作为轴流式水轮机最重要的部件,转桨式转轮在刚度、强度和叶片密封性能上要求很高,从而才能确保电站的稳定运行。转桨式转轮的叶片需要随着负荷变化与导水机构导叶协联动作,保证具有较高的工作效率,由于叶片需要转动,因而结构比较复杂。另外,在竞争日益激烈的水电市场,必须充分重视转轮的经济指标,在满足设计安全指标情况下,尽量增大转轮的过流量,从而有效提高机组的单位容量。以往的转桨式转轮设计结构,已经无法满足轴流新电站单位容量和早期建成电站增容改造的需求,必须提出新的设计方案和优化措施,对影响转桨式转轮性能的关键因素进行改善,使结构设计更加合理,从而有效提升转桨式转轮的工作性能。本文中以轴流式水电站中所使用的大型转桨式转轮作为研究对象,针对葛洲坝电站水轮机单位容量提升的需求,对转桨式转轮的设计方案进行革新和优化。首先,根据理论公式分析转桨式转轮运行过程中的载荷,进一步设计转桨式转轮关键部件的尺寸,通过结构型式的对比分析,确定了转桨式转轮的结构,为后续的研究工作奠定基础;其次,建立转桨式转轮体和叶片的有限元模型,采用模拟转轮运行工况的压力场,通过有限元软件ANSYS分析转轮体和叶片在不同工况下的应力分布和结构变形,从而验证所设计的转轮体和叶片具有足够的刚度和强度;然后,对叶片密封的结构型式进行研究,比较不同结构型式的优缺点,确定叶片密封的设计原则,根据转轮的结构特点确定叶片密封的结构形式;同时根据转轮体的内部空间及操作容量的变化,分析研究叶片操作机构各部件结构的合理性;最后,通过厂内预装配和操作实验,以及电站真机长期运行,验证所设计的转桨式转轮的刚、强度满足设计要求,并且工作性能良好。