轴流涡轮的特点是尺寸小、流量大、效率高,适用于大功率动力装置,在航空燃气涡轮发动机和电厂蒸汽轮机中得到了广泛的应用。轴流涡轮与轴流压气机具有相似的结构,但其原理是相反的,轴流涡轮是将工质的能量转换成旋转的机械能。轴流涡轮有单级、双级或多级涡轮,每一级轴流涡轮主要由静叶和动叶构成,工质通过静叶折转加速,动能增加方向改变,进入下一列叶片排的动叶中,推动动叶做功。进入动叶的气流速度分量主要为轴向分量和切向分量。将动量矩定理应用于涡轮动叶可得单位质量气体对外输出的轮缘功为:
式中为轮缘功;
和
分别为涡轮动叶出口和进口处绝对速度的周向分速度;
为动叶旋转角速度;
和
分别为涡轮动叶出口和进口处的半径。
根据获得功的不同,轴流涡轮可以分为反力(作用)式和冲力式涡轮。转子叶片中的燃气等熵膨胀功与级的等熵膨胀功之比称为涡轮级的反力度。理论上级的反力度为0时,燃气的绝热膨胀功全部在静叶中完成,称这种涡轮为纯冲力式涡轮,一般工程上使用的冲力式涡轮反力度不为0,而是在0.02~0.15。冲力式涡轮常用于蒸汽轮机或水轮机。理论上反力度大于0的涡轮为反力式涡轮,航空涡轮的余速不算损失,为追求高效率均采用反力式涡轮。
根据涡轮叶片出口马赫数水平可将轴流涡轮分为亚声速涡轮、高亚声速涡轮和跨声速涡轮。叶片排进口马赫数均为亚声速,根据静叶出口绝对马赫数和转子出口相对马赫数
来判断。
亚声速涡轮:(
)<0.8
高亚声速涡轮:0.8<(
)<1
跨声速涡轮:(
)<1
当涡轮动叶进口相对马赫数大于1时,称之为超声速涡轮。