燃氣透平

燃氣透平一般採用軸流式，僅在燃氣流量很小(例如100千瓦以下的燃氣輪機中)時才較多採用向心式。軸流式燃氣透平主要由靜子和轉子組成。靜子中裝有靜葉片，轉子上裝有 動葉片。從燃氣輪機燃燒室來的高溫混合氣體在靜子的第一級靜葉片中膨脹加速后流入動葉片，對動葉片產生作用力使轉子旋轉，把燃氣的能量轉化為機械功，使燃氣透平能帶動負荷和壓氣機運行。由一列靜葉片和一列動葉片組成的透平級的轉換能量有限，故常用多個級來完成能量轉換。在燃氣透平中一般為2～5級。為達到高效率，燃氣透平中都採用扭轉葉片，並在大量實驗數據的基礎上精心設計。此外，燃氣透平出口裝有擴壓器，使排氣擴壓降速，以減少出口速度損失。因此，燃氣透平效率可達到較高水平，一般為85～91%。

燃氣透平（圖）由於在高溫下工作，熱膨脹、熱應力、熱腐蝕和冷卻等問題突出，對結構設計的要求很高。從燃燒室來的燃氣，經過進氣蝸殼、3個透平級和擴壓器後排出。它的靜子由機匣（又稱氣缸）、持環和靜葉片等組成，靜葉片裝在持環上，持環再裝在機匣上，是一種雙層結構的靜子。在機匣與持環之間有絕熱材料，還通以空氣（從壓氣機中引來，其他部位用的冷卻空氣也由此引來）冷卻，因而機匣的工作溫度較低。由拉杆螺栓將輪盤等聯接而成的組合式轉子，能減少熱應力。動葉片以承載能力強的樅樹形葉根裝在輪盤上。轉子中也通以冷卻空氣，以降低輪盤等的工作溫度。

雙層靜子和組合式轉子有顯著的優點，在燃氣透平中得到普遍應用。在進口燃氣初溫很高的燃氣透平中，持環與燃氣也隔開，形成多層結構的靜子。通常冷卻後輪盤的溫度最高不超過 550℃，以便採用熱膨脹係數低、導熱係數高且較便宜的珠光體鋼來做輪盤。機匣則能在更低的溫度（例如 400℃左右）下工作，以便能用球墨鑄鐵等較普通的材料來製造。

燃氣透平的靜葉片較多地用抗熱疲勞性能好的鈷基高溫材料製作，動葉片則廣泛用鎳基高溫材料製作。為增強抗熱腐蝕的能力，葉片表面較普遍地採用防腐蝕的保護措施，例如防腐蝕塗層和表面滲鋁等。

葉片冷卻 採用由空氣從內部冷卻的空心葉片后，可使葉片在實際溫度高於材料許可值的燃氣包圍下，本身溫度仍低於材料的許可值而安全工作。這樣就能在已有的高溫材料基礎上更多地提高燃氣初溫，從而有效地提高燃氣輪機效率。因此，發展冷卻葉片和提高冷卻效果，是提高燃氣輪機效率的一條重要途徑。圖2中，對流、衝擊、氣膜和綜合冷卻是常用的幾種葉片冷卻方式。綜合冷卻是前三者的聯合應用，能有效地提高冷卻效果，並使冷卻後葉片的溫度趨於均勻。發散冷卻的效果比綜合冷卻好得多，用水來冷卻葉片也能達到很好的效果，這兩種冷卻方式尚處於試驗階段。