目前，汽轮机设计已经进入了全三维设计时代，新设计机组的经济性、安全性和负荷适应性不断提高。与之相比，老式机组性能则较差。如果长期继续使用这些性能落后的机组将造成很大的能源浪费。进入20世纪90年代，国内电厂开始对老式机组进行改造。因为相对于重新设计机组而言，采用当代汽轮机先进技术改造现有老式机组是一条投资少、见效快的途径。
1 100MW汽轮机现状
佳木斯发电厂11号、12号机组的100MW汽轮机为20世纪60年代设计产品，主设备严重老化，根据电厂运行及反馈情况，存在如下问题：
a.机组设计热耗为9252.8kJ/(kW.h)，而实际运行却达不到此值。热耗较新型机组高，经济性差。高、低压缸效率分别为85%和80%，效率比新型机组低。
b.机组为纯冷凝机组，不能热电联供。
c.机组使用双列调节级，焓降大，叶片展选弦比小，二次流损失大，调节级效率低。
d.叶片型线是40~50年代苏联老型线，气动性能差，叶型损失大，效率低。
e.原设计叶片采用铆接围带，铆钉头外露，围带上只装两道汽封齿，且高压各级压力大，漏汽量大。
f.高、低压缸前后汽封、隔板汽封都是老式汽封，结构不合理，齿数少，漏汽量大；轴向间隙小，启停不便，易造成磨擦损坏。
g.动叶根部采用轴向汽封，机组运行胀差大时，漏汽量大。
h.高压缸后部及低压缸内外流道都是阶梯状，导叶顶部扩张角过大，通流不光滑，蒸汽在通道中突然扩张而产生脱流，使流动损失增大。阶梯型结构也增加了冲击损失。
i.低压缸动叶拉筋比较多，低压第三[注]级313mm长叶片有两道拉筋；低压第四级长432mm叶片有一道拉筋，末级长665mm叶片也有一道拉筋。在汽流通道中，由于拉筋的存在，汽流发生绕流、脱流扩压和局部加速流加，增加了流动损失。另外，低压后三[注]级动叶片顶部没有围带，顶部损失和漏汽量大。
j.动静叶轴向间隙过小，不利于机组快速启停和适应调峰时负荷的变化。
2 100MW汽轮机的通流部分改造
针对以上情况，采用大量的先进技术对100MW汽轮机通流部分进行改造，这些技术都是在其他机组上成功地运用过并取得良好效果的。
2.1调节级喷嘴采用子午面收缩叶栅
调节级子午面收缩叶栅如图1所示。实验结果表明，合适的收缩比和适当的子午面型线，可以将叶栅损失降低26%。采用子午面收缩叶栅后，调节级效率提高1.1%。为确保喷嘴叶栅加工精度，喷嘴环采用焊接结构。
2.2压力级采用高效后加载“鱼头”叶型
新设计的高压缸压力级均采用后加载的“鱼头”静叶栅(见图2)。与传统的透平叶栅速度分配规律相比，后加载静叶栅的最大气动力负荷位置明显移往下游方向(见图3)，试验证明这种叶栅的突出优点是：由于叶栅通道前后压力面与吸力面的压差较小，削弱通道的二次流强度，使叶栅损失大大降低。后加载静叶栅不仅效率高，而且叶型刚度大，其攻角适应范围广(见图4)，这对提高机组的变工况性能非常有利。
2.3动叶片采用红旗叶型
在改造机组设计中，高压缸各级直叶片采用公认高效的红旗叶型，其余采用变截面叶片。该组变截面叶片的型线是经过大量的气动性能实验研究后得到的，其气动性能是良好的。
2.4弯扭静叶栅
高压缸静叶全部采用弯扭造型设计，经理论分析和环型叶栅吹风试验证明，采用后加载叶型的静叶栅，其总损失系数比原设计下降25%以上。弯扭静叶片采用精密铸造工艺，叶身与两端围带铸为一体，以加强隔板的刚性。
2.5采用自带围带动叶片
采用自带围带动叶片有以下好处：
a.围带内侧可制成斜面，使子午面流道光滑，减少流动损失。
b.围带外侧可制成平面或城墙状，可增加汽封齿，减少漏汽损失。新设计机组的围带汽封由2道增加到3道或4道。
c.动叶取消拉筋，可减少流动损失。
d.动叶顶部形成整圈联接，便于调频和减少动叶应力，使运行更加安全可靠。
2.6子午面流道光滑
国内外机组的运行经验表明，子午面型线对通流效率会产生很大影响。调整通流尺寸，采用光滑的子午面通道，可使汽缸效率提高2.5%，同时动叶平均直径适当提高，使各级U/Co趋合理。
2.7增大动静轴向间隙
重新调整轴向间隙后，动叶与隔板轴向间隙放大到4mm，使机组的快速启停与调峰性能得到保证。
2.8采用径向汽封
更换转子，采用径向汽封，能很好地解决漏汽量大及动静碰磨等问题，并且对机组调峰时快速启停非常有利。
2.9性能优良的末级叶片
末级668mm长叶片是新一代产品，叶片的强度、振动特性好，气动效率高。叶片改造方案为：静叶出气角沿叶高反扭4°，下部相对径向弯曲，上部为径向，中部略有弯曲。动叶片出气角沿叶高反扭7°，准确地计算出连接件的效应后，使叶片出气角与计算结果相一致。
复合弯扭长叶片级的优越性还在于可以提高根部反动度，从而更加有效地提高级效率。根据全三维分析和多种弯曲静叶栅的吹风试验结果，采用这一匹配将使末级效率提高1.8%，改进后的末级效率比原末级效率提高5.16%，如表1所示。
表1末级叶片效率增益表
| 改造前结构 | 改造后结构 | 末级效率提高（%） |
| 等到流型 | 可控涡+弯曲静叶流型 | 1.84 |
| 静叶亚音速叶型 | 静叶跨音速叶型 | 0.60 |
| 动叶老叶型 | 动叶新型跨音速叶型 | 1.72 |
| 功角大 | 攻角小 | 0.40 |
| 拱型围带漏汽 | 自带围带封汽，紊流损失小 | 0.60 |
| 总计 | 5.16 |
3 机组改造后安全性校核及负荷适应性分析
对各级动静部分的强度进行详细的校核计算，结果表明，机组改造后的高低压缸强度安全可靠，能够保证机组长期安全运行。
a.“鱼头”叶型对进汽攻角的敏感性差，汽流进汽角范围广，在很大负荷范围内叶型损失不增加，流动稳定，不脱流，不增加激波强度，有利于机组安全运行。
b.动、静叶片轴向间隙的增加，使机组的快速启停与调峰得到了保证。
c.668mm新叶片采用可控涡设计，在顶部反动度不超过70%的情况下，可将根部反动度提高到20%以上，不仅大大减小了端部损失，而且在变负荷运行时根部不出现负反动度、大的涡流和超高的激波强度，大大提高了机组对负荷的适应能力。
4 结束语
采用当代汽轮机先进技术对老式机组通流部分进行改造，可大幅度增容降耗，延长机组寿命。对热电联供的电厂，结合通流改造，将机组改造成抽气式机组，可做到少投入，增容降耗，实现热电联供，延长机组寿命，提高机组运行可靠性和负荷适应性。
