ガスタービンエンジン

ガスタービンエンジンとは

原動機の一種であり、燃料の燃焼等で生成された高温のガスでタービンを回して回転運動エネルギーを得る内燃機関である。

仕組み

ガスタービンの構造と作動は、いたって簡潔なものです。前方に配したファンを回転させて空気を吸入し、続いて多数の羽根車を持つ圧縮機で圧縮します。圧縮されたことで高温・高圧となった空気が、次に燃焼器に送られたところで燃料を噴射します。始動時にだけ点火を行いますが、いったん燃焼が始まったら、その後は燃焼器内で常に燃焼が起こり続けます。燃焼によって生じたガスは、膨張しながら後方に高速で流れていくので、それを作動流体としてタービンを回転させ、その回転エネルギーを機械エネルギーとして取り出す、というものです。

ちなみに、作動流体でタービンを回さず、ノズルから噴射するエネルギーをそのまま推力として使うのが、「ターボジェット」や「ターボファン」と呼ばれる構造のジェットエンジンです。

ガスタービンエンジンの種類

ターボジェットエンジン

ジェット噴流を利用して推進力を得る最も基本的な形式のガスタービンで、構造的にも最も簡単なタイプです。このエンジンは高速飛行する航空機に適しており、超音速旅客機、ジェット戦闘機のエンジンとして利用されています。

ターボファンエンジン

ターボジェットエンジンの後ろに別のタービンを置き、それによってエンジン前部の大きなファンを回すもので、このファンによって空気流量を増やし、推力を増大させています。この形式のものは騒音も少なく、亜音速域で燃費が少ないため、現在ほとんどの旅客機用のエンジンとして使われています。

メリットとデメリット

ガスタービンは回転運動だけで成り立つので振動が少なく、1分あたり数万回転という高速な作動が可能なので大量の空気を吸い込むことができ、その量に応じた燃料を燃やせるので、体積あたり出力が大きいこと、低質燃料でも運用が可能、希薄燃焼に対応できるので排ガス成分中の有害物質が少ない、といったメリットがあります。

それに対してデメリットは、容積型に比べて熱効率がやや不利になること、各部が高温・高圧にさらされるため、高価な耐熱性材料が必要で、回転バランスを完全に取らなければならないといった製作上の問題、超高回転で作動するため、短時間で回転を上下させなければならないような運用には適さないこと、全体の流速が非常に速いため、吸気・排気の騒音が大きくなりがちなことなどがあげられます。

今後の展望

ガスタービンの持つ特性は、発電用途にも向いています。大きなメリットとして、石油系ではなく、天然ガスや石炭ガスを燃料に使えることがあげられます。これらの燃料を利用した発電は、排気中の有害成分低減の点でも有効です。この発電方法は、主軸の1つとして多いに期待できるものです。