随着火电机组普遍参与调峰,水蒸汽中的盐分在汽轮机高压缸提前沉积,汽轮机通流部分积垢问题加剧。同时,在深度调峰下,汽轮机在小流量工况运行,高压缸也面临着鼓风工况的危险。本文采用数值模拟方法,针对汽轮机高压通流部分的结垢工况和小流量工况,对不同工况下的级内流动和通流性能展开研究。首先,以某汽轮机高压缸反动级为对象建立单流通道模型,对级内的三维流动进行数值模拟,分析了设计工况下的级内流场和叶栅通道内二次流的涡系结构,以及涡流流动造成的损失机理,得到了流动参数沿周向和叶高方向的分布规律。结果表明,数值模拟的计算结果与设计参数吻合,计算结果可靠;叶片的叶型损失主要来自吸力面边界层,作为后加载叶型可限制级内二次流的发展;级内流场捕捉到了马蹄涡、通道涡、壁角涡和尾迹涡,马蹄涡的吸力侧和压力侧分支在向下游的发展过程中与通道涡融合,形成叶栅出口的高损失区。叶栅出口参数周向分布受尾迹区影响,尾迹区压力和温度高于主流,流速则低于主流,汽流角在汽流掺混的影响下在通道内呈正弦分布;参数的叶高分布受离心力和级内涡流影响,静叶出口压力、焓和气流角沿叶高增大,静叶出口速度沿叶高降低;动叶出口压力、相对速度和绝对气流角沿叶高增大。然后,针对汽轮机通流部分的结垢问题,设置叶片表面粗糙度和叶片附加厚度来模拟不同程度的污垢沉积情况,并在不同位置设置粗糙度,以研究不同位置结垢的影响。通过对结垢工况下叶栅的通流性能和级内流场进行分析,得到结垢造成的损失机理。结果表明,叶片表面粗糙使叶片的叶型损失增大,级效率随叶片表面粗糙度的增加而降低;对反动级而言,静叶表面粗糙与动叶表面粗糙对级效率下降的影响程度相近,静叶表面粗糙对级性能的影响大于动叶表面粗糙的影响;粗糙度的增加使端壁流动分离加剧,增加了二次流损失。叶片表面粗糙度使吸力面的边界层增厚,产生脱流,造成附加叶型损失。吸力面表面对粗糙度更加敏感,对级性能的影响大于压力表面粗糙。叶片增厚使级效率下降,流量降低。叶片增厚对级性能的影响小于粗糙度的影响。当叶片厚度和表面粗糙度同时增加时对级通流性能的影响最大。最后,在两级叶栅通道模型中,对高压级的小容积流量工况进行数值模拟。通过提高背压减小通流流量,对鼓风工况下的级内流场和性能进行分析。结果表明,小容积流量工况下,动叶前的顶部间隙出现涡流,其范围随着流量减少向动叶顶部区域扩大。上游流动对下游造成影响,容积流量的减少产生了负攻角,在叶片通道内产生分离流动。级内分离流动存在于整个叶高通道,堵塞主流流动。动叶通道内,分离流动从叶根前缘开始产生,自下而上向叶顶尾缘发展。静叶通道内,分离流动从叶顶开始产生,自上而下向叶根发展。50%设计流量下第二级焓降接近过渡工况的临界值,即将进入过渡工况,与理论计算的结果一致。汽轮机在40%设计流量下已经进入鼓风工况,若要提高该汽轮机的调峰能力,需要对现有叶片进行优化改型。鼓风工况下,高压缸排汽温度升高,最高温度出现在最末级动叶顶部,在20%设计流量下,排汽温度比设计工况提高了30K。