1　概述

在多泥沙河流上运行的水轮机通常存在泥沙磨损问题，泥沙磨损是指水流中所挟带的泥沙颗粒对水轮机过流部件表面材料所造成的损坏。泥沙磨损会直接造成机组效率下降，侵蚀导叶、转轮等过流部件的材料产生沟槽、鱼鳞坑等表面破坏，严重的甚至导致部件穿透性破坏，造成机组或部件失效。泥沙磨损还可能引发机组流道的改变，恶化机组内的流动，产生振动、噪声等不稳定现象。

我国是遭受水轮机泥沙磨损破坏最严重的国家之一。中国11条主要河流多年平均年输沙量约16.9亿t，其中仅黄河、长江的年输沙量就高达15.2亿t[1]。2000年以来，我国加快兴建水电工程以应对能源短缺问题，全国水电装机容量（2016年年底）突破3.3亿kW。据估计，我国有3000万～4000万kW装机容量的水轮机存在严重的泥沙磨蚀问题[2]。特别是我国早期建成的水电站，如黄河三门峡水电站、刘家峡水电站，长江葛洲坝水电站等，由于缺乏设计建造经验和水轮机选型不合理等原因，泥沙磨损问题突出，尤其是三门峡水电站，由于泥沙磨损问题水轮机需要经常性停机大修并避开汛期运行，1979年停机时间占全年总时数高达53%[3]，由此带来的大量弃水和高额的维护成本严重影响电站的效益。

在中国以外，亚洲的其他地区和南美洲地区也广泛面临着水轮机泥沙磨损的问题。这些地区的水电站多为径流式电站，河流中高浓度的硬质颗粒（石英等）对水轮机过流部件造成严重的破坏。相关的文献介绍了水轮机磨损的情况，如印度Maneri Bhali StageⅡ（MB-Ⅱ）水电站装机容量为76MW×4，水轮机经过5600～8900h运行后均磨损破坏严重，转轮、导叶及其上/下环、迷宫环等部件有穿透性及大面积破坏，其中1号机组转轮失重1475kg，磨损还导致机组效率降低[4]；南美洲的秘鲁Cahua水电站装有2台22MW的混流式水轮机组，由于泥沙磨损严重，水轮机固定导叶进口发生严重的沟槽型磨损，活动导叶表面发生沟槽型和鱼鳞坑型磨损，转轮叶片进口下环处有较深的沟槽破坏，叶片出水边近下环处有局部穿透性破坏[5]。

水轮机磨损是多种因素共同作用的结果，这些因素包括泥沙特性、流动条件和材料性质等，其中水沙流动特性是重要的影响因素。本文介绍了水轮机泥沙磨损研究中关于水沙流动特性对水轮机磨损影响的研究进展情况。目前通过建立一些数学模型可以对磨损进行估算，或者以CFD技术模拟颗粒运动以预测磨损区域等，但是水沙两相流动规律、泥沙-材料作用机制及材料磨损的精准预估等问题仍有待更深入的研究。