||<table align=right>[[파일:attachment/원자력_터빈.jpg]]|| ||미쯔비시중공업이 제작한 원자력발전소용 증기터빈|| [목차] == 개요 == [[영어]]: Steam Turbine [[일본어]]: 蒸気タービン [[독일어]]: Dampfturbine 고온 고압의 증기의 열에너지를 회전운동으로 변환하는 [[외연기관]]으로, 기존의 피스톤식 [[증기기관]]을 밀어내고 21세기 현재에도 발전 및 [[선박/추진방식|선박추진기]] 등으로 널리 쓰이고 있다. == 역사 == 증기의 힘으로 터빈날개를 돌리는 기본 원리상으로는 피스톤식 [[증기기관]]에 비해 매우 단순하며, 역사는 고대 그리스 시절까지 거슬러 올라간다. 다만 제대로 된 동력기관으로 제작하기 위해서는 그 터빈 날개와 거기에 딱 들어맞는 밀폐형 기관의 제작이 어려운 편이었고, 소형화도 어려웠기 때문에 그 당시 기술력으로 비교적 제작이 용이하였던 피스톤식의 증기기관이 대세였고, 원시적인 증기터빈은 상류층의 장난감 정도로밖에 쓰이지 않았다. 이후 증기기관이 작고 가볍고 열효율이 높은 [[내연기관]]에 밀려 쇠퇴하면서 아이러니하게도 다시 대세를 차지하게 되었지만. 현대식 증기터빈은, 발명자인 찰스 파슨스 경(Sir Charles Parsons, 1854-1931)이 1894년에 만든 실험선인 터비니아(Turbinia)에 가장 먼저 적용되었다. [[파일:external/www.grantmaclaren.com/turbinia2.jpg|width=600]] 파슨스는 1893년에 동업자들과 함께 파슨스 해운증기터빈회사(Parsons Marine Steam Turbine Company)라는 기업을 설립하고, 길이 32m, 배수량 44.5톤의 작은 실험선박인 터비니아를 건조하였다. 그는 공동현상(cavitation)을 발견하고 대처방법을 마련하는 등 개발과정에서 많은 시행착오를 극복하였고, 최고속도 34.5노트를 기록하였다. 이 선박의 정체는 일단 1897년까지는 비공개 상태였다. [[1897년]] [[6월 26일]], 파슨스는 대형 사건을 하나 일으키고 말았다. 그날 [[영국]] 남부의 스핏헤드 앞바다에서는 [[빅토리아 여왕]]의 즉위 60주년을 기념하는 [[관함식]]이 열려 왕족, [[귀족]], 해군[[제독]], 각국 외교사절 등의 [[고관대작]]들이 몰려 있었는데, 파슨스는 그 배를 몰고 관함식장을 헤집어 놓았다. 터비니아는 2열로 늘어선 대형 [[군함]]들 사이를 질주하는가 하면 급가감속을 반복하는 등의 성능 과시를 하였고, [[영국 해군]]의 [[경비정]]이 서둘러 터비니아를 제지하려 했지만 터비니아가 압도적으로 빨랐기 때문에 결국 놓치고 말았다. [[파일:external/upload.wikimedia.org/1280px-Turbinia_At_Speed.jpg|width=600]] 1897년 당시의 터비니아 사진(관함식 사건 이후 촬영됨) 영국 왕실과 해군 측은 뜻하지 않은 사태에 경악하면서도, 이전의 선박에서 전혀 볼 수 없었던 고속성능에 크게 감명을 받았고, 그 괴선박의 정체를 조사하여 파슨스의 소행임을 알아냈다. 결국 파슨스는 1899년에는 영국 해군으로부터 신형 [[구축함]] 바이퍼(HMS Viper)와 코브라(HMS Cobra)의 수주를 따내게 되었고, 1905년에는 영국 해군이 앞으로 도입할 군함은 터빈 추진식이 될 것임을 천명하기에 이르렀다. 이러한 경향은 1906년, 최초의 증기터빈 추진방식을 채택한 [[전함]]인 [[드레드노트(전함)|드레드노트]](HMS Dreadnought)의 탄생으로 이어졌다. 상선에서는 20세기의 첫 해인 1901년에 진수한 562총톤급의 킹 에드워드(TS King Edward)에 처음으로 적용되었고, 여기에도 파슨스의 증기터빈이 탑재되었다. 킹 에드워드는 대성공을 거두며 상선의 추진기관으로서도 증기터빈이 적합함을 증명하여 반 세기 넘게 운용되다가 1952년에 퇴역했다. 