随着现代涡轮向高负荷方向的发展,叶栅通道内的流动状态逐步趋于复杂。叶片高度的增长,使沿叶高的等功设计已经不能充分发挥长叶片高圆周速度部分的做功能力。同时加工技术的发展使得平面叶栅的外形不再局限于简单几何曲线的组合。先进的后部加载叶型与控制环流设计方法的结合成为了先进涡轮设计方法的重要研究方向。首先,本文对某型燃气轮机低压涡轮第二级的设计数据进行了分析,采用自由涡的方法对涡轮进行了重新设计。在涡轮设计过程中,同时进行了平面叶栅的设计,通过对平面叶栅绘制方法的研究,逐步改进叶型绘制方案,最终将均匀分布在抛物线形中弧线两侧的14个控制点用两条高阶贝塞尔曲线进行连接。通过叶栅平面流场的绕流计算,确定了叶栅三个设计截面上的叶片型线。在自由涡与后加载叶型相结合的设计中,对新设计与原设计进行了对比。通过叶片表面总压损失系数,证实了先进叶型在流动中可以降低叶型损失。通过对整体设计过程的分析,有针对性的总结了自由涡设计方法的优劣。其次,本文又进行了控制涡流设计的研究,通过设计数据的对比,体现出了控制涡流方法的优势。即在反动度的控制上更趋于等反动度设计,提高了根部的反动度及根部角差,对改善根部流动起到了积极的作用;降低了动叶顶部反动度,减小了动叶顶部的漏气损失。最后,运用可控涡流与先进的后加载叶型相结合的先进的涡轮设计方法,对涡轮进行了再次的设计,通过多个设计方案的对比,选择出了反动度变化较均匀,动叶扭曲程度较小的设计方案。并将其与上述方案进行了流场及损失的对比。本文从自由涡设计方法入手,在设计方法上进行了不断改进,在改进设计过程中,通过动静叶片出口气流角以及中间截面计算数据的对比,确定了某型燃气轮机的原始设计方案即采用了自由涡的设计方法。证明了自由涡的设计方法在现代先进涡轮设计中仍占有重要的地位。最终提出了先进的涡轮设计方法,即控制涡流与先进的后加载叶型相结合的设计方法。在设计方案的三维绕流计算中,计算网格有较好的独立性,计算结果与设计参数吻合良好,计算结果可信。