前言

根据国家的《可再生能源发展十二五规划》，到2015年，全国水电装机容量将达到2.9亿kW，其中常规水电2.6亿kW，已建成常规水电装机容量占全国技术可开发装机容量的48%。

混流式水轮机结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界上应用最广的水轮机型式。随着我国设计、制造技术水平的不断进步，混流式水轮机不断朝着大容量、大尺寸方向发展，混流式水轮机的水力稳定性受到越来越多的关注，呈现出一些新问题、新情况。近些年来，国内外针对混流式水轮机的水力稳定性开展了大量的研究，尤其是我国随着龙滩、小湾、拉西瓦、三峡、溪洛渡、向家坝等一大批大型水利工程的建成发电，取得了丰硕的成果。但长期以来行业内对水力稳定性的认识并不统一，尚存在一些有待解决的问题，也没有对混流式水轮机的各种压力脉动进行系统、综合地分析，缺少对涵盖压力脉动的性质、产生机理和表现特征等全面系统的分析和研究。

在此背景下，2008年张强教授和于纪幸教授共同提议进行混流式水轮机水力稳定性研究，组织编写《混流式水轮机水力稳定性研究》专著，得到了中国电力建设集团有限公司中南勘测设计研究院与中国水利水电科学研究院的大力支持。研究内容以涡带压力脉动为中心，总结混流式水轮机的水力稳定性问题。但在研究过程中发现，探讨混流式水轮机的水力稳定性问题，不可避免地会涉及到涡带压力脉动以外的其他各种压力脉动，因此决定对各种压力脉动进行全面系统的汇总、分析，《混流式水轮机水力稳定性研究》由此应势而生。

本书属于原创性著作，主要成果包括：

（1）全面、系统地总结并阐述了涡带压力脉动的形成条件、产生机理以及特征参数，分析了涡带压力脉动对机组运行稳定性的影响，总结并提出了削弱涡带压力脉动的原则性途径及具体措施方案。

（2）研究了小开度区压力脉动和大开度区压力脉动的表现形式及其特性，分析了两种压力脉动对机组运行稳定性的影响。

（3）描述了类转频压力脉动的表现形式和由来，阐述了类转频压力脉动的基本特征和产生机理，分析了类转频压力脉动对机组运行稳定性的影响，提出了类转频压力脉动的处理措施和预防建议。

（4）综合分析了高部分负荷压力脉动的以往研究成果，针对其产生机理提出了新的看法，并引出了低部分负荷压力脉动的概念，进而阐述了其表现形式、形成条件以及产生机理。也指出了在小开度区和大开度区产生其他异常压力脉动的可能性。

（5）总结分析了转轮迷宫间隙压力脉动的产生机理和一般规律，研究了迷宫间隙压力脉动与自激弓状回旋之间的关联。

（6）介绍了卡门涡的产生机理和表现形式，分析研究了卡门涡引起机组部件或内部水体共振的作用机制，并探讨了卡门涡频率计算涉及到的参数选择等技术问题。

（7）叙述了叶片频率压力脉动的由来和种类，分析了叶片频率压力脉动对机组运行稳定性的影响，并提出了相应的预防措施。

（8）阐述了叶道涡的现象和定义，整理分析了以往的研究成果，并就塔贝拉水轮机出现的问题针对叶道涡的产生机理提出了一些新的研究成果和看法。

（9）在对上述各种表征混流式水轮机水力稳定性的压力脉动进行分析研究的基础上，对它们进行了科学、合理的分类，指出了导致其产生的共同的决定性因素和主要的影响因素，既加深了对混流式水轮机压力脉动的认识，也为更进一步的分析研究、水轮机的参数选择和机组设计选型提供了借鉴，对改善混流式水轮机水力稳定性和机组安全运行具有重要的指导意义。

《混流式水轮机水力稳定性研究》的编写由中南勘测设计研究院和中国水利水电科学研究院共同完成。本书由李启章、张强、于纪幸负责拟定撰写大纲，以及全书的统稿和最终定稿工作。本书第1章由李启章执笔，第2章由李启章、付国锋执笔，第3章、第4章由李金伟、伍志军执笔，第5章、第6章由陈柳、任绍成、郑建兴执笔，第7章至第17章由李启章执笔。撰写过程中，全体作者以高度的责任心、科学严谨的治学态度，全面收集资料、深入分析论证、反复研究探讨，历经四年多的辛勤笔耕、数易其稿，终成此书。

书中引用了众多研究单位和研究人员的试验数据、资料和已经发表的文献，充分汲取了他们有益的看法和分析意见。从这个意义上讲，这本书也是广大专业研究人员共同成果的体现。在此向这些研究单位和研究人员表示敬意和感谢！

根据中国水利水电科学研究院、中南勘测设计研究院和中国水利水电出版社共同讨论的初步出版计划，拟撰写出版《大型水轮发电机组稳定性研究丛书》。该丛书包括四本著作：《混流式水轮机水力稳定性研究》、《水轮发电机组振动研究》、《混流可逆式水泵水轮机水力稳定性研究》、《转桨式水轮机水力稳定性研究》，后三本著作将陆续撰写出版。该丛书将对反击式水轮发电机组和混流可逆式机组的稳定性进行科学、系统地深入分析研究，力求填补行业空白，促进水力发电技术发展。

编委会

2014年8月