水輪機畢業(yè)設計畢業(yè)論文

1、摘 要本次畢業(yè)設計的主要內容是對越南dongnai5電站水輪機進行結構設計。設計主要途徑是在給定dongnai5電站水輪機型號和轉輪標稱直徑等基本參數(shù)的前提下，通過查閱相關資料進行結構設計。以cad軟件為平臺，繪制總裝配圖、導水機構裝配圖、導葉布置圖和控制環(huán)零件圖。關鍵詞：dongnai5電站，水輪機結構，cadabstractthe main contents of this graduation adsign are the vietnam dongnai5 hydropower plant hydraulic turbine structural design.the main way

2、of design is with the basic paramrters of dongnai5 hydropower plant model and runner nominal diameter and accessing relevant information for the structural design.drew general assembly drawings, water guide mechanism assembly drawing,guide vane arrangement drawing and control loop parts drawing.key

3、words:dongnai5 hydropower plant, structure of hydraulic turbine, cad目 錄前言1概述1設計內容與要求21 越南dongnai5電站基本資料32 軸面流道圖43 水輪機真機運轉特性曲線63.1 等效率線的繪制63.2 等開度線的繪制103.3 真機運轉特性曲線的繪制124 埋入部件結構設計134.1 座環(huán)134.1.1 結構型式134.1.2 尺寸系列134.2 基礎環(huán)134.3 尾水管里襯145 導水機構結構設計165.1 導水機構總體結構設計165.2 導葉布置圖的繪制165.2.1 導葉翼型的確定165.2.2 導葉開度的

4、確定185.2.3 導葉布置圖以及相關曲線的繪制195.3 導葉裝置結構設計205.3.1 導葉的結構205.3.2 導葉軸套結構215.3.3 導葉軸頸的密封235.3