파슨스의 회사는 이후 수차례의 인수합병을 거쳐 [[롤스로이스]]로 흡수되었다가, 1997년 롤스로이스가 증기터빈 사업부를 [[독일]]의 중공업 회사인 [[지멘스]]에 매각한 이후, 지멘스의 사업부로서 존속해 있다. == 구조 및 작동원리 == ||[youtube(uwMRCU0olS0)]|| || 1942년 영국 해군의 교육영상 A76,''' '증기 일으키기'. ''' 구축함의 추진 기관 구조 및 작동 방식, 시동 방법 등을 설명한다. || 기본적인 원리는 [[가스터빈]]의 그것과 같다. 즉 고온고압의 기체를 축에 연결된 수많은 회전날개에 부딪쳐서 축을 돌리게 하여 그 기체의 열에너지를 운동에너지로 전환하는 것이다. 운동 자체가 단순하여, [[왕복엔진]]에서처럼 왕복운동을 회전운동으로 전환하기 위한 장치, 밸브 개폐기구 등이 필요하지 않아 구조 또한 간단하다. 그러나 [[내연기관]]인 가스터빈이 흡기, 배기를 위해 바깥 공기와 접촉하고 있는 것과는 달리 달리 밀폐되어 있으며, 구동에 쓰고 남아 식은 증기를 다시 보일러로 보내서 재가열하여 사용하는 식으로 효율을 높이고 있다. 증기터빈에는 스웨덴의 구스타프 드 라발(Gustaf de Laval, 1845-1913)이 발명한 충동식터빈(impulse turbine)과 찰스 파슨스 경이 발명한 반동식터빈(reaction turbine)이 있으며, 용도에 맞게 이 두 가지의 다른 터빈이 조합되어 효율을 높인다. == 타 기관과의 비교 == === 디젤엔진과의 비교 === * 구조가 간단하다. * 기관에 걸리는 압력 및 온도가 낮다. * 열효율은 증기터빈이 35~40%, 디젤엔진이 40~50% 정도로 디젤엔진이 근소하게 높다. * 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 과정이 없으므로 디젤엔진 특유의 소음 및 진동이 상당부분 해소된다. * 기관의 대형화에 유리하다. 축당 30,000마력을 넘는 경우에는 증기터빈이 경제성, 신뢰성 측면에 모두 유리하다. 반대로 축당 20,000마력 미만의 경우 디젤엔진의 경제성이 뛰어나기 때문에 보통은 요구되는 출력에 따라 기관을 선택하게 된다. === 가스터빈과의 비교 === * 보일러가 필요하기 때문에 부피가 크다. 단 가스터빈은 기관 자체는 작지만 흡기 및 냉각계통의 크기는 더 커진다. * 가스터빈과는 달리 흡기계통의 저항이 적다. * 가스터빈의 열효율인 22~38%에 비해서 열효율이 높아 경제성이 좋다. * 가스터빈보다 기관에 걸리는 압력 및 온도가 낮다. 사실 선박의 세 추진방식 중에서는 가장 저온, 저압이다. 물론 그래도 수백 도는 가뿐히 넘어가지만. * 가스터빈에 비해 구조적으로 단순한 편이라 신뢰성이 더 높다. * 보일러를 가동하여 증기의 온도와 압력을 적정수준으로 만드는 데에 상당히 긴 시간이 필요하므로 가스터빈에 비해 신속대응이 어렵다. == 적용분야 == === 발전 === [[화력발전소]]나 [[원자력 발전소]], 일부 [[태양열 발전]] 등에 이용된다. 열로 가압된 물을 끓여서 고온 고압의 증기를 만든 후, 이 증기로 터빈을 돌려 연동된 발전기를 돌리는 구조에는 차이가 없다. 대체로 50Hz 교류발전에는 3000rpm, 60Hz 교류발전에는 3600rpm의 회전속도를 낸다.[* [[전자기 유도]]에 따라, 교류 발전기의 전압의 위상은 회전하고 있는 터빈에 연결된 도선의 각도와 일치한다. 50Hz는 초당 50번이니 1분 간 회전수가 3000회이므로 3000rpm, 60Hz 또한 같은 계산 방식에 따라 3600rpm이 된다.] 발전용 증기터빈의 경우는 고속회전이 중요하기 때문에 많은 경우 감속기어를 탑재하지 않고 발전기와 직결된 경우가 많다. 증기터빈은 기력발전이라고 한다. 이 터빈 제조 기술은 선진국들만 독점하고 있으며, 국내에서 발전용으로 만들 수 있는 곳은 두산 중공업뿐이고 이마저도 체코의 스코다 파워를 인수하면서 얻어낸 기술이다. === 선박 === 강한 힘을 낼 수 있기 때문에 선박 추진기에 사용되는 경우가 많았으나, 현재는 [[디젤 엔진]] 및 [[가스터빈]]에 시장을 많이 잠식당한 상태이다. 