四、優(yōu)化水力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高水力性能
　　
　　1.改進水輪機的水力設(shè)計
　　
　　在水輪機模型試驗中，對轉(zhuǎn)輪運行范圍及尾水管肘管進行了深入的研究與分析，進行了水輪機模型的清水和渾水的能量與氣蝕對比試驗、清水流跡和渾水磨痕試驗與修型以及流場壓力分布測定，經(jīng)過多次試驗，不斷改進轉(zhuǎn)輪(包括葉片型線和葉片數(shù)量)及導水機構(gòu)等過流部件的水力設(shè)計，并采用目前國際上最先進的CFD技術(shù)ComputerFieldynamic--計算機流體動力學計算，又稱計算機流體仿真計算，對速度場和壓力場進行了計算和優(yōu)化，對各部件之間的流動干擾進行了分析，最大限度地減少水力損失和空化的發(fā)生，從而保證水輪機具有較高的水力性能，較好的氣蝕性能和運行穩(wěn)定性，使選用的轉(zhuǎn)輪及其過流部件適應(yīng)含沙水流條件，以達到機組水力設(shè)計在最優(yōu)工況。
　　
　　2.優(yōu)化過流部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　
　　(1)適當減小轉(zhuǎn)輪出口直徑，下環(huán)采用零錐角或小錐角。1～4號水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑6.0874ｍ，轉(zhuǎn)輪出水口直徑6.1042ｍ；5、6號水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑5.848ｍ，轉(zhuǎn)輪出水口直徑5.996ｍ。采用這些結(jié)構(gòu)設(shè)計減小了葉片的彎曲度，改進了轉(zhuǎn)輪葉片出水邊與下環(huán)的連接過渡，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)提高水輪機導葉相對高度，并適當加大導葉分布圓直徑。保證在一定出力條件下導水機構(gòu)有足夠的過水斷面面積，降低導葉出口流速，改善導葉區(qū)的流態(tài)，減輕導水機構(gòu)的磨蝕損壞。
　　
　　(3)增加座環(huán)、頂蓋、底環(huán)的剛度，并適當減少導葉上下斷面間隙的設(shè)計值和制造誤差。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，減輕汛期水輪機停機狀態(tài)下，導葉間隙射流所引起的磨蝕損壞。
　　
　　(4)提高水輪機過流部件的加工精度，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.采用易于檢修維護的結(jié)構(gòu)方案
　　
　　本電站各機組均在水輪機室設(shè)有可拆卸的吊環(huán)，能在不拆卸發(fā)電機的情況下，在水輪機室內(nèi)整體起吊水輪機頂蓋、活動導葉以及底環(huán)，并固定在發(fā)電機下機架上，從而可以方便地檢查及修補水輪機的上下止漏環(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號水輪機轉(zhuǎn)輪為鑄焊結(jié)構(gòu)，母材為目前抗磨蝕性能較好的ZG0Cr16Ni5M0。導葉采用ＺＧ270－500整體鑄造。5、6號水輪機轉(zhuǎn)輪為整體鑄焊結(jié)構(gòu)，采用ZG0Cr13Ni4M0不銹鋼材料，導葉采用ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼整體鑄造。
　　
　　2.抗磨材料
　　
　　1號水輪機轉(zhuǎn)輪由于制造工期等原因沒有涂抗磨涂層。2、3號水輪機轉(zhuǎn)輪及導葉的過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(俗稱軟涂層)；導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密封；導葉端面鋪焊Ｇ817材料的不銹鋼抗磨板。4號水輪機轉(zhuǎn)輪采用環(huán)氧金剛砂抗磨涂層，并在其中4個葉片的環(huán)氧金剛砂涂層上，又涂了一層軟涂層，以試驗軟涂層在環(huán)氧金剛砂上的黏結(jié)能力。5、6號水輪機轉(zhuǎn)輪及葉片正壓與負壓側(cè)、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪上冠與下環(huán)止漏環(huán)、導葉過流面、導葉上下斷面、立面封水面和部分導葉軸頸等過流面和易磨損部位均噴涂碳化鎢抗磨蝕層(硬涂層)；固定導葉與上下環(huán)板之間的根部在現(xiàn)場噴涂軟涂層。從目前運行來看，環(huán)氧金剛砂抗磨涂層要優(yōu)于其他兩種涂層。
　　
　　六、避開機組振動區(qū)域運行
　　
　　根據(jù)水輪機特性，兩制造廠家對機組運行給出了一定的條件，要求機組在相應(yīng)水頭允許出力的40%～100%范圍內(nèi)運行，這種工況能保證水輪機穩(wěn)定運行，其中包括尾水管壓力脈動、頂蓋垂直振動、水導軸承的擺度以及噪聲。在相應(yīng)水頭允許出力的40%以下運行，屬于機組振動區(qū)域，機組振動劇烈，水輪機磨蝕加大，對機組各零部件造成較大的損害。針對這種情況本電站主要根據(jù)水庫來水情況向山西、內(nèi)蒙古兩電網(wǎng)調(diào)度申請合理的負荷，使得網(wǎng)調(diào)分配的負荷盡量在機組振動區(qū)域之外；同時要求運行人員根據(jù)實際情況合理分配機組之間的負荷，盡量避開機組的振動區(qū)域運行或盡量減少在振動區(qū)域的運行時間，從而在一定程度上降低水輪機磨蝕的程度。
　　
　　采取以上抗磨蝕措施的主要目的是保證水輪機過流部件免遭嚴重危害，確保汛期正常發(fā)電，創(chuàng)造更大的效益。但是本電站機組投產(chǎn)時間較短，抗磨蝕措施的效果還需隨著水庫的運用和機組的運行實際逐步驗證。