 증기를 만들어 이 증기를 이용하여 여전히 증기 터빈 추진체계 장치를 운용하고 있다. 이는 군용 선박의 정숙성과, 소음을 획기적으로 줄여서 거의 대부분의 나라에서 적극적으로 증기 터빈의 추진장치의 성능을 지속 연구 개발하고 있다. 

 

증기 터빈의 장점, 단점

증기 터빈의 장점은 다른 장치보다 증기의 흡기부의 저항이 낮다.

 

그리고 열효율이 가스터빈, 디젤엔진보다 탁월하게 좋다, 그리고 가스터빈이나 디젤엔진보다 압력, 온도가 낮아서 관리하기가 용이하며, 구조적으로 다른 방식의 터빈 기관보다 단순하여서 안정성이나, 연속성이 더더욱 좋다.

 

하지만 이에 반에 청수(물)를 끓여서 증기를 만들어야 하기 때문에 보일러가 필요하며 별도로 증기나 물을 보관하는 구조물이 필요하므로 증기터빈을 적용하려면 크기나 공간의 제약이 있을 수 있다.