將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動機，也可直接驅(qū)動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽 滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要 。公元1世紀，亞歷山大的希羅記述的利用蒸汽反作用力而旋轉(zhuǎn)的汽轉(zhuǎn)球，是最早的反動式汽輪機的雛形。1629年，意大利的G.de布蘭卡提出由一股蒸汽沖擊葉片而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪。1882年，瑞典的C.G.P.de拉瓦爾制成第一臺5馬力（3.67千瓦）的單級沖動式汽輪機。1884年，英國的C.A.帕森斯制成第一臺10馬力（7.35千瓦）的多級反動式汽輪機。1910年，瑞典的B.＆ F.容克斯川兄弟制成輻流的反動式汽輪機。20世紀初，法國的A.拉托和瑞士的H.佐萊分別制造了多級沖動式汽輪機，美國的C.G.柯蒂斯制成多個速度級的汽輪機。 ^[1]


公元1世紀，亞歷山大的希羅記述的利用蒸汽反作用力而旋轉(zhuǎn)的汽轉(zhuǎn)球，又稱為風神輪，是最早的反動式汽輪機的雛形。1629年，意大利的G.de布蘭卡提出由一股蒸汽沖擊葉片而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪。1882年，瑞典的C.G.P.de拉瓦爾制成第一臺5馬力（3.67千瓦）的單級沖動式汽輪機。1884年，英國的C.A.帕森斯制成第一臺10馬力（7.35千瓦）的多級反動式汽輪機。1910年，瑞典的B.＆ F.容克斯川兄弟制成輻流的反動式汽輪機。
19世紀末，瑞典拉瓦爾和英國帕森斯分別創(chuàng)制了實用的汽輪機。拉瓦爾于1882年制成了第一臺5馬力(3.67千瓦)的單級沖動式汽輪機，并解決了有關(guān)的噴嘴設(shè)計和強度設(shè)計問題。單級沖動式汽輪機功率很小，現(xiàn)在已很少采用。
20世紀初，法國拉托和瑞士佐萊分別制造了多級沖動式汽輪機。多級結(jié)構(gòu)為增大汽輪機功率開拓了道路，已被廣泛采用，機組功率不斷增大。帕森斯在1884年取得英國專利，制成了第一臺10馬力的多級反動式汽輪機，這臺汽輪機的功率和效率在當時都占領(lǐng)先地位。
20世紀初，美國的柯蒂斯制成多個速度級的汽輪機，每個速度級一般有兩列動葉，在第一列動葉后在汽缸上裝有導(dǎo)向葉片，將汽流導(dǎo)向第二列動葉?，F(xiàn)在速度級的汽輪機只用于小型的汽輪機上，主要驅(qū)動泵、鼓風機等，也常用作中小型多級汽輪機的第一級。
汽輪機是能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械功的外燃回轉(zhuǎn)式機械，來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機后，依次經(jīng)過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。蒸汽在汽輪機中，以不同方式進行能量轉(zhuǎn)換，便構(gòu)成了不同工作原理的汽輪機。
汽輪機通常在高溫高壓及高轉(zhuǎn)速的條件下工作，是一種較為精密的重型機械，一般須與鍋爐（或其他蒸汽發(fā)生器）、發(fā)電機(或其他被驅(qū)動機械)以及凝汽器、加熱器、泵等組成成套設(shè)備，一起協(xié)調(diào)配合工作。

由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分兩個方面組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、動葉片和聯(lián)軸器等。靜子包括進汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。

