2　白山电站水力开发

2.1　模型装置开发

通过CFD优化设计，研发了一套模型装置。流道部分包含蜗壳、双列叶栅、尾水管、泄水锥、转轮等。水力开发技术路线如图1所示，模型装置如图2所示。

2.2　模型转轮开发

白山电站共开发了2个转轮，在叶片型式、叶片数、叶片轴面形状（图3）、叶片延展度、叶片厚度规律、进出口角匹配关系等均有不同。针对运行稳定性，模型转轮开发的基本原则如下：

（1）消除运行范围内高部分负荷压力脉动。

1）通过降低转轮的最优单位转速、最优单位流量来降低转轮最优工况的比转速，比转速的降低不仅利于改善水轮机运行过程中的压力脉动，而且利于改善运行范围内的高部分负荷压力脉动[8-10]。

2）空化对高部分负荷压力脉动影响显著，通过CFD调整叶片的压力分布来提高空化性能，消除高部分负荷压力脉动。

3）采用不同形状泄水锥改善压力脉动幅值，削减高部分负荷压力脉动的能量。

（2）拓宽稳定运行区域。

1）通过适当加大负倾角趋势，减小最优点单位流量，使转轮额定点的单位流量与最优点单位流量的比值加大，来拓宽稳定运行区域。

2）叶栅稠密度和转轮叶片出口环量分布规律的优化，有利于降低压力脉动，改善空化性能，扩大了稳定运行的范围[11]。

3）对转轮叶片的进水边和出水边进行修型，使效率圈向水平方向扩展，扩宽高效区，运行范围更优，高水头区运行稳定。

（3）提高空化性能。

1）优化转轮叶片厚度变化规律，改变转轮叶型几何形状尤其是叶片进水边和出水边附近叶型，优化转轮叶片的压力梯度分布，改善空化性能。

2）优化合理进出口环量的分布规律，提高叶片表面最低点压力，降低单位面积上的压力负荷，使叶片低压区的压力梯度变化更为均匀，根本上消除局部空化区域，从而减小空化系数。

3）采用高清流态成像观测技术，可以观测转轮进出口流态，包括正背面脱流、叶道涡、涡带、空化等情况。确保在高水头区域内叶片吸力面不出现空化和脱流，在低水头区域内叶片压力面不出现空化和脱流，在保证的运行范围内不出现发展的叶道涡和可见卡门涡。

（4）提高转轮的疲劳寿命和抗裂纹能力。

1）采用合理叶片翼型，优化叶片表面压力分布规律，对高应力区的叶片翼型进行适当的改型，降低此处的叶片应力幅值，避免应力集中，提高叶片应力的安全系数，改善转轮的抗裂纹能力，提高转轮的使用寿命，防止产生裂纹。

2）对叶片根部和叶片出水边与上冠及下环的结合处进行适当处理，如加三角块。改善应力分布，在优化设计阶段对各部件进行详细的刚强度校核计算，提高转轮的安全裕量。

3）降低水轮机的比转速和增大转轮的出口直径，降低叶片出口及表面的相对流速，改善活动导叶翼型，提高水轮机的抗泥沙磨损能力。