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충동식 수력 터빈

이 터빈은 최초 물을 특수한 형태의 노즐을 통해 배출함으로써 물의 수두(水頭) 또는 위치 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 물이라는 유체로부터 에너지를 끌어낸다. 그 물은 공기 중으로 분사되어 회전자의 가장자리에 있는 만곡형 버킷과 충돌하게 되고, 물의 에너지는 유용한 일로 변환된다.

현대의 충동식 수력 터빈은 1889년 미국의 공학자 L. A. 펠턴이 특허낸 펠톤 터빈에 기본을 두고 있다. 노즐에서 분사된 물은 반구 형태의 버킷과 접선 방향으로 충돌한다. 보통 적은 유량을 가진 450m 이상의 높은 수두에 적합하다. 최대 효율에서 터빈 날개 끝의 속도는 물 분사속도의 1/2이다.

반동식 수력 터빈

이 터빈은 회전자에서 물이 가속될 때 발생하는 반동력을 이용해 회전력을 얻는다. 이 반작용 원리는 스프링클러가 물을 분사하면서 그 반대방향으로 회전하는 데서 찾아볼 수 있다. 물의 가속방법은 프랜시스식·카플란식·데리아식 등의 터빈 종류에 따라 조금씩 차이가 있다.

그러나 모든 반동식 수력 터빈에서 최초 수압은, 나선형 케이싱과 물을 회전자로 이끄는 수문장치로 이루어진 입구체계로 물이 유입되면서 속력으로 변환된다. 물로부터 얻은 에너지는 물의 총에너지를 흡수하는 1단 회전자(버킷이나 날개가 달린 수차를 1개 가진 회전자)에서 기계 에너지로 변환된다.

반동식 터빈의 3가지 주요 종류 중 프랜시스 터빈은 넓은 범위(3~600m)의 수두에 사용할 수 있어 가장 널리 사용되고 있다. 이것은 혼합류 회전자를 가지고 있어 입구에서는 물은 방사상으로 흐르고 출구에서는 축방향으로 흐른다. 이와 대조적으로 카플란 터빈은 축류식 터빈이고 낮은 수두에만 사용된다.

게다가 프랜시스 터빈의 고정날개와 달리 카플란 터빈의 날개는 가동성이므로 여러 유동률에 맞게 조절할 수 있어 효율을 높일 수 있다.