承力构件
转子由转盘、轴和动叶组成，有盘式和盘鼓式结构。 本体结构
良好的空气冷却系统 使动叶、转子和静子都有效地冷却。
透平气缸
排气扩压机闸
静动 叶叶
静动 叶叶
静动 叶叶
排气扩压器
排气道
一级轮盘 二级轮盘 三级轮盘
透平后半轴
1、静子
扩压机闸 —由排气扩压器内、外流道组成，扩压器内外环
间用筋板连接为一体。 —两种型式：铸造和焊接 气缸 —一般不再轴向分段，仅分为上下两半的单个气
缸，且铸造得到。
原因：透平级数少，轴向尺寸短；双层结构；空气冷却， 其工作温度相差不大。
1、静子
静叶
又称喷嘴，使高温高压的燃气在静叶中膨胀加速，把 燃气的热能转化为动能，然后推动转子旋转做功。
静叶通过持环和护环而固定在气缸上。 静叶组：两叶、三叶、四叶、五叶组 等等
刚性增强，不易扭曲或弯曲变形，广泛应用。
燃气在动叶中的膨胀程度
u
常用反动度T表示。
压气机用反力度C衡量在动叶栅中直接
把机械功转变为压力能的能力特性。
a．级示意图
一台燃气轮机模型 负荷
进气
轴
进气
C
工人
B 轴T B
排气 排气
轴流式压气机和轴流式透平
排气
T
排气
B轴
B C
进气
轴
进气
轴流式压气机和轴流式透平
带动压气机
带动负荷
分轴燃气轮机装置
高速喷流→推力
喷气推进
继续膨胀
减压增速
涡轮喷气发动机
发电机
燃烧室 压气机
透平 火焰筒
燃气轮机装置
4-2 轴流式透平级的工作原理
气封齿
叶冠
工字型长柄 枞树形叶根
MS6001燃气轮机 一级护环 二级护环
透平气缸
三级护环
静叶外缘板
二级静叶 三级静叶
排气扩压机闸
燃气导管
一级静叶持环 一级静叶 一级静叶内支撑环
压气机后气缸 拉杆螺栓 过渡轴
静叶内缘板 二级静叶内环 三级静叶内环
排气扩压器
一级动叶 二级动叶 三级动叶
后轴承
透平后半透轴平后半轴
机械功作为燃气轮机的输出功率用以带动负荷。
二、与蒸汽轮机的比较
相同点
不同点
工作原理及结构形式是完全一样
工质
进口压力
级数
蒸汽轮机 燃气轮机
水蒸气
较高
多
（已达240bar以上） （几十级）
燃气
较低
很少
（约5~30bar） （1~5级）
空气压缩比水蒸气困难得多
三、分类、特点及应用
类型
特点
径流式透平
结构轻巧，
静叶内环：级焓降大，为减少漏气设置，上下有气封。 可调静叶：高温下能自由热膨胀，转轴灵活不漏气。
静子双层结构
外层 气缸
静叶
静叶内缘板 静叶内环
内层 静叶外缘板
动叶 轮盘
2、动叶
—把高温燃气的能量转变为转子机械功的关键零件之一。 —工作条件恶劣，是决定机组寿命的主要零件之一。
①被高温燃气包围； ②承受巨大离心力； ③承受气流动力； ④振动应力； ⑤热腐蚀。
一、级的概念
1、透平级
一列静叶栅（或称喷嘴环）与其后面的一列动叶栅 （或称工作叶轮）共同构成轴流式透平的一个级。 单级透平：整台透平只有一个“级” 多级透平：整台透平包含有几个“级” 一般轴流式燃气透平采用多级。
透平级的结构
静叶外缘板
三个特征截面：
0-0静叶进口；
1-1静叶出口；
2-2动叶出口。
亚声速气流
画法:
(1)静叶在前,动叶在后
1
标注三个特征截面
(2) 叶片间通道截面渐缩
(3)叶片运动方向
2
叶腹→叶背
(4)叶片厚实且弯曲角大。
静叶
1
u 动叶
2
透平基元级
二、级中气流参数的变化
p T (i )
p T (i )
高温气流 喷嘴 中膨胀高速气流 动叶 中转向叶轮旋转
热能 c 动能 cw机械功
这样叶轮旋转作功，既依靠高速气流的 冲动力，又依靠加速气流的反动力。
p2 < p1 ，w2 > w1
动叶片之间的通道一般是收敛的。
c1
1
u
动叶栅
w2
2
u
2、冲动式透平
燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不再膨胀； 仅依靠高速气流对动叶产生的冲动力使叶轮旋转作功。
工作叶片： p1 p2，w1 w2 动叶片的通道一般是等截面的。
（又称向心式） 但流量小，效率较低。
轴流式透平
功率大、流量大、效率高 但相对笨重
应用
小型、微型 燃机装置 大量应用
主要介绍轴流式透平的工作原理论及结构。
四、基本构造简介
比较复杂 = 机械问题+高温问题
透平由静子和转子两大部分组成。
双层结构 ：外层是气缸，内层由静叶外缘板和持环组成。 静子由气缸、扩压机闸、静叶和排气道（排气蜗壳）组成。
一、二级间轮盘 二、三级间轮盘
一级轮盘 二级轮盘 三级轮盘
转子采用外围拉杆结构，共12根拉杆螺栓。
透平冷却
采用从压气机中抽气来冷却的方法。
分为两部分：
转子和静子的冷却 叶片冷却
根据冷却部位所需压力的高低，
冷却空气自压气机的不同级处引来。 冷却空气量： 约占压气机进口空气流量的10%以上。
静叶 内缘板
护环
叶冠 外径 Dt
平均直径
Dm
内径 Dh
基元级入手，概念较清楚，易于理解。 透平级是由许多基元级沿半径的叶高方向叠合而成。 设想一个级内的流动是由无限多同心的环形薄层组成，这
就是基元级。忽略径向分速，成为正圆柱面基元级。 平面叶栅：一列静叶栅和一列动叶栅。 常以平均直径Dm处的基元级参数表征整个级的流动特点。
MS6001透平冷却空气： 静子2股；转子3股。
压气机第5级
透平气缸
排气扩压机闸
压气机出口
燃气导管
压气机出口 压气机16级
压气机第5级
3、多级透平的通流部分
在膨胀过程中，气体压力降 低、密度不断减小，气体容积 逐级增大；
透平的通流部分应逐级扩张， 即沿气流流动的轴向方向上， 叶片的高度是不断增加的。
第四章 燃气透平
概述（功能、分类、基本结构等）； 轴流式燃气透平的工作原理； 轮周功、轮周效率、速度比； 多级透平； 透平特性； 燃气透平的冷却。
4-1 概述
燃气透平，又称燃气涡轮，是燃气轮机装置中向外输 出机械功的部件。
一、功能
—将高温高压燃气中的能量转换为机械功； —其中约2/3~3/5的机械功用以带动压气机，而其余的
亚声速气流
能量转换过程主要是 在动叶中依靠气流转向来实现。
透平级中燃气参数的变化规律
喷嘴
工作 叶轮
膨胀 加速
膨胀 加速
静叶
动叶
（喷嘴） （叶轮）
1、反动式透平
反动力 冲动力
喷嘴中，燃气膨胀加速c后流入动叶栅：
高速气流冲击动叶做功；
燃气继续膨胀而加速w ，会对动叶产
生反动力，推动叶轮旋转做功。