汽缸

汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，形成封閉的汽室，保證蒸汽在汽輪機內(nèi)部完成能量的轉(zhuǎn)換過程，汽缸內(nèi)安裝著噴嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外連接著進汽、排汽、抽汽等管道。
汽缸的高、中壓段一般采用合金鋼或碳鋼鑄造結(jié)構(gòu)，低壓段可根據(jù)容量和結(jié)構(gòu)要求，采用鑄造結(jié)構(gòu)或由簡單鑄件、型鋼及鋼板焊接的焊接結(jié)構(gòu)。
高壓缸有單層缸和雙層缸兩種形式。單層缸多用于中低參數(shù)的汽輪機。雙層缸適用于參數(shù)相對較高的汽輪機。分為高壓內(nèi)缸和高壓外缸。高壓內(nèi)缸由水平中分面分開，形成上、下缸，內(nèi)缸支承在外缸的水平中分面上。高壓外缸由前后共四個貓爪支撐在前軸承箱上。貓爪由下缸一起鑄出，位于下缸的上部，這樣使支承點保持在水平中心線上。
中壓缸由中壓內(nèi)缸和中壓外缸組成。中壓內(nèi)缸在水平中分面上分開，形成上下汽缸，內(nèi)缸支承在外缸的水平中分面上，采用在外缸上加工出來的一外凸臺和在內(nèi)缸上的一個環(huán)形槽相互配合，保持內(nèi)缸在軸向的位置。中壓外缸由水平中分面分開，形成上下汽缸。中壓外缸也以前后兩對貓爪分別支撐在中軸承箱和1號低壓缸的前軸承箱上。
低壓缸為反向分流式，每個低壓缸一個外缸和兩個內(nèi)缸組成，全部由板件焊接而成。汽缸的上半和下半均在垂直方向被分為三個部分，但在安裝時，上缸垂直結(jié)合面已用螺栓連成一體，因此汽缸上半可作為一個零件起吊。低壓外缸由裙式臺板支承，此臺板與汽缸下半制成一體，并沿汽缸下半向兩端延伸。低壓內(nèi)缸支承在外缸上。每塊裙式臺板分別安裝在被灌漿固定在基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)臺板上。低壓缸的位置由裙式臺板和基礎(chǔ)臺板之間的滑銷固定。

轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是由合金鋼鍛件整體加工出來的。在高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速器端用剛性聯(lián)軸器與一根長軸連接，此節(jié)上軸上裝有主油泵和超速跳閘機構(gòu)。
所有轉(zhuǎn)子都被精加工，并且在裝配上所有的葉片后，進行全速轉(zhuǎn)動試驗和精確動平衡。
套裝轉(zhuǎn)子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件都是分別加工后，熱套在階梯型主軸上的。各部件與主軸之間采用過盈配合，以防止葉輪等因離心力及溫差作用引起松動，并用鍵傳遞力矩。中低壓汽輪機的轉(zhuǎn)子和高壓汽輪機的低壓轉(zhuǎn)子常采用套裝結(jié)構(gòu)。套裝轉(zhuǎn)子在高溫下，葉輪與主軸易發(fā)生松動。所以不宜作為高溫汽輪機的高壓轉(zhuǎn)子。
整鍛轉(zhuǎn)子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件與主軸是由一整鍛件削而成，無熱套部分，這解決了高溫下葉輪與軸連接容易松動的問題。這種轉(zhuǎn)子常用于大型汽輪機的高、中壓轉(zhuǎn)子。結(jié)構(gòu)緊湊，對啟動和變工況適應(yīng)性強，宜于高溫下運行，轉(zhuǎn)子剛性好，但是鍛件大，加工工藝要求高，加工周期長，大鍛件質(zhì)量難以保證。
焊接轉(zhuǎn)子：汽輪機低壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，承受的離心力大，采用套裝轉(zhuǎn)子時葉輪內(nèi)孔在運行時將發(fā)生較大的彈性形變，因而需要設(shè)計較大的裝配過盈量，但這會引起很大的裝配應(yīng)力，若采用整鍛轉(zhuǎn)子，質(zhì)量難以保證，所以采用分段鍛造，焊接組合的焊接轉(zhuǎn)子。它主要由若干個葉輪與端軸拼合焊接而成。焊接轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕，鍛件小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，與尺寸相同、有中心孔的整鍛轉(zhuǎn)子相比，焊接轉(zhuǎn)子強度高、剛性好，質(zhì)量輕，但對焊接性能要求高，這種轉(zhuǎn)子的應(yīng)用受焊接工藝及檢驗方法和材料種類的限制。
組合轉(zhuǎn)子：由整鍛結(jié)構(gòu)套裝結(jié)構(gòu)組合而成，兼有兩種轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。

