灯泡贯流式水电站是开发低水头水力资源的较好方式,而且效率高投资低,近年来发展较快。相对于低水头贯流式水轮机,高水头贯流式水轮机具有水头变幅荡涤,内部压力、速度等参数梯度变化大等特征,运行稳定性差,水力开发难度大。本文以具体的水电站工程为背景,依次开展了水电站水轮机的选型、模型机组水力开发、改型及水轮机模型试验等工作,为工程提供一个可行的技术方案。首先,目标电站运行水头范围为9.4m至23.36m,经过多方案的对比分析,考虑到单位流量及转速、转轮直径、水力效率、工程投资等因素,优先考虑5叶片的灯泡贯流式水轮发电机组,机组台数为两大一小三台机方案,两种机型的吸出高度分别为-5.8m与-3.8m。其次,根据贯流式水轮机水力开发的技术特点,进行水轮机的水力开发设计。转轮设计过程中需要注意叶片出口段曲率变化尽量平缓,调整叶片进水边的安放角和叶片扭角的搭配从而抑制脱流和空化。设计计算结果表明,最优工况下,转轮叶片压力均匀变化,然而叶片轮毂附近出现低压区,容易形成空化。进一步,采用参数样条曲面对转轮叶片进行了改型,改型后的最高效率提高了0.7%,叶片头部入流条件、尾水管内部流动等均有所改善。最后,开展水轮机能量实验、空化试验、压力脉动实验以及飞逸试验研究。实验结果显示:整个运行范围内,试验模型水轮机具有宽广的高效率区,水轮机原型最高效率为95.14%,相应的模型水轮机最高效率为93.83%。在主要运行水头范围内,临界空化裕量均大于1.23,压力脉动混频比值AH/H%均小于3%。此外,非协联工况下的最大单位飞逸转速均小于保证值。水轮机模型试验结果表明,所开发设计的贯流式水轮机,具有较优的性能,各项技术参数指标均满足工程技术要求。