安康水电站建于上世纪八十年代,经过多年运行,设备老化问题日益严重,机组运行过程中,暴露出众多问题,严重威胁机组设备的运行安全,因此,安康水电站机组改造势在必行。本文系统地研究了国内外水轮机改造方面的研究进展,指出了当前水轮机改造过程存在的问题及遇到的一些挑战,着重介绍了当前国内外的在水轮机数值计算领域一些研究进展,指出了进行水轮机改造的必要性和可行性。针对安康水电站水轮机运行的具体问题,本文通过数值模拟分析的方法从多个设计方案中选取最优的设计方案,将最优的设计方案和原型水轮机进行了数值模拟研究,分别从蜗壳、双列叶栅、转轮及尾水管等方面将数值计算结果进行了对比。对优化前后的整机装置水力损失进行了比较分析,结果显示优化后的整机的水力损失较优化前的水力损失略高,其差值在0.2%左右。综合优化前后的水轮机的数值计算结果,优化后的水轮机各方面性能均优于优化后的水轮机。对优化后的水轮机进行了模型试验,分别进行了能量实验、空化试验、流态观测试验、压力脉动试验等试验。试验结果显示优化后的水轮机转轮的最优效率达到94.50%,压力脉动水平突出,整个运行范围无叶区最大压力脉动7%,尾水管最大压力脉动9.5%,而且都发生在最低水头57 m,这个水头段最低压力脉动多在12%附近。在额定水头保持76.2 m不变的情况下,水轮机出力从204 MW增大到224.4 MW,增加幅度达10%。试验证明安康水电站水轮机的改造是成功的。