聯(lián)軸器

聯(lián)軸器用來連接汽輪機各個轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子，并將汽輪機的扭矩傳給發(fā)電機?，F(xiàn)代汽輪機常用的聯(lián)軸器常用三種形式：剛性聯(lián)軸器，半撓性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。
剛性聯(lián)軸器：
這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸?。还ぷ鞑恍枰獫櫥?，沒有噪聲；但是傳遞振動和軸向位移，對中性要求高。
半撓性聯(lián)軸器
右側(cè)聯(lián)軸器與主軸鍛成一體，而左側(cè)聯(lián)軸器用熱套加雙鍵套裝在相對的軸端上。兩對輪之間用波形半撓性套筒連接起來，并以配合兩螺栓堅固。波形套筒在扭轉(zhuǎn)方向是剛性的，在變曲方向剛是撓性的。這種聯(lián)軸器主要用于汽輪機－發(fā)電機之間，補償軸承之間抽真空、溫差、充氫引起的標高差，可減少振動的相互干擾，對中要求低，常用于中等容量機組
撓性聯(lián)軸器 通常有兩種形式，齒輪式和蛇形彈簧式。
這種聯(lián)軸器，可以減弱或消除振動的傳遞。對中性要求不高，但是運行過程中需要潤滑，并且制作復(fù)雜，成本較高。

靜葉片

隔板用于固定靜葉片，并將汽缸分成若干個汽室。

動葉片

動葉處安裝在轉(zhuǎn)子葉輪或轉(zhuǎn)鼓上，接受噴嘴葉柵射出的高速氣流，把蒸汽的動能轉(zhuǎn)換成機械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
葉片一般由葉型、葉根和葉頂三個部分組成。
葉型是葉片的工作部分，相鄰葉片的葉型部分之間構(gòu)成汽流通道，蒸汽流過時將動能轉(zhuǎn)換成機械能。按葉型部分橫截面的變化規(guī)律，葉片可以分為等截面直葉片、變截面直葉片、扭葉片、彎扭葉片。
等截面直葉片：斷面型線和面積沿葉高是相同的，加工方便，制造成本較低，有利于在部分級實現(xiàn)葉型通用等優(yōu)點。但是氣動性能差，主要用于短葉片。
彎扭葉片：截面型心的連線連續(xù)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，具有良好的撥動特性及強度，但制造工藝復(fù)雜，主要用于長葉片。
葉根是將葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上的連接部分。它應(yīng)保證在任何運行條件下的連接牢固，同時力求制造簡單、裝配方便。
T形葉根：加工裝配方便，多用于中長葉片。
菌形葉根：強度高，在大型機上得到廣泛應(yīng)用。
叉形葉根：加工簡單，裝配方便，強度高，適應(yīng)性好。
樅樹型葉根：葉根承載能力大，強度適應(yīng)性好，拆裝方便，但加工復(fù)雜，精度要求高，主要用于載荷較大的葉片。
汽輪機的短葉片和中長葉片通常在葉頂用圍帶連在一起，構(gòu)成葉片組。長葉片剛在葉身中部用拉筋連接成組，或者成自由葉片。
圍帶的作用：增加葉片剛性，改變?nèi)~片的自振頻率，以避開共振，從而提高了葉片的振動安全性；減小汽流產(chǎn)生的彎應(yīng)力；可使葉片構(gòu)成封閉通道，并可裝置圍帶汽封，減小葉片頂部的漏氣損失。
拉筋：拉筋的作用是增加葉片的剛性，以改善其振動特性。但是拉筋增加了蒸汽流動損失，同時拉筋還會削弱葉片的強度，因此在滿足了葉片振動要求的情況下，應(yīng)盡量避免采用拉筋，有的長葉片就設(shè)計成自由葉片。

