燃氣渦輪

燃氣渦輪是將高溫高壓燃氣流的能量轉換為機械能的一種葉片機，簡稱渦輪，又稱燃氣透平。

燃氣渦輪

正文

將高溫高壓燃氣流的能量轉換為機械能的一種葉片機，簡稱渦輪，又稱燃氣透平。機械能以渦輪軸功率的形式輸出，用來驅動燃氣渦輪發動機中的壓氣機和其他附屬檔案（發電機、油泵等），在渦輪螺鏇槳或渦輪風扇發動機上還用來驅動空氣螺鏇槳或風扇，在渦輪軸發動機上還用來驅動直升機的鏇翼。
渦輪分為徑向渦輪和軸向渦輪兩類。
徑向渦輪　燃氣在徑向渦輪中主要沿徑向流動，徑向渦輪由導向器、葉輪等部分組成（見圖），一般用於小型燃氣渦輪發動機或作為液壓泵的動力。

燃氣渦輪

軸向渦輪　在軸向渦輪中燃氣主要沿軸向流動。燃氣渦輪發動機多數採用軸向渦輪,因此,單獨稱“渦輪”時一般即指“軸向渦輪”。它由靜子和轉子兩部分組成。靜子又稱導向器，轉子又稱工作輪。一排靜子葉片和一排轉子葉片組成一級渦輪。渦輪噴氣發動機一般有1～2級渦輪。渦輪風扇發動機的渦輪一般為4～5級，多的可達6～7級。導向器葉片與大多數的轉子葉片所組成的氣流通道均是收斂形（出口面積小於進口面積）的，高溫高壓燃氣首先進入導向器中膨脹加速，以接近或略大於當地音速的速度沖向轉子葉片，使工作輪轉動；燃氣在轉子葉片的收斂通道中繼續膨脹，又給工作輪以驅動力，使工作輪高速鏇轉並輸出功率，這種渦輪稱為反力式渦輪。在少數燃氣渦輪中，工作輪的葉片通道只使燃氣改變流動方向而不膨脹加速，工作輪完全是由導向器流出的高速燃氣所驅動，這種渦輪稱為衝擊式渦輪。在雙轉子發動機中，驅動風扇或低壓壓氣機的渦輪稱低壓渦輪，驅動高壓壓氣機的渦輪稱高壓渦輪。
在渦輪螺鏇槳發動機和渦輪軸發動機中，為空氣螺鏇槳或直升機鏇翼提供動力的渦輪稱動力渦輪，它與驅動壓氣機的渦輪是分開的，故又稱自由渦輪。高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹作功的同時，燃氣壓力、溫度與密度逐級減少。渦輪的性能參數有：轉速、燃氣流量、燃氣溫度、膨脹比和效率。由這些參數決定渦輪的輸出功率。渦輪進口燃氣總壓與出口總壓之比稱為渦輪膨脹比或渦輪落壓比。當渦輪前燃氣溫度一定時，膨脹比越大則燃氣通過渦輪作功越多；在膨脹比相同的條件下，燃氣通過渦輪所作的機械功與理論上膨脹功之比稱為渦輪效率，它反映燃氣在渦輪中膨脹作功的有效程度。在各種工作狀態下的渦輪的性能稱渦輪特性。渦輪轉速受到渦輪葉片葉尖切線速度的限制。一般為數千轉至數萬轉每分。通過渦輪的燃氣流量從數公斤每秒至一百多公斤每秒。渦輪前燃氣溫度受材料耐熱性能的限制並與冷卻措施有關,一般溫度可高達1600～1700K，渦輪效率可達0.88～0.92。提高渦輪葉片和渦輪盤材料的高溫強度和採取有效的冷卻措施能夠提高渦輪前的燃氣溫度，對於發展高性能的燃氣渦輪發動機具有重要的意義。

配圖

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