随着水力资源开发的深入发展,冲击式水轮机组正被世界各国逐渐重视。冲击水轮机是我国未来超高水头水电站重点开发对象,目前国内多家公司已经开始大力发展冲击式水轮机的设计工作。冲击式水轮机模型试验台是验证冲击式水轮机设计最有效的方法,然而过去的冲击式模型水轮机喷嘴开口是通过人工控制的,不仅开口控制精度较低,而且工作效率低下。为开发高性能的冲击式水轮机,必须研制高精度的专用试验台,而冲击式水轮机试验台的核心部分就是流量的精确控制。针对某电站模型验收试验项目,本文着眼于冲击式水轮机专用试验台的研制,设计开发具有自主知识产权的高精度多喷嘴伺服控制系统,实现喷嘴的自动化控制、高精度的位移控制。本文具体研究内容如下:针对哈尔滨大电机研究所冲击式模型水轮机试验台,采用电液伺服原理完成多喷嘴伺服系统设计,其中主要包括喷嘴伺服液压结构设计、喷嘴控制系统机械部分设计以及控制系统的控制部分设计。为了验证多喷嘴控制系统的正确性,建立多喷嘴电液伺服液压控制系统数学模型,采用图形编程语言Lab VIEW完成控制系统的仿真。针对单喷嘴位移调节的高精度要求,设计遗传算法优化PID控制器并进行相关仿真,进而进行不同供油压力工况下的快速性、稳态误差以及跟随性等特性试验。试验结果表明该伺服液压控制系统可实现多喷嘴同时控制,并且稳态误差控制在0.05mm以内,大幅度提高流量控制精度以及试验人员工作效率。针对厄瓜多尔某水电站冲击式水轮机项目,采用CFD数值模拟技术,建立冲击式水轮机数学模型,完成网格划分,并进行配水环管、喷嘴射流、水轮机水斗等部件数值模拟分析,验证冲击式水轮机设计的正确性。利用高精度多喷嘴控制系统,对该项目冲击式模型水轮机进行模型试验研究,完成效率、飞逸转速以及流态观测试验,验证数值模拟的合理性。试验结果表明在不同喷嘴个数的匹配关系下,模型水轮机最优效率均在90%以上。厄瓜多尔某水电站冲击式模型水轮机各项性能指标满足电站需求,顺利完成模型水轮机验收试验。