汽封

 轉(zhuǎn)子和靜體的間的間隙會導(dǎo)致漏汽，這不僅會降低機組效率，還會影響機組安全運行。為了防止蒸汽泄漏和空氣漏入，需要有密封裝置，通常稱為汽封。

汽封按安裝位置的不同，分為通流部分汽封、隔板汽封、軸端汽封。

軸承

軸承是汽輪機一個重要的組成部分，分為徑向支持軸承和推力軸承兩種類型，它們用來承受轉(zhuǎn)子的全部重力并且確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的正確位置。
1、多有楔軸承（三油楔、四油楔）：輕載、耗功大，高速小機
2、圓軸承：可承重載，瓦溫高
3、橢圓軸承：可承重載
4、可傾瓦軸承：2、4、5、6瓦塊軸承，穩(wěn)定性好，承載范圍大，耗油量較大
5、推力軸承：１）固定瓦塊式：承載能力小，用于小機組
2）可傾瓦塊式：
①密切爾式： 瓦塊背面線接觸
②金斯伯里式：瓦塊背面點接觸 ^[2]

汽輪機種類很多，并有不同的分類方法。

按結(jié)構(gòu)分

有單級汽輪機和多級汽輪機；各級裝在一個汽缸內(nèi)的單缸汽輪機，和各級分裝在幾個汽缸內(nèi)的多缸汽輪機；各級裝在一根軸上的單軸汽輪機，和各級裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機等。

按工作原理分

有蒸汽主要在各級噴嘴(或靜葉)中膨脹的沖動式汽輪機；蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹的反動式汽輪機；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動能在幾列動葉上加以利用的速度級汽輪機。

按熱力特性分

有為凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機等類型。凝汽式汽輪機排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此具有良好的熱力性能，是最為常用的一種汽輪機；供熱式汽輪機既提供動力驅(qū)動發(fā)電機或其他機械，又提供生產(chǎn)或生活用熱，具有較高的熱能利用率；背壓式汽輪機的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機；抽汽式汽輪機是能從中間級抽出蒸汽供熱的汽輪機；飽和蒸汽輪機是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機。

