叶道涡是混流式水轮机偏离最优工况后产生的一种空化现象,是除尾水管涡带和卡门涡列外,又一种可引起水轮机振动的水力不稳定因素。当混流式水轮机偏离最优工况时,水流在转轮叶片上冠进口边后产生脱流漩涡,形成叶道涡。叶道涡发展到一定程度时会引起水轮机的水力振动。当振动超过允许值,尤其是长期处于振动状态,甚至与水轮机零部件产生共振时,会严重威胁到水电站机电设备的安全稳定运行。水轮机转轮是把水能转化为旋转机械能的装置,是水轮机的核心部件。水流从蜗壳及固定导叶流出,绕流活动导叶、转轮叶片,并在转轮流道内形成复杂的流态变化,产生作用力矩,实现能量转换。由水流对转轮的作用原理可知,转轮进口处水流速度的大小和方向对转轮内部流场的变化有着重要影响。本文针对西南某水电站混流式水轮机在高于额定水头满负荷下产生水力振动的情况,进行了以下研究:(1)叶道涡为振动产生的原因的论证:运用特性曲线分析法,根据电站运行资料及现场试验数据,选取部分振动工况点标注在运转特性曲线图上,得到振动工况点均位于特性曲线上的叶道涡区域中;运用ANSYS软件,对振动工况和正常运行工况下的转轮流道间流体的流动情况进行了CFD数值模拟对比分析,结果表明振动工况下转轮叶片间存在明显的叶道涡流,正常运行工况下涡流较少。本部分的研究工作论证了该电站水轮机振动是由叶道涡引起的,且该叶道涡为产生于叶片背面后的高水头叶道涡。(2)叶道涡减轻研究:以水轮机出力20.619 MW、净水头62.59 m下的工况为例,选取修改转轮叶片头部型线的方案进行叶道涡减轻研究。基于转轮进口速度三角形分析法,对叶片头部进行了两次切割,调整叶片进口边位置,减小了叶片进口水流冲角。对研究工况下叶片头部改型前后的流场进行了CFD数值模拟,并在叶片背面后设置监测点,通过对流线图、云图及监测点处的压力、速度、湍流动能值的分析比较,可得该方案改善了转轮叶片背面后的脱流漩涡,减少或局部消除了叶道涡。通过以上研究工作,系统地论证了叶道涡是该电站水轮机产生振动的根源,且叶片头部改型的方法是可以减轻叶道涡的。该研究对解决水电站水轮机振动问题具有一定的参考价值,也对西南该电站水轮机叶道涡的减轻进行了有效的探索,提供了一种研究方法。