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　　众所周知，水轮机转轮水电站的核心设备。水轮机的水力性能、振动与空化主要取决于转轮性能，转轮性能的优劣对合理开发利用水能、保证电网可靠性方面有着巨大影响。因此，对老的水轮机转轮的更新改造势在必行。通过对水轮机转轮的改型，可提高机组效率，增加电站容量，改善机组运行的安全稳定性。建国以来，我国水电建设取得了巨大成就，据统计我国常规水电装机容量已达到7700×104ｋＷ，其中，中小型水电站4．5×104余座，拥有机组7×104余台，总装机容量达2020×104ｋＷ，有近一半为50～60年代制造的设备。由于当时条件限制，这些电站的水轮机多数是应用前苏联40～50年代的技术，制造技术落后，效率较低，过流能力差，总的能量指标偏低。论文指导加上大部分国产机组生产于特殊年代，不按电厂各种条件而硬性套用定型图纸，或仅按模型试验的特定角度硬性规定设计，致使原来水力效率不高的转轮又偏离了高效率区。还有性能指标较低，如高效区狭小、振动区范围大、空化性能差等，对机组的安全稳定运行产生了严重的影响，很大程度上降低了电站设备的运行管理水平和效益。

　　从我国水电事业的发展现状来看，大批水电站存在的主要问题及产生的严重后果主要是长期以来水轮机转轮的设计制造与使用条件相脱节，主要表现在下面几个方面：

　　（１）水轮机转轮效率低。水轮机效率是水轮机性能的重要指标，据统计从50年代至今，水轮机效率每10年提高一个百分点，我国有一大批机组水轮机转轮系国内50、60年代产品，与90年代国内外先进转轮相比，差距很大，真机效率约低2％～5％以上。造成可利用能源的巨大浪费。

　　（２）水轮机与水轮发电机选型不合理。“六五”以前安装的水轮发电机组，由于设计条件限制，有些电站选择水轮机与发电机偏于保守，使水能不能充分利用，有些电站选择水轮机与发电机容量匹配不当，从而大大限制了机组出力。

　　（３）水轮机运行可靠性差。水轮机受当时设计、制造水平限制，水轮机抗空化、抗磨损、抗振动性能差，经几十年运行，一些机组空化、磨损、振动严重，运行条件恶劣、事故隐患不断增加。严重影响水轮机的可靠运行。

　　（４）自然条件的变化。近年来随着经济的发展，有些电站的上游大力发展耗水量较大的农业企业，工农业用水量突飞猛进。另外，随着人们生活质量的提高，生活用水、环境用水、生态用水等过去设计电站时忽略的部分消耗也一天比一天增多。这样部分水轮发电机组经几十年投运，上、下游水位已发生较大变化，原有转轮运行已大大偏离设计工况，甚至无法正常运行。

　　综上所述，８０年代以前建设的一大批电站，由于机电设备落后，技术老化，机组设计水平低，制造工艺差，技术参数低。以及部件老化机组出力受阻和自然条件的变化，已不能充分利用已开发的水力资源，从而造成水力资源的再度浪费。再加上电网调峰的迫切需要。如何提高已开发的水力资源的经济效益和社会效益成为许多老水电厂面临的重大课题。

　　从技术上来说，近年来计算机与计算技术、流体机械三维流动分析与设计理论、通讯与传感器技术、现代控制理论和机械加工技术等都已取得了很大的进步。使得现代转轮的设计、测试和制造方面都取得了长足的进步。这些新的技术主要表现在：

　　（１）数值模拟技术。五六十年代，混流式转轮的设计基础是本世纪初罗伦兹提出的通流理论，即假定转轮中的叶片数无穷多，无限薄，这样将三维流动简化成轴对称流动。从80年代以后，随着计算机技术和计算流体动力学的迅速发展，水力机械过流部件的三维流动分析、三维设计和优化算法都有了长足的发展，已成为过流部件水力设计与流动分析的重要工具。目前，仅在水轮机研究领域就有清华、哈电和东方厂等国内近十家单位引进了先进的ＣＦＤ分析软件。

　　如哈电，利用ＣＦＤ分析软件进行模型转轮开发，完成了三峡右岸转轮的转化设计，对丰满、新安江、丹江口、东江、乌溪江等一批老电站改造项目进行数值模拟和优化，完成了洛溪渡、水布垭、小湾、龙滩、公伯峡等电站水轮机的水力设计。东方厂利用ＣＦＤ技术开发出福堂电站用Ｄ307模型转轮，其最高效率为94．43％。空化性能也很高，其空化系数δ＝0．047，飞逸转速特性最大为106．4ｒ/ｍｉｎ，最大压力脉动混频双振幅值为5．5％。