透平机械(如汽轮机﹑燃气轮机﹑水轮机等)中用以引导流体按一定方向流动﹐并推动转子旋转的重要部件。装在壳体上的叶片称静叶片或导叶﹐装在转子上的叶片称为动叶片。18世纪中叶﹐瑞士人L.欧拉对流体力学研究所取得的成果﹐为透平机械的发展奠定了理论基础。随着各种透平机械的出现和应用﹐透平叶片得到了相应发展。20世纪80年代﹐水轮机叶片平均每片发出的最大功率已达50兆瓦。汽轮机长叶片的最高圆周速度接近两倍音速。燃气轮机叶片能在接近金属熔点的1500℃炽热气流中工作。

结构 透平叶片的主体是叶身﹐其尺寸关系到透平的流通能力(见彩图 汽轮机透平叶片系列 )。最小的叶片不过5毫米高﹐用于每分钟数十万转的微型装置中。一只巨型叶片重达46吨﹐装在中国葛洲坝水电站1号转桨式水轮机中﹐转轮外径达11.3米。叶身的横截面称为叶型﹐是决定叶片效率的主要因素。叶身与壳体或转子相连接的部分称为叶根。叶根的样式很多。高速透平机械常用枞树型﹑T型和双T型叶根。叶片顶部往往复以围带或叶冠以提高效率﹐叶身常穿以拉筋以改善振动性能。

透平叶片种类繁多(图1 各种透平叶片 )。现代大型电站汽轮机使用几十级由短到长的静﹑动叶片﹐使高达30兆帕压力的蒸汽逐级膨胀到约 0.005兆帕的出口压力。末级叶片的长度可达1.5米。燃气轮机叶片承受1000℃上下的高温﹐故常制成内有孔道的空心结构﹐使冷却介质流过孔道﹐以降低叶片温度(图2 冷却叶片 )。水轮机转速不高﹐又是单级﹐低水头的用螺旋桨式动叶片﹔中等水头的用混流式转轮﹐这种转轮的叶片扭曲度很大﹐常与转轴制成一体﹔而高水头水轮机用的冲击式动叶片﹐则形如两瓣瓢勺。

对透平机械效率的影响 流体流过叶片时会引起能量损失。叶片能量损失越大﹐透平机械的效率越低。能量损失主要有叶型损失和端部损失。通过风洞实验等流体动力学的研究﹐叶型损失已降低到2％左右。端部损失产生于叶顶和叶根两端﹐随叶高对叶宽之比的减小而增加﹐故装有短叶片的透平机械效率较低。

可靠性 在高速透平机械中﹐任何动叶的断落都会引起振动﹐甚至造成损毁﹐需要紧急停机检修。因此﹐叶片的可靠性至关重要。叶片在运行中承受周期性的脉动力和稳态离心力两种载荷。脉动载荷是由透平机械中流场不均匀所激发。转子每转一周﹐叶片就受到一次或多次脉冲。当脉冲频率接近叶片的自振频率时便会出现共振。叶片强烈振动常是发生事故的根源。解决的办法﹐除消灭脉冲源外﹐还可采取﹕ 按机械振动学原理﹐将叶片设计成自振频率调开共振区的“调频叶片”﹔ 加固结构﹑增加阻尼﹑提高强度﹐将叶片设计或不必调开共振区的“不调频叶片”。离心载荷正比于材料密度和叶片圆周速度的平方。在高速透平机械中﹐为了减小离心载荷﹐常将较长叶片制成顶薄底厚并使叶型沿高度逐渐扭转﹐以适应相应的流动角度的变化。这种叶片称为扭叶片。因流体冲蚀﹑腐蚀﹑气蚀和微粒磨蚀所造成的表面剥落﹑磨损以及锯齿形﹑蜂窝状的斑痕﹐是另一类常见的叶片损坏。通常在叶片易损部位覆盖一层硬质合金来防护。