특히 과거의 [[전함]]이나 [[순양함]]처럼 몇 만 톤 단위의 거대 함선들이 구식화되면서, 만 톤 이하의 비교적 경량 함선들이 주류를 이루는 현대 [[군함]]들은 기동성을 위해 가스터빈을 사용하는 경우가 많다. 다만 [[항공모함]]은 여전히 크고, 기동성보단 출력, 작전기간, 항속거리가 중요하기 때문에 증기터빈을 사용한다. LNG운반선의 경우엔 근 10년 내에 건조된 경우를 제외하면 외연기관을 사용한다. LNG 운송 시 기화하는 걸 완전히 막을 순 없으므로 기화하는 가스를 태워 보일러를 작동시키는 방식이다. 또한, 화물(LNG) 선적 하루 전에는 주기관이 외연기관이든 디젤엔진이든 화물창 내에 약간 남겨둔 LNG를 소모해 운항한다. 선적 전 화물창을 냉각시키는데 이만큼 효율적인 게 없기 때문이다. 고압터빈에서는 5000~7000rpm, 저압터빈에서는 3000~5000rpm 정도의 회전속도를 내며, 2단기어 감속기나, 유성기어를 채택한 3단기어 감속기 등을 탑재하여 적정 회전수를 낸다. 상선에서의 스크루 프로펠러의 적정 회전수는 80~150rpm이다. ==== 증기터빈을 채용한 선박 ==== 국가별, 초도함의 취역연도별로 기재한다. 국가별 순서는 미국-소련/러시아-기타 국가 가나다순으로 정리한다. * 재래식 중유보일러 탑재 * '''[[2차대전]]기의 거의 모든 군용 함선''' * [[미국]] * [[에식스급 항공모함]] (퇴역) * [[아이오와급 전함]] (퇴역) * [[기어링급 구축함]] - 강원도 안인진리에 있는 [[강릉통일공원]]에 전시된 전북함과 같은 기어링급에 4개의 보일러와 4개의 증기터빈 설치되어있다. * [[미드웨이급 항공모함]] (퇴역) * [[SS 유나이티드 스테이츠]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) * [[포레스탈급 항공모함]] (퇴역) * [[키티호크급 항공모함]] (퇴역) * [[타라와급 강습상륙함]] (퇴역) * [[와스프급 강습상륙함]] - 1~7번함 해당. 8번함 매킨 아일랜드는 [[가스터빈]]과 디젤발전기를 조합한 CODLAG 방식이기 때문에 제외. * [[새크라멘토급]] 군수지원함 (퇴역) - 후계함선인 서플라이급은 가스터빈으로 대체 * [[러시아]] * [[어드미럴 쿠즈네초프급 항공모함]] * [[소브레멘니급 구축함]] * 영국 * [[RMS 루시타니아]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) * [[RMS 모리타니아]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) * [[RMS 퀸 메리]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) * [[RMS 퀸 엘리자베스]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) * [[RMS 퀸 엘리자베스 2]] 대서양 정기 여객선 (퇴역) - 1986년에 대개장을 거치면서 주기관을 증기 터빈에서 디젤 엔진으로 교체하게 된다. * [[프랑스]] * [[클레망소급 항공모함]] (퇴역) * 원자력추진 * 미국 * [[엔터프라이즈(항공모함)|엔터프라이즈 항공모함]] (퇴역) * [[니미츠급 항공모함]] * [[제럴드 R. 포드급 항공모함]][* 증기 터빈으로 발전 후 모터를 이용해 추진하는 방식이다.] * 러시아 * [[키로프급 핵추진 순양함]] - 정확히는 원자로와 중유보일러를 모두 갖춘 결합추진방식. 약칭 CONAS. * 프랑스 * [[샤를 드골급 항공모함]] * 가스터빈과의 결합전기추진(COGAS) * 밀레니엄급 크루즈여객선 === 그 외의 분야 === 기관차 등에서도 실험적으로 적용된 적이 있으나 상업적으로 활용되지는 못했다. 또한 자동차나 항공기에서는 외연기관이 무겁고 부피가 커서 이용상 난점이 있기 때문에 쓰이지 않는다. 비행선에서 쓰이기도 했다. == 관련 문서 == * [[내연기관]] * [[가스터빈]] * [[디젤 엔진]] * [[외연기관]] * [[증기기관]] * [[원자로]] * [[선박/추진방식]] [[분류:공학]]