动力涡轮是
燃气涡轮发动机中将高温高压燃气能量转化为轴功率的关键组件,通过叶轮机械将燃气膨胀产生的能量传递至外部负载。在航空领域,动力涡轮主要应用于涡轮轴发动机驱动直升机旋翼,其转速可达12000-25000r/min并通过减速器适配旋翼转速;在船舶推进系统中,采用分轴设计的动力涡轮需承受海洋环境冲击并保证10万小时以上的使用寿命。
动力涡轮由转子叶片、导向叶片及机匣组成,采用4级叶轮结构平衡效率与制造成本。流道设计特征为20°~35°机匣扩张角,改善燃气膨胀过程中的气流流畅度并提升
涡轮效率。
区别于
燃气发生器涡轮,动力涡轮无需采用冷却叶片技术,通过降低级负荷实现0.9~0.93的热效率区间。膨胀比控制在3~5范围内以适应不同燃气发生器输出工况。
动力涡轮在燃气轮机系统中承担能量转换终端功能,将燃气发生器的能量转化为旋转机械功。设计转速低于
压气机转子,通过优化叶片线型降低流动损失。
涡轮轴发动机中,动力涡轮吸收约98%的燃气能量,通过主减速器将功率传递至直升机旋翼与尾桨。典型型号如T700发动机的动力涡轮转速达25000r/min,三级减速后旋翼转速降至400r/min。
船用动力涡轮需满足10万小时设计寿命与高抗冲击性要求,材料选用
镍基合金以抵抗海洋腐蚀环境。
MT30燃气轮机采用分轴结构,动力涡轮独立输出36MW功率驱动舰船螺旋桨。
燃气轮机发电机组中,动力涡轮输出轴通过
联轴器连接
同步发电机,能量转换效率可达33%-40%。西门子SGT-800工业燃机采用三级动力涡轮结构,输出功率达47MW。
在机械驱动领域,动力涡轮直接驱动石油管道增压泵或天然气压缩机,避免电力传输环节的能量损耗。动力涡轮通过减速器带动螺旋桨构成涡轮螺桨发动机;驱动直升机旋翼形成涡轮轴发动机;带动前端风扇成为涡轮风扇发动机;输出功率用于发电机、油泵等工业设备或舰船推进系统。