│2│ 동력 발생 장치

천연 에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 일을 할 수 있도록 동력으로 변환시키는 에너지 변환 장치를 동력 발생 장치 즉 원동기라 한다.

(1) 수차

수차 물이 지니고 있는 위치 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 동력을 얻는 수력 원동기를 수차(water turbine)라 하며, 축의 방향에 따라 수직축 방식과 수평축 방식이 있으며, 작동원리에 따라 충동 수차와 반동 수차가 있다.

① 충동 수차
높은 곳에 있는 물을 도수관으로 유도하고, 물의 위치 에너지를 운동 에너지로 변환하여 동력을 얻는 수차를 말한다. 충동 수차는 강한 충동력에 의하여 작동되므로 고낙차에 사용되며 대표적인 것은 펠턴 수차(Pelton turbine)이다.

② 반동 수차
양은 많으나 낙차가 크지 않은 저낙차 및 중낙차일 때 사용하는 수차로서, 물의 위치 에너지를 운동 및 압력 에너지로 변환하여 이용하는 수차를 말한다.
이 형식의 수차에는 낙차가 중간 낙차이고 수량이 많을 때 사용하는 프란시스 수차(Francis turbine)와 저낙차로 수량이 많을 때에 사용하는 프로펠러 수차(propeller turbine)가 있다.

(2) 외연 기관

본체의 외부에서 연료를 연소시켜 발생한 고온 고압의 증기 를 기관 본체로 유도하여 연속적인 동력을 얻는 기관으로서, 증기 원동기에는 증기 기관과 증기 터빈이 있다.
증기 원동기에 고온 고압의 증기를 보내는 장치로는 보일러와 원자로가 주로 쓰인다.

① 증기 기관
기관의 주요부는 실린더와 피스톤, 크랭크 기구 및 밸브 기구로 되어 있다. 보일러에서 공급된 고압 증기는 밸브를 거쳐 증기실에 들어가 미끄럼 밸브에 의해 실린더로 들어간다. 실린더에 들어간 고압 증기는 팽창하면서 피스톤을 밀어 움직이고 배기실을 거쳐 배기관으로 배출된다. 크랭크 기구는 피스톤에 의하여 회전운동을 하게 된다. 증기 기관은 제작과 운전이 쉽고 내구성이 크며, 변속이나 역회전이 용이한 이점이 있으나 열효율 이 너무 낮아서 오늘날 사용되지 않고 있다.

② 증기 터빈
증기 터빈은 고온 고압의 열 에너지를 운동 에너지로 바꾸어 동력을 얻는 기관으로, 고속의 회전력을 얻을 수 있어서 화력 발전, 선박 등에 많이 쓰이는 증기 원동기이다. 고압의 증기를 저압인 곳으로 분출시키면 증기가 팽창하면서 고속의 증기 흐름이 얻어진다. 이 고속의 증기는 날개 바퀴의 블레이드(blade)에 작용하여 바퀴를 회전시킨다.
고속의 증기는 여러 단(stage)으로 설치된 노즐과 날개 바퀴를 지나는 동안 일을 하게 된다. 그러므로 증기 터빈은 대체로 열효율이 증기 기관보다 좋아서 지금도 많이 사용되는 증기 원동기이다.