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ガスタービンエンジンは、原動機の一種(タービン)であり、燃料の反応熱等で生成された高温のガスでタービンを回し運動エネルギーを得る内燃機関である。重量や体積の割りに高出力が得られることから、現在ではヘリコプターを含むほとんどの航空機に動力源として用いられている。また、始動時間が短く冷却水が不要なことから非常用発電設備として、さらに1990年代より大規模火力発電所においてガスタービン・蒸気タービンの高効率複合サイクル発電(コンバインドサイクル発電)として用いられている。

◆ 作動原理

ガスタービンは遠心式又は軸流式の回転式圧縮機で燃焼用空気を圧縮して燃焼器に送り込み、燃料を燃焼器に吹き込んで燃焼させる。その際に発生した高温高圧の燃焼ガスが遠心式もしくは軸流式タービンを回転させる。タービンは通常、圧縮機と直結しており、圧縮機に圧縮動力を伝える。燃焼ガスの熱エネルギーを全てタービンで回収して軸出力を取り出す場合と、燃焼ガスの熱エネルギーを残したまま膨張・排気し、推力を得るジェットエンジンがある。自動車、レシプロ機関を持つ航空機等に用いられるターボチャージャーも、エンジンを燃焼器とし出力軸を持たない一種のガスタービンに分類できる。

ガスタービンは、レシプロエンジン(ピストンエンジン)とは異なり、連続的に圧縮・燃焼・膨張・排気される。燃焼は一定圧力のもとで行われ、理論サイクルはブレイトンサイクルで近似される。

◆ 特徴

同出力のレシプロ・エンジン(代表例:ガソリンエンジン・ディーゼルエンジン)などと比べ、以下のような特徴を持つ。

・ 軽量で比較的小さな体積で高出力が得られ、レシプロ・エンジンと比べてパワーウェイトレシオが優れている。

・ 低周波の振動が少なく、高めの周波数の騒音対策だけで済む。

・ レシプロ・エンジンと比べて、低速回転時と高速回転時の燃料消費率の差が少ない。

  ・ そのため、低速回転域での燃費はディーゼル・エンジン等のレシプロ・エンジンに比べ完全に劣る。

・ 燃焼効率は比較的高いが、回転数可変が頻繁な用途では燃費面で劣る。

・ 出力は高速回転だがトルクは小さいので、大トルクを要する用途では減速機が必要である。

・ 「大量の空気を膨張させる」と言う条件をクリア出来れば燃料に対する要求が少ない。

  ・ そのため、メタン等のそれほど高価ではない燃料も使用可能である。

・ 定期的な保守時の作業量がレシプロ・エンジンと比べて多く、時間とコストがかかる。

  ・ この様な都合もあり、保守の利便性を考え全ユニットごと取り外せる様にするため、設置位置に制約が付く事がある。

・ 冷却水が不要である反面、耐熱性に優れた素材で製造する必要があり、素材の関係から整備に専門的知識を伴った特殊な技術を要する。

・ 一定の回転数で動作させることは容易だが、回転数を細かく調整することは困難なため、回転数可変が頻繁な用途には不向きである。

  ・ 条件による違いはあるものの、出力を直接動力とする場合の燃費は、レシプロ内燃機関よりは悪く、蒸気タービンよりは良好である。

・ 始動は難しくないが、始動時の消費エネルギーが大きいため、頻繁にエンジンを停止する用途には不向きである。

・ 窒素酸化物や炭化水素の排出が少ないが、排気が高温の上に単体の熱効率はやや劣る。

  ・ 用途によっては、高い排気温度を利用し、排熱ボイラーで得た高温の蒸気を蒸気タービンで回収するという対策もある。

  ・ 軍用船舶では赤外線探知されない様、上記の方法等の対策が必要である。

◆ 燃料

航空機用の高性能エンジンは厳選された燃料(高度に精製された灯油など)(ケロシン、ナフサ)を使用する。

陸上設置型や舶用では軽油を使用する。A重油を除き、安価な重油は使用できない池田吉穂著 「図解雑学 船のしくみ」 ナツメ社 2006年5月10日初版発行 ISBN 4-8163-4090-4 。

◆ 分類

◇ 軽量型と重構造型

ガスタービンエンジンは航空機に搭載される軽量型と、主に地上に設置して発電などに使用される重量のある重構造型とに大別できる。船舶や車両といった移動体や地上固定式でも小型のものでは、航空機用のジェットエンジンの設計に基づく軽量のものが製造されており、軽量型に分類される。また、これらとは別にかなり小型のガスタービンエンジンも存在する。

;軽量型

:ジェット機に使用されるジェットエンジンは軽量型である。この固定翼機用のジェットエンジンやヘリコプター用として開発されたターボシャフトエンジンを他の移動体用や小型の地上固定用途で製造・使用されている。ターボファンジェットエンジンではファンの代わりに出力軸を取り付ける必要があり、バイパス比の低いターボジェットエンジンでは排気側にフリータービンを取り付けて出力軸とするなどの変更が必要となるが、ターボシャフトエンジンやターボプロップエンジンではそのまま出力軸を使用することで他用途での利用が可能である。

:軽量型は航空機用エンジンの特徴を備え、軽量化のためにケーシングや回転軸などが肉薄になっている。重量が軽く容積が小さい。圧縮機・燃焼器・タービン部が輪切り状に分割出来るようになっている。1軸から3軸と構成に幅がある。柔構造であり熱衝撃に強く、主要軸受けには転がり軸受けを、潤滑油には合成油を使用している。燃料は航空燃料が使用される。始動時間が1-3分と素早く始動する。出力は比較的小さく最大でも40MW程である。補機類がケーシングの近くに付けられることが一般的である。

:船舶用エンジンとしてはもともと重構造型が使われていたが、1960年代後半から航空機用ジェットエンジンの転用が始まり、21世紀現在では船舶用でも軽量型のものが主体となっている。

;重構造型

:産業型や重量型とも呼ばれる重構造型は火力発電での蒸気タービンから発展してきたため、重量が重く容積が大きい。軽量化は不要であり、ケーシングや回転軸などが肉厚になっている。保守の利便の為に圧縮機・燃焼器・タービン部のケーシングが個別に上下2分割出来るが回転体は一体となっているものが多い。

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