随着世界科技的进步与经济的发展，现代涡轮设计朝着两个方向发展，其一；更高的涡轮前温度，增大涡轮机械的单机功率；其二；更高的涡轮的级负荷，从而以达到减少涡轮级数、获得更大的经济效益的目的。高负荷涡轮相对于传统涡轮，单级负荷更大、做功能力更强，可以同时满足经济效益与做功能力的双重要求，成为近年来的发展趋势。对于向心式透平，由于其较轴流式有结构简单、经济性好等优点，近年来被广泛关注。为了进一步提高向心式透平的做功能力，采用高负荷方法设计的向心涡轮便应运而生，本文所设计的向心涡轮也正是在这一大趋势下。本文在现有三级向心涡轮的基础上，采用高负荷设计方法，改型设计了一台单级大功率的向心涡轮并同时研究高负荷向心涡轮的特性。首先，本文在原有数据的基础上研究了高负荷一维设计主要内容包括热力学计算以及相关参数的选取、设计和涡轮总体参数设计等工作。在一维设计的基础上，研究了高负荷向心涡轮叶片造型的方法，对于高负荷向心涡轮一般都会出现跨音速现象，本文着重研究了跨音速向心导叶的设计方法，以及跨音速导叶造型过程中重要参数对涡轮性能的影响。本文继续研究了高负荷向心透平的叶轮设计相关技术，叶轮最佳稠度选取方法，以及不同稠度对涡轮性能的影响。最后，研究了先进叶型对高负荷向心涡轮的性能影响。通过使用大小叶片结构，提高了涡轮的做功能力和效率，并研究了不同小叶片形状、位置参数对涡轮性能的影响，得出高负荷向心涡轮大小叶轮设计的最佳方法。