Turbina śmigłowa należy do grupy maszyn przetwarzających energię przepływu płynu lub gazu na ruch obrotowy. Jak wskazuje ten opis, maszyny te dzielą się na dwie podstawowe kategorie: turbiny wiatrowe lub wodne. Siła obrotowa wytwarzana przez te maszyny jest najczęściej wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej oraz, w mniejszym stopniu, do wykonywania pracy mechanicznej. Typowymi przykładami wariantów pracy mechanicznej turbiny śmigłowej są wiatraki i niektóre typy młynów napędzanych wodą. Ze względu na obfitość, odnawialność i taniość źródła zasilania turbiny śmigłowej, jest to jedna z najbardziej opłacalnych i przyjaznych dla środowiska metod produkcji energii, jakie kiedykolwiek wymyślono.
Turbina śmigłowa wykorzystuje konwencjonalną teorię śmigła odwrotnie, aby wykorzystać ukrytą energię kinetyczną w przepływach gazu i płynu. Śmigła składają się z centralnego wału, do którego przymocowane są co najmniej dwie przeciwległe łopatki lub łopatki w kształcie płata. Są one na ogół obracane przez zewnętrzne źródło energii, aby wytworzyć ciąg przez popychanie lub przemieszczanie powietrza lub cieczy na łopatki. W turbinie śmigłowej ta zasada jest odwrócona; przepływ powietrza lub cieczy przemieszcza ostrza, powodując ich obrót wału.
Turbiny wiatrowe są szeroko stosowane na całym świecie do wykorzystania energii wiatru do wytwarzania energii elektrycznej, uruchamiania młynów lub pompowania wody. Turbiny śmigłowe napędzane wiatrem mogą mieć oś poziomą lub pionową. Najbardziej rozpoznawanym wariantem jest turbina o osi poziomej, w skład której wchodzą tradycyjne wiatraki i generatory wiatrowe ze śmigłami typu lotniczego. Równie skuteczne są konstrukcje z osiami pionowymi nowszej generacji, w których zastosowano płaskie lub zakrzywione łopatki napędzające pionowy wał. Należą do nich zakrzywione łopatki Savonius, płaskie łopatki Giromill i charakterystyczne typy „obijaków jaj” Darrieusa.
Starsze turbiny poziome wymagają, aby głowica turbiny była zawsze zwrócona na wiatr. W przypadku mniejszych przykładów prosty ster kierunku wiatrowskazowego obraca obrotową głowicę turbiny. Większe turbiny wykorzystują system czujników wiatru i serwomotorów, aby utrzymać śmigło skierowane na wiatr. Większość turbin wiatrowych napędzanych wiatrem wykorzystuje skrzynię biegów do napędzania korby generatora lub pompy z odpowiednią prędkością.
Napędzane wodą turbiny śmigłowe są powszechnie kojarzone z dużymi elektrowniami wodnymi, chociaż istnieje kilka mniejszych zastosowań przemysłowych i rolniczych. Turbiny te działają w taki sam sposób, jak ich rodzeństwo napędzane wiatrem, chociaż ich podstawowa konstrukcja znacznie się różni. Maszyny te są na ogół znacznie większe i charakteryzują się konstrukcjami łopat, które są zwykle krótsze niż warianty napędzane wiatrem. Najpopularniejszą z tych większych turbin napędzanych wodą jest turbina Kaplana. Turbiny Kaplana są jednostkami reakcyjnymi o niskim spadzie i dużym przepływie, stosowanym w większości dużych instalacji hydroelektrycznych.
Wariant Kaplana wyposażony jest w łopatki o regulowanym nachyleniu, co prowadzi do poziomu wydajności zwykle przekraczającego 90 procent w szerokim zakresie poziomu wody i warunków przepływu. Duża część wydajności jest osiągana dzięki starannie zaprojektowanej ścieżce przepływu wody, która powoduje spowolnienie wypływającego płynu. To spowolnienie prowadzi do przekazania maksymalnej ilości energii kinetycznej do mechanizmu śmigła. Turbiny Kaplana mogą wytwarzać moc wyjściową 100 megawatów (100,000,000 XNUMX XNUMX watów) lub więcej.
Turbina śmigłowa korzysta ze źródeł energii, które są odnawialne i albo są darmowe, albo bardzo tanie w porównaniu z opcjami na paliwa kopalne. Postępy w technologiach stosowanych w tych urządzeniach nieustannie poszerzają granice ich sprawności i wydajności, aw niedalekiej przyszłości mogą okazać się opłacalnym zamiennikiem paliwa konwencjonalnego. Technologia turbin śmigłowych staje się również coraz bardziej dostępna, co dodatkowo zwiększa jej rolę w dziedzinie czystszego, bardziej przyjaznego dla środowiska scenariusza zaopatrzenia w energię.