四、優(yōu)化水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高水力性能
　　
　　1.改進(jìn)水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)
　　
　　在水輪機(jī)模型試驗(yàn)中，對(duì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行范圍及尾水管肘管進(jìn)行了深入的研究與分析，進(jìn)行了水輪機(jī)模型的清水和渾水的能量與氣蝕對(duì)比試驗(yàn)、清水流跡和渾水磨痕試驗(yàn)與修型以及流場(chǎng)壓力分布測(cè)定，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，不斷改進(jìn)轉(zhuǎn)輪(包括葉片型線(xiàn)和葉片數(shù)量)及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等過(guò)流部件的水力設(shè)計(jì)，并采用目前國(guó)際上最先進(jìn)的CFD技術(shù)ComputerFieldynamic--計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算，又稱(chēng)計(jì)算機(jī)流體仿真計(jì)算，對(duì)速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算和優(yōu)化，對(duì)各部件之間的流動(dòng)干擾進(jìn)行了分析，最大限度地減少水力損失和空化的發(fā)生，從而保證水輪機(jī)具有較高的水力性能，較好的氣蝕性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，使選用的轉(zhuǎn)輪及其過(guò)流部件適應(yīng)含沙水流條件，以達(dá)到機(jī)組水力設(shè)計(jì)在最優(yōu)工況。
　　
　　2.優(yōu)化過(guò)流部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
　　(1)適當(dāng)減小轉(zhuǎn)輪出口直徑，下環(huán)采用零錐角或小錐角。1～4號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)水口直徑6.0874ｍ，轉(zhuǎn)輪出水口直徑6.1042ｍ；5、6號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)水口直徑5.848ｍ，轉(zhuǎn)輪出水口直徑5.996ｍ。采用這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小了葉片的彎曲度，改進(jìn)了轉(zhuǎn)輪葉片出水邊與下環(huán)的連接過(guò)渡，使水流順暢，不產(chǎn)生加速突變、回流和旋渦，改善了水力性能，消除局部氣蝕，減輕葉片出水邊背面和下環(huán)內(nèi)側(cè)表面的磨蝕損壞，提高了設(shè)備本身的抗磨蝕能力。
　　
　　(2)提高水輪機(jī)導(dǎo)葉相對(duì)高度，并適當(dāng)加大導(dǎo)葉分布圓直徑。保證在一定出力條件下導(dǎo)水機(jī)構(gòu)有足夠的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，降低導(dǎo)葉出口流速，改善導(dǎo)葉區(qū)的流態(tài)，減輕導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的磨蝕損壞。
　　
　　(3)增加座環(huán)、頂蓋、底環(huán)的剛度，并適當(dāng)減少導(dǎo)葉上下斷面間隙的設(shè)計(jì)值和制造誤差。頂蓋和底環(huán)抗磨板采用可拆式結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)葉處于關(guān)閉狀態(tài)的各間隙部位加裝耐磨蝕的止水密封，減輕汛期水輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，導(dǎo)葉間隙射流所引起的磨蝕損壞。
　　
　　(4)提高水輪機(jī)過(guò)流部件的加工精度，提高翼型表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，降低其表面粗糙度，也從一定程度上減輕了磨蝕的影響。
　　
　　3.采用易于檢修維護(hù)的結(jié)構(gòu)方案
　　
　　本電站各機(jī)組均在水輪機(jī)室設(shè)有可拆卸的吊環(huán)，能在不拆卸發(fā)電機(jī)的情況下，在水輪機(jī)室內(nèi)整體起吊水輪機(jī)頂蓋、活動(dòng)導(dǎo)葉以及底環(huán)，并固定在發(fā)電機(jī)下機(jī)架上，從而可以方便地檢查及修補(bǔ)水輪機(jī)的上下止漏環(huán)以及轉(zhuǎn)輪葉片、下環(huán)等易磨損部位。
　　
　　五、采用優(yōu)質(zhì)的母材料和抗磨材料
　　
　　1.母材
　　
　　1～4號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為鑄焊結(jié)構(gòu)，母材為目前抗磨蝕性能較好的ZG0Cr16Ni5M0。導(dǎo)葉采用ＺＧ270－500整體鑄造。5、6號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為整體鑄焊結(jié)構(gòu)，采用ZG0Cr13Ni4M0不銹鋼材料，導(dǎo)葉采用ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼整體鑄造。
　　
　　2.抗磨材料
　　
　　1號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由于制造工期等原因沒(méi)有涂抗磨涂層。2、3號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉的過(guò)流表面均涂以具有韌性的以聚氨酯為基底的加入TiNi高硬度微粒所組成的非金屬材料耐磨涂層(俗稱(chēng)軟涂層)；導(dǎo)葉立面堆焊抗磨蝕不銹鋼，以堆焊層金屬直接接觸的方式來(lái)密封；導(dǎo)葉端面鋪焊Ｇ817材料的不銹鋼抗磨板。4號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采用環(huán)氧金剛砂抗磨涂層，并在其中4個(gè)葉片的環(huán)氧金剛砂涂層上，又涂了一層軟涂層，以試驗(yàn)軟涂層在環(huán)氧金剛砂上的黏結(jié)能力。5、6號(hào)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及葉片正壓與負(fù)壓側(cè)、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪上冠與下環(huán)止漏環(huán)、導(dǎo)葉過(guò)流面、導(dǎo)葉上下斷面、立面封水面和部分導(dǎo)葉軸頸等過(guò)流面和易磨損部位均噴涂碳化鎢抗磨蝕層(硬涂層)；固定導(dǎo)葉與上下環(huán)板之間的根部在現(xiàn)場(chǎng)噴涂軟涂層。從目前運(yùn)行來(lái)看，環(huán)氧金剛砂抗磨涂層要優(yōu)于其他兩種涂層。
　　
　　六、避開(kāi)機(jī)組振動(dòng)區(qū)域運(yùn)行
　　
　　根據(jù)水輪機(jī)特性，兩制造廠家對(duì)機(jī)組運(yùn)行給出了一定的條件，要求機(jī)組在相應(yīng)水頭允許出力的40%～100%范圍內(nèi)運(yùn)行，這種工況能保證水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，其中包括尾水管壓力脈動(dòng)、頂蓋垂直振動(dòng)、水導(dǎo)軸承的擺度以及噪聲。在相應(yīng)水頭允許出力的40%以下運(yùn)行，屬于機(jī)組振動(dòng)區(qū)域，機(jī)組振動(dòng)劇烈，水輪機(jī)磨蝕加大，對(duì)機(jī)組各零部件造成較大的損害。針對(duì)這種情況本電站主要根據(jù)水庫(kù)來(lái)水情況向山西、內(nèi)蒙古兩電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)合理的負(fù)荷，使得網(wǎng)調(diào)分配的負(fù)荷盡量在機(jī)組振動(dòng)區(qū)域之外；同時(shí)要求運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況合理分配機(jī)組之間的負(fù)荷，盡量避開(kāi)機(jī)組的振動(dòng)區(qū)域運(yùn)行或盡量減少在振動(dòng)區(qū)域的運(yùn)行時(shí)間，從而在一定程度上降低水輪機(jī)磨蝕的程度。
　　
　　采取以上抗磨蝕措施的主要目的是保證水輪機(jī)過(guò)流部件免遭嚴(yán)重危害，確保汛期正常發(fā)電，創(chuàng)造更大的效益。但是本電站機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間較短，抗磨蝕措施的效果還需隨著水庫(kù)的運(yùn)用和機(jī)組的運(yùn)行實(shí)際逐步驗(yàn)證。