中国在南宋高宗绍兴(1131~1162)年间已有走马灯的记载,它是涡轮或透平的雏形。15世纪末,意大利人达·芬奇设计出烟气转动装置,其原理与走马灯相同。至17世纪中叶,涡轮或透平原理在欧洲得到较多的应用。
涡轮或透平的工作条件和所用工质不同,所以它的结构形式多种多样,但基本工作原理相似。涡轮或透平按流体工质可分为燃气涡轮或燃气透平、蒸汽透平、风力透平、水轮机等。
燃气涡轮或燃气透平是将燃气热能转换成机械能的原动机,它与压气机和燃烧室构成燃气轮机的三大部件,用以带动压气机和驱动其他机械。燃气轮机在发电厂用于驱动发电机发电,在输送天然气的增压站用于驱动增压气泵,在火车上用于牵引机车,在大型船舶和潜水艇用于驱动螺旋桨,在航空航天领域用于航空发动机和火箭发动机。蒸汽透平是汽轮机的主要部件之一,将蒸汽热能转换成机械能的原动机,主要用于发电厂,驱动发电机发电;也用于大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨,推进船舶。风力透平是风力发电机的主要部件之一,将风能转换成机械能的原动机,主要用于风电场,驱动风力发电机发电。水轮机是将水位势能转换成机械能的原动机,主要用于水电站,驱动发电机发电。
涡轮或透平按结构可分为轴流式和径流式。①轴流式。流体工质在轴流式涡轮或透平中主要沿轴向流动。燃气涡轮发动机多数采用轴流式涡轮或透平,因此单独称涡轮或透平时一般即指轴流式。涡轮级或透平级由静子和转子两部分组成,静子又称导向器,转子又称工作轮。一排静子叶片和一排转子叶片组成一级。涡轮喷气发动机一般有1~2级涡轮。涡轮风扇发动机的涡轮一般为4~5级,多的可达6~7级;重型燃气轮机的透平一般为3~4级。静子叶片与大多数转子叶片所组成的气流通道大多数为收敛形(出口面积小于进口面积),高温高压燃气首先进入静子叶片中膨胀加速,以接近或略大于当地声速的速度冲向转子叶片,使转子叶轮转动;燃气在转子叶片的收敛通道中继续膨胀,又给转子叶轮以驱动力,使转子叶轮高速旋转并输出功率,这种涡轮称为反力式涡轮。在少数燃气涡轮中,工作轮的叶片通道只使燃气改变流动方向而不膨胀加速,工作轮完全是由导向器流出的高速燃气所驱动,这种涡轮称为冲力式涡轮。在双转子发动机中,驱动风扇或低压压气机的涡轮称低压涡轮,驱动高压压气机的涡轮称高压涡轮。高温高压燃气在涡轮中膨胀做功的同时,燃气压力、温度与密度逐级降低。②径流式。流体工质在径流式涡轮或透平中主要沿径向流动,径向涡轮由导向器、叶轮等部分组成,一般用于小型燃气涡轮发动机或微小型燃气轮机。