Это слово происходит от латинского слова turbo — вихрь, вращение с громадной скоростью. Так нарекли в середине XIX в. вращающиеся устройства — первичные двигатели, в которых энергия воды, пара либо газа преобразуется в механическую энергию, т. е. в работу. Устройство турбины несложно. Она складывается из двух последовательностей изогнутых лопаток, один из которых размещается в неподвижном корпусе, а второй — на вращающемся рабочем колесе. Вода, пар либо газ по неподвижным направляющим лопаткам поступает к лопаткам рабочего колеса и давит на них, заставляя вращаться.
В зависимости от того, какое вещество (рабочее тело) заставляет вращаться турбины, они делятся на гидравлические (гидротурбины), паровые и газовые.
Самой несложной гидротурбиной есть водяное колесо, обширно использовавшееся в качестве первичного двигателя в глубокой древности (см. рис.). Рабочие лопатки (ковши) для того чтобы колеса приводятся в воздействие силой падающей воды. Колесо соединяли либо с жерновами мельницы, либо с черпаком, поднимавшим воду выше уровня реки. Весьма большое колесо — диаметром более 17 м — установил на алтайском руднике гениальный русский изобретатель К. Д. Фролов еще в 1780 г. Тысячи таких колес употребляются и на данный момент для орошения в государствах Азии, южной Америки и Африки.
Гидротурбины современных гидроэлектростанций устроены значительно сложнее. Дабы они развивали мощность в много тысяч киловатт, строят огромные плотины, каковые поднимают уровень воды более чем на 200 м.
В цементном теле плотины гидроэлектростанции строят спиральные каналы диаметром в пара метров, по которым с громадной скоростью мчатся потоки воды. Вода попадает на лопатки гидротурбины, соединенной с электрогенератором, и вращает ее. Большая мощность современных гидротурбин достигает 750 МВт.
На данный момент более 15% всей вырабатываемой в мире электроэнергии создается на гидроэлектростанциях.
На электростанциях, применяющих энергию приливов (приливных электростанциях), гидротурбины находятся в плотины, отгораживающей берег в тех местах, где высота прилива достигает нескольких метров. Они трудятся и на протяжении прилива, в то время, когда вода заполняет отгороженную часть берега, и тогда, в то время, когда она на протяжении отлива уходит обратно в море.
Паровые турбины являются главным двигателем теплоэлектростанций (ТЭС) и АЭС (АЭС). Пар, находящийся в паровом котле под большим давлением, проходит через паровую турбину, складывающуюся из нескольких последовательностей направляющих и рабочих лопаток. Любой таковой последовательность именуется ступенью турбины, а сама турбина — многоступенчатой.
Паровые турбины современных тепловых электростанций имеют мощность до 1300 МВт, гидравлические — более 600 МВт в агрегате.
Газовая турбина — часть газотурбинных двигателей (ГТД). Такие двигатели, например, трудятся на современных самолетах (см. Реактивные двигатели). Воздушное пространство в газотурбинных двигателях сжимается компрессором и подается в камеру сгорания, в которую вводится жидкое горючее либо горючий газ. Нагретый сжатый газ вращает турбину. Часть собственной работы турбина отдает компрессору, сжимающему воздушное пространство, а часть — потребителю — электрогенератору на газотурбинной электростанции, воздушному винту либо реактивной струе на самолете, колесу автомобиля, нагнетателю, перекачивающему газ по газопроводу, и т. д. Из-за большой температуры газа лопатки газовой турбины в большинстве случаев приходится искусственно охлаждать. Для этого их время от времени делают полыми и продувают через них холодный воздушное пространство. Мощность газовых турбин — до 100 МВт, разрабатываются турбины мощностью 150 МВт.
На электростанциях газотурбинные установки употребляются в качестве так называемых пиковых устройств, т. е. устройств, трудящихся в напряженные утренние и вечерние часы дней — в часы пик. Дело в том, что электропотребление в течении 24 часов весьма неравномерно. Поменять режим работы паровой турбины непросто, поскольку пар аккумулирует много теплоты и для его охлаждения необходимо довольно много времени. Газотурбинные двигатели легко ввести в работу. Их запускают в тот момент, в то время, когда потребление энергии быстро возрастает.
Базы теории паровых и газовых турбин создал в конце прошлого века словацкий ученый А. Стодола.
Газовые турбины применяют не только чтобы получить работу, но и для сжижения и глубокого охлаждения некоторых газов (воздушное пространство, гелий, водород и т. д.; см. Холодильные автомобили и криогенная техника). Такие турбины именуются турбодетандерами. Идею турбодетандера внес предложение и реализовал на практике узнаваемый коммунистический ученый академик П. Л. Капица.
Не обращая внимания на то что при конструировании современных турбин употребляются все успехи современной науки и техники, их теорию до сих пор нельзя считать завершенной. Математические уравнения, обрисовывающие перемещение воды, пара либо газа по лопаткам турбины, еще не решены. Исходя из этого при разработке турбин приходится более всего опираться на уже накопленный опыт. Ответ этих уравнений считается на данный момент одной из ответственных задач математики.
Благодаря хорошей экономичности, компактности, возможности и надёжности осуществления громадной единичной мощности турбины фактически вытеснили поршневые паровые машины из современной всемирный энергетики.
Об использования и истории изобретения паровой машины поведано в отдельной статье.