稳定性是评价水轮机综合性能的重要指标之一,转轮的轴向水推力和转轮间隙内部流动特性是影响水轮机稳定运行的重要因素。高工作水头低比转速的混流式水轮机,其转轮泄漏量大小还直接决定机组的容积效率。本文以国内某超高水头混流式水轮机为研究对象,对不同工况下水轮机转轮上冠下环间隙的内部流动与水推力的相关性进行详细的研究,并从间隙密封的结构类型、数量和布置方式出发,对转轮间隙密封内部流动进行了数值模拟分析,认知其内部流动特性和对泄漏量的影响。研究结果表明在特定的转轮间隙结构条件下,作用在转轮上冠流道内承压面上的水推力与作用在下环间隙承压面上的水推力相差不太大,即作用在转轮上冠流道与下环间隙流道的水推力合力值分布在零轴附近,水推力合力方向向上向下均有。可见合理的转轮上冠、下环间隙结构能较好地平衡转轮上冠流道与下环间隙流道的水压力。同时在不同间隙尺寸条件下,各工况点对应的最小水推力出现率相差不大,最大水推力出现率随转轮间隙尺寸增加而增大。最后对几种典型的转轮间隙密封结构及派生组合进行了研究,为密封结构的选取与设计提供一些参考性结论。从布置方式来看,不同的间隙结构布置形式对流体的阻滞效果并不明显,工程上可以采取易加工且成本低的布置方式;从间隙的结构形式来看,内部流动形成双涡的间隙密封结构,利用涡的阻滞和能量耗散的效果来起到密封作用;间隙结构分布数量的选择与内部流动情况有着密切关系,在间隙结构分布数量较少时,内部流动形成单涡的间隙密封结构密封效果较好,在间隙结构分布数量较多时,内部流动形成双涡的间隙密封结构密封效果更好;理论计算所得的最优密封间隙宽度值比实际工程采用的宽度值要小。