铁吾水电站位于青海省黄南藏族自治州同仁县境内,其2#机组为HL220-WJ-71水轮机。由于已经运行了20来年,机组设备在性能和结构方面都已陈旧、事故增多、检修频繁。长期运行已使过流部件磨损,特别是转轮、导叶等部件,由于空蚀和磨损,叶型遭到破坏,且在叶片表面产生不同程度的裂纹。原配1250KW发电机先期已增容达到了1600KW,为充分利用水能资源和发电机容量,电站希望在引水渠道扩容整修的同时,对2#机组转轮进行增容改造,同时探究造成叶片表面裂纹的原因,以期达到增容增寿的目的。本课题以铁吾电站2#机组HL220-WJ-71水轮机为原型,进行水轮机全流道各个通流部件的三维建模,通过计算比较,选择了适合混流式水轮机内部流动的湍流模型和流场计算算法；通过切割转轮叶片出水边的方法,利用CFD技术研究机组在几种计算工况下改造前后不同切割量时外特性以及内特性的变化规律,依此确定转轮叶片沿出水边的切割量并应用于电站的改造实践,使机组效率下降不大的情况下,出力增加到1337.8KW；并根据流场计算的结果,利用有限元技术分析改造前后叶片的静强度以及流固耦合下转轮的前八阶模态固有频率,发现铁吾电站2#水轮机转轮的一阶频率与导叶出口脱流引起的脉动频率较为接近,卡门涡的频率与转轮叶片的高阶频率较为接近,存在较大的危害性,由此得到,造成转轮叶片表面出水边上冠附近以及进水边靠近下环处产生横向裂纹的原因,是作用在叶片上的稳定应力和振动交变应力对叶片材料的累计损伤造成的微裂纹和裂纹的扩展。本课题所采用的方法为老电站设计参数标准低的水轮机增容增寿改造提供了有益的参考。