船用汽轮机的设计及改进一般是在满足舰船适用条件及现有加工技术的基础上,根据预期目标在原机的基础上进行适应性结构改进与优化,本文首先对某目标汽轮机作热力分析,并进行了4种方案(节流调节、喷嘴调节I、II以及带旁通喷嘴调节)的结构调整设计,通过一维计算对比分析改进后汽轮机在船用各工况下的热力特点,提出了一种在额定负荷下旁通调节级配汽运行,部分负荷下无旁通常规运行的方案。依据一维计算后调节级变工况的结果,对调节级流场作了三维数值模拟,结果表明:在变工况下,局部进汽调节级内静叶栅承担的气动负荷很大,汽流斜切膨胀后产生激波与局部弧段背弧上附面层相互干扰使流动发生分离,且动静叶栅轴向间隙较小,汽流在周向空间流动不足,导致出口汽流在周向上分布不均匀,汽流进入动叶后在前缘形成局部激波,波后在局部背弧区域发生流动分离,级内流动损失大,在两阀门开启的工况下,部分负荷越低,级效率也越低。在明确了原调节级承担气动负荷大,流动损失大的特点及其分布后,本文在尽量保证叶片结构不变的前提下以传统控制二次流的方式(静叶倾斜、端壁翘曲、端壁翼刀)对静叶作改型计算分析。研究表明:叶片倾斜、子午端壁加装翼刀使叶片的能量损失有一定程度减小,而子午后端壁翘曲所带来的影响不大,甚至会恶化流道中的流动效果,随后进一步研究了后掠复合改型对调节级气动性能的影响,研究表明:静叶后掠在工况1、2、4下有一定的增益,在工况4中的收益高于其他工况,而在工况3中,使级内效率下降;动叶背弧前缘削尖后,在工况1、2、4下波前超音马赫数不大,削尖后动叶前缘激波强度减弱,波后汽流的加速效果不明显,背弧上部区域分离加剧,级效率有一定程度下降,而在工况3下,激波强度减弱,流动分离程度稍有增加,但整级效率略微上升。最后依据汽轮机高工况下旁通调节级运行的特点,对高压汽轮机以整机分段的方式开展了旁通阀压损与整机流量的匹配研究,并作匹配点的流场特性分析,继续对压力级静叶作适应性后掠改型,进一步分析改型后阀门压损流量匹配及整机特性。研究表明:在径向直叶片设计形式下,匹配点的阀门压损为12.93%,阀门流量配比系数为0.5,机效率为78.1644%;静叶后掠使配比系数下降为0.41768,阀压损减小为10.1%,汽轮机出力略微上升,机效率增加0.3433%。