水轮机在运行过程中,其过流部件表面常常会被水流中挟带的泥沙颗粒碰撞和击打,造成导叶及转轮表面凹陷、坑洼,严重时甚至会断裂。水轮机组在日积月累的磨损下,过流部件表面的损伤破坏愈发严重,导致机组效率下降,运行安全、稳定性降低,检修周期也因此受到影响,从而造成极大的经济损失。目前水轮机的设计均是以清水为基础条件,其内部流场特性与沙水条件下相比,存在较大差异,对于水轮机泥沙磨损尤为严重的转轮及活动导叶,微小的差异将导致部件表面流速相差甚大,从而使得其泥沙磨损问题变得更加严重以及难以预测。新疆克孜勒苏河流域多年来一直以多泥沙著称,其挟带的沙粒棱角分明,硬度较大,修建于其内的水轮机组一直遭受着泥沙冲刷,尤其是即将修建的额定水头高达250m的夏特水电站,其泥沙磨损问题必将极为严重,因此针对该电站的泥沙磨损情况进行试验预估是非常有必要的,主要研究成果内容如下:1.根据夏特电站水文情况、泥沙真实浓度、粒径和工况,结合水力机械泥沙磨损机理,搭建了拟选水轮机的泥沙磨损试验系统。2.基于夏特电站混流式水轮机全流道内部沙水流场的仿真流动计算结果,制定了拟选水轮机导叶泥沙磨损试验方案。提取导水机构沙水速度场周围流线作为导叶试验流动边界,据此设计了试验段过流通道,采用运动相似制作水轮机导叶绕流试件,使导叶的试验流场与真实情况更为接近。3.基于夏特电站水轮机全流道内部沙水流场的仿真流动计算结果,制定了拟选水轮机转轮叶片泥沙磨损试验方案。根据计算结果,预估出了夏特电站水轮机转轮泥沙磨损最为严重的区域为转轮下环流面,将这一区域实际三维流面转换成二维流面,取流面上的单流道作为试验流道,使水轮机转轮叶片贴近真实绕流分布,并根据真机工况的导叶开度和流量来设计流动条件,形成与真实电站水轮机转轮内相似的绕流流场。4.通过3D形貌仪测试了导叶及转轮叶片试验前后的表面形貌,得到了导叶及转轮表面磨损前后的深度曲线图,获得了各测点位置的磨损深度。将导叶及转轮所测位置的磨损深度与试验段数值模拟中相应位置的泥沙速度进行非线性数据关联,得到了导叶及转轮磨损量、磨损率与绕流速度及泥沙浓度的关系曲线,拟合得到了磨损率定量计算公式。对新疆夏特水电站拟选的水轮机导叶及转轮进行磨损预估,获得了其多年磨损量,为该电站水轮机设计、导叶和转轮材质选择及检修防护提供参考。