透平[turbine] 將流體介質(zhì)中蘊有的能量轉(zhuǎn)換成機械功的機器。又稱渦輪、渦輪機。透平是英文turbine的音譯，源于拉丁文turbo一詞，意為旋轉(zhuǎn)物體。透平的工作條件和所用介質(zhì)不同，因而其結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但基本工作原理相似。透平最主要的部件是旋轉(zhuǎn)元件（轉(zhuǎn)子或稱葉輪），被安裝在透平軸上，具有沿圓周均勻排列的葉片。流體所具有的能量在流動中經(jīng)過噴管時轉(zhuǎn)換成動能，流過轉(zhuǎn)子時流體沖擊葉片，推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動透平軸旋轉(zhuǎn)。透平軸直接或經(jīng)傳動機構(gòu)帶動其他機械，輸出機械功。透平按所用的流體介質(zhì)不同可分為水輪機（用作水電站的動力源）、汽輪機（用于火力發(fā)電廠、船舶推進等）、燃氣透平（用作噴氣式飛機的推進動力、艦船動力，以及發(fā)電廠、尖峰負荷用小型電站等）和空氣透平（只能用作微小動力）等。

中文名

透平原理

別名

渦輪、渦輪機

外文名

Turbine principle

適用領(lǐng)域

工業(yè)

主要研究著作

透平機械原理

解釋

將流體介質(zhì)中蘊有的能量轉(zhuǎn)換成機械功的機器

基本介紹

水輪機--水從高水位水庫沿通道流向處于低水位的水輪機的過程中，高水位水的勢能變成動能，推動水輪機旋轉(zhuǎn)。流過水輪機的尾水沿水道流去。現(xiàn)代水輪機的唯一用途是作為水電站的動力源，帶動發(fā)電機發(fā)電。

汽輪機--它的介質(zhì)是蒸汽，具有熱能。蒸汽來自燃用礦物燃料的鍋爐，或是來自核動力裝置加熱的蒸汽發(fā)生器。它們產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽以高速度經(jīng)噴管送到蒸汽透平，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，輸出動力。蒸汽流速很高，透平轉(zhuǎn)子尺寸較小，所以轉(zhuǎn)速可達10000轉(zhuǎn)/分。汽輪機主要用于火力發(fā)電廠，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電；也用于遠洋大型船舶和潛水艇作為主機驅(qū)動螺旋槳，推進船舶。

特點

燃氣透平--它與壓氣機、燃燒室成為燃氣輪機裝置的三大主要部件。空氣供入壓氣機，壓縮成較高壓力和溫度的壓縮空氣，流入燃燒室與燃料混合、燃燒，形成高溫、高壓、高速的燃氣流，流入燃氣透平并推動燃氣透平旋轉(zhuǎn)，經(jīng)透平軸輸出機械功。燃氣透平轉(zhuǎn)速高達每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代燃氣透平應(yīng)用最廣泛的是作為噴氣式飛機的推進動力，有的用作艦船動力、發(fā)電廠、尖峰負荷用小型電站，也作為遠距離輸送天然氣的氣泵的動力。用作機車、汽車動力的燃氣透平還在研制試驗中。

還有一種燃氣透平用于火箭發(fā)動機，它作為壓送火箭推進劑（燃料和氧化劑）的輸送泵的動力，由一個氣體發(fā)生器利用化學(xué)作用產(chǎn)生所需要的高溫氣體，吹動透平旋轉(zhuǎn)，帶動輸送泵運轉(zhuǎn)。

