水资源是一种清洁能源,目前,全球大多数国家致力于开发水力资源,特别是水力发电项目。随着时代进步,水轮机的尺寸和出力逐渐增大,随之水力稳定性问题日渐变为重要,成为影响电站机组安全运行的重要因素之一。红石电站水轮机是我国在八十年代设计制造的最大的轴流定桨式水轮机,运行多年来,稳定性问题逐渐突出,需要以当今的技术对水轮机进行改造,提高水轮机的水力稳定性。本文以红石电站轴流定桨式转轮改造科研项目为依托,系统阐述了轴流定桨式转轮水力稳定性的设计及相应的成果。本文结合原始转轮A1的水力计算结果、模型试验结果,对叶片进、出口角,叶片安放角以及厚度等参数进行优化设计,在保证效率性能、空化性能的基础上,着重对转轮的压力脉动性能进行考虑,在水力设计过程中,进行了A2、A3、A4的优化设计,着重优化影响压力脉动性能的叶片背部脱流空化,并达到预期的优化设计结果。在优化设计中,借助高水头水力机械试验台进行综合性能测试,试验研究包括效率试验、空化试验、压力脉动试验、转轮的流态观测等。模型试验结果表明优化设计后的水轮机转轮效率得到了提高,尤其是压力脉动性能和叶片的背部脱流空化得到了很大的改善。改造后真机投入运行,对改造后的A4真机进行试验。对其结果进行分析,新转轮A4过流比旧转轮A1平稳,提高了机组运行时的稳定性。由于轴流定桨式机组固有的局限,要想通过改造大大减小压力脉动是不现实的,从水力因素上提高稳定性并消除引起叶片裂纹的因素,从导致作用于叶片上高频率交变应力的背部脱流空化上着手是正确的。A4叶片背部脱流空化现象减弱,最终证明水力研究方向的正确以及改造结果的成功,并且水力计算、模型试验、真机试验三种水力研究手段的充分结合运用,为今后相类似的改造优化设计提供了一种值得借鉴的方法和思路。