重型燃气轮机在我国电力、军事等领域的进一步发展对压气机的效率和稳定性等方面提出了更高的要求。压气机叶片的叶型损失与二次流损失都是影响压气机工作效率的重要因素。此课题主要是以某重型燃气轮机14-16级压气机为研究对象,对其典型静叶叶型进行优化设计并将其应用于三维静叶。继而采用端弯、弯叶片等三维造型技术对叶片进行改型设计,旨在降低二次流损失。最终将优化叶型和三维改型最优叶片应用于三级压气机并进行详细的三维流动分析。本文构建了14-16三级压气机的仿真计算模型,以这三级叶栅为整体,进行了网格无关性验证,确定了最适网格数。在完成了详细的流场分析之后也得到了后续研究方向:在设计工况下叶片由于泄漏损失与角区分离等原因在上下端部均产生了较高的总压损失,而由于叶片展弦比较大,叶片中部也产生了一定的损失,应该从二维叶型优化和三维造型改进两个角度来改善三维叶栅的整体性能。首先,本文的叶型优化方式采用全局寻优,在ISIGHT优化平台中,使用内部的多岛遗传算法,对叶片原型的第一级静叶进行叶型优化,其中以总压恢复系数来作为主要的优化目标,并控制出口流量,以确保进口马赫数的稳定。在建立优化系统时通过批处理程序实现了各个模块的整合。通过对比设计工况以及其他工况下的工作特性,优化后的叶型损失有所减小。之后,使用NUMECA下的Auto Blade程序对原始叶型进行径向积叠。选择正交试验设计的方法,完成了弯叶片改型对其在级环境下工作性能的敏感性分析,为三维改型设计提供方向。又通过完成上下端壁独立性分析,分别设计出对上、下端壁改进效果最好的设计。对比得到结论:叶片采取叶顶小角度正弯,叶根保持直叶片的设计效果更佳。叶片优化后14级整级效率提升了2.2%左右,静叶的总压损失系数从6.6%降低到4.5%,相较于原型降低了32%左右。最后,将端弯叶片改型方法对大展弦比静叶的损失控制进行进一步的探索,采用弯叶片优化设计相似的研究方案完成了端弯叶片的设计,对上端区的角区分离现象有较显著的控制,整级效率提升2%左右。此后,在三级环境下完成了不同优化设计的进一步对比,最终得出的最佳方案为对优化后的叶型进行上端壁5°正弯,弯高20%,根部保持不弯曲的设计,在工作裕度几乎不变的前提下,显著提升了设计工况下的流动效率。