另外，還有以壓縮空氣為工質(zhì)推動透平旋轉(zhuǎn)的，只能作為微小動力用，這種透平稱為空氣透平。

應(yīng)用

燃氣透平被譽為世界上最為頂尖的工業(yè)技術(shù)，最初應(yīng)用在噴氣式飛機和艦船的引擎中，于上世紀70年代開始才逐步應(yīng)用在民用發(fā)電領(lǐng)域。其特點是在透平機的進氣口上分布4-12個燃燒倉，通過注入混合的可燃氣以及空氣并壓縮來引發(fā)燃料在燃燒倉里爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體，并注入透平高壓倉，推動7-12段高壓燃氣透平葉片后通過抽氣等方式進入低壓倉，推動5-24段低壓燃氣透平葉片。所有的高低壓透平葉片都固定在主軸上，以此來轉(zhuǎn)動主軸輸出功率。燃氣透平排出氣體中仍含有大量的熱量，因此一般在透平之后會配置熱回收裝置，例如余熱鍋爐（熱交換蒸汽發(fā)生器）等等。

燃氣透平中的燃料燃燒倉以及透平葉片都屬于最高精尖的工業(yè)技術(shù)，目前只有日本、法國、德國和美國掌握了該技術(shù)，中國已經(jīng)于2003年開始嘗試引進這些制造工藝。

蒸汽透平不配備蒸汽發(fā)生裝置，主要靠鍋爐來供應(yīng)高壓蒸汽。廣泛應(yīng)用于機車，火力發(fā)電廠以及核電站。

蒸汽透平的原理比燃氣透平簡單，進汽口接往蒸汽發(fā)生器（鍋爐），透平倉根據(jù)技術(shù)的進步，已經(jīng)出現(xiàn)了高-中-低壓三缸配置和高中-低壓兩缸配置兩種。透平葉片也分為高壓段、中壓段和低壓（背壓）段。其主要工作原理與燃氣透平相同，但由于一般的蒸汽透平也要負擔(dān)一定的供熱任務(wù)，所以在抽汽方式以及高壓蒸汽回收方式上也有很多分支，如抽汽式、背壓式、抽氣背壓式等等。

通過蒸汽透平的蒸汽一般經(jīng)冷卻塔冷卻后返回鍋爐使用，稱為水循環(huán)。核電站的水循環(huán)有兩個環(huán)，其一是經(jīng)過PW壓水堆或BW沸水堆進入熱交換器的放射性水循環(huán)，另外一個是經(jīng)過熱交換器進入蒸汽透平以及冷卻塔的非放射性水循環(huán)。兩個循環(huán)彼此獨立，因此核電站自然蒸發(fā)出的水是沒有放射性的。目前我國在小容量蒸汽輪機的技術(shù)比較成熟，但在大型蒸汽輪機方面，目前僅有哈汽，東方以及上汽有相應(yīng)的技術(shù)引進工作。

燃氣輪機和蒸汽輪機均通過軸系輸出功，因此在現(xiàn)代的發(fā)電廠中，燃氣輪機發(fā)電機-燃氣輪機-余熱鍋爐-蒸汽輪機-蒸汽輪機發(fā)電機，即所謂雙軸聯(lián)合循環(huán)的應(yīng)用最為廣泛，為進一步減少傳動中功率的損耗，近年來出現(xiàn)了將燃氣輪機發(fā)電機以及蒸汽輪機發(fā)電機統(tǒng)一起來的所謂“二拖一”模式，以及將燃氣輪機和蒸汽輪機通過單軸連接的“單軸”模式，進一步加強了燃料的使用效率。

水輪機的技術(shù)原理最為簡單，沒有透平倉也沒有動力倉等等，僅依靠水力推動單級葉片轉(zhuǎn)動輸出功，應(yīng)用于水電站以及船舶動力。二戰(zhàn)后期出現(xiàn)了高效率的燃氣輪機，并被首先應(yīng)用于大型艦船的動力機關(guān)中，之后水輪機的進化就趨于停滯。

20世紀以前，透平機械中的氣體流動是按照一維流動理論設(shè)計計算的。1839年，A.J.C.B.de圣維南和L.萬策爾第一次導(dǎo)出噴管中可壓縮氣體的一維等熵流動方程。1894年，瑞典工程師C.G.P.de拉瓦爾取得了收縮-擴張噴管（后稱拉瓦爾噴管）的專利，并將它用于汽輪機。