按用途分

可分為電站汽輪機、工業(yè)汽輪機、船用汽輪機等。
按汽缸數(shù)目可分為單缸汽輪機、雙缸汽輪機和多缸汽輪機。
另外還可按照蒸汽初壓(低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界)、排列方式(單軸、雙軸)等進行分類。
與往復(fù)式蒸汽機相比，汽輪機中的蒸汽流動是連續(xù)的、高速的，單位面積中能通過的流量大，因而能發(fā)出較大的功率。大功率汽輪機可以采用較高的蒸汽壓力和溫度，故熱效率較高。19世紀以來，汽輪機的發(fā)展就是在不斷提高安全可靠性、耐用性和保證運行方便的基礎(chǔ)上，增大單機功率和提高裝置的熱經(jīng)濟性。
汽輪機的出現(xiàn)推動了電力工業(yè)的發(fā)展，到20世紀初，電站汽輪機單機功率已達10兆瓦。隨著電力應(yīng)用的日益廣泛，美國紐約等大城市的電站尖峰負荷在20年代已接近1000兆瓦，如果單機功率只有10兆瓦，則需要裝機近百臺，因此20年代時單機功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出現(xiàn)了165兆瓦和208兆瓦的汽輪機。
此后的經(jīng)濟衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間爆發(fā)，使汽輪機單機功率的增大處于停頓狀態(tài)。50年代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟發(fā)展，電力需求突飛猛進，單機功率又開始不斷增大，陸續(xù)出現(xiàn)了325～600兆瓦的大型汽輪機；60年代制成了1000兆瓦汽輪機；70年代，制成了1300兆瓦汽輪機?，F(xiàn)在許多國家常用的單機功率為300～600兆瓦。
汽輪機在社會經(jīng)濟的各部門中都有廣泛的應(yīng)用。汽輪機種類很多，并有不同的分類方法。　汽輪機的蒸汽從進口膨脹到出口，單位質(zhì)量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至上千倍，因此各級葉片高度必須逐級加長。大功率凝汽式汽輪機所需的排汽面積很大，末級葉片須做得很長。
汽輪機裝置的熱經(jīng)濟性用汽輪機熱耗率或熱效率表示。汽輪機熱耗率是每輸出單位機械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機械功與所耗蒸汽熱量之比。對于整個電站，還需考慮鍋爐效率和廠內(nèi)用電。因此，電站熱耗率比單獨汽輪機的熱耗率高，電站熱效率比單獨汽輪機的熱效率低。
一座汽輪發(fā)電機總功率為1000兆瓦的電站，每年約需耗用標準煤230萬噸。如果熱效率絕對值能提高1%，每年可節(jié)約標準煤 6萬噸。因此，汽輪機裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機熱效率，除了不斷改進汽輪機本身的效率，包括改進各級葉片的葉型設(shè)計(以減少流動損失)和降低閥門及進排汽管損失以外，還可從熱力學觀點出發(fā)采取措施。
根據(jù)熱力學原理，新蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)的熱效率也越高。早期汽輪機所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于20％。隨著單機功率的提高，30年代初新蒸汽壓力已提高到3～4兆帕，溫度為400～450℃。隨著高溫材料的不斷改進，蒸汽溫度逐步提高到535℃，壓力也提高到6～12.5兆帕，個別的已達16兆帕，熱效率達30％以上。50年代初，已有采用新蒸汽溫度為600℃的汽輪機。以后又有新蒸汽溫度為650℃的汽輪機。
現(xiàn)代大型汽輪機按照其輸出功率的不同，采用的新蒸汽壓力又可以分為各個壓力等級，通常采用新蒸汽壓力24.5～26兆帕，新蒸汽溫度和再熱溫度為535～578℃的超臨界參數(shù),或新汽壓力為16.5兆帕、新汽溫度和再熱溫度為535℃的亞臨界參數(shù)。使用這些汽輪機的熱效率約為40％。
另外，汽輪機的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過排汽壓力主要取決凝汽器的真空度，真空度又取決于冷卻水的溫度和抽真空的設(shè)備（通常稱為真空泵），如果采用過低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量、增大凝汽器冷卻水和冷卻介質(zhì)的換熱面、降低被使用的冷卻水的溫度和抽真空的設(shè)備，較長的末級葉片，但同時真空太低又會導(dǎo)致汽輪機汽缸（低壓缸）的蒸汽流速加快，使汽輪機汽缸（低壓缸）差脹加劇，危及汽輪機安全運轉(zhuǎn)。凝汽式汽輪機常用的排汽壓力為5~10千帕（一個標準大氣壓是101325帕斯卡）。船用汽輪機組為了減輕重量，減小尺寸,常用0.006～0.01兆帕的排汽壓力。
此外，提高汽輪機熱效率的措施還有，采用回熱循環(huán)、采用再熱循環(huán)、采用供熱式汽輪機等。提高汽輪機的熱效率，對節(jié)約能源有著重大的意義。
大型汽輪機組的研制是汽輪機未來發(fā)展的一個重要方向，這其中研制更長的末級葉片，是進一步發(fā)展大型汽輪機的一個關(guān)鍵；研究提高熱效率是汽輪機發(fā)展的另一方向，采用更高蒸汽參數(shù)和二次再熱，研制調(diào)峰機組，推廣供熱汽輪機的應(yīng)用則是這方面發(fā)展的重要趨勢。
現(xiàn)代核電站汽輪機的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于不同反應(yīng)堆型的、性能良好的汽輪機具有特別重要的意義。
全世界利用地熱的汽輪機的裝機容量，1983年已有3190兆瓦，不過對熔巖等深層更高溫度地熱資源的利用尚待探索；利用太陽能的汽輪機電站已在建造，海洋溫差發(fā)電也在研究之中。所有這些新能源方面的汽輪機尚待繼續(xù)進行試驗研究。
另外，在汽輪機設(shè)計、制造和運行過程中，采用新的理論和技術(shù)，以改善汽輪機的性能，也是未來汽輪機研究的一個重要內(nèi)容。例如：氣體動力學方面的三維流動理論，濕蒸汽雙相流動理論；強度方面的有限元法和斷裂力學分析；振動方面的快速傅里葉轉(zhuǎn)換、模態(tài)分析和激光技術(shù)；設(shè)計、制造工藝、試驗測量和運行監(jiān)測等方面的電子計算機技術(shù)；壽命監(jiān)控方面的超聲檢查和耗損計算。此外，還將研制氟利昂等新工質(zhì)的應(yīng)用，以及新結(jié)構(gòu)、新工藝和新材料等。
目前發(fā)展瓶頸主要在材料上，材料問題解決了，單片的功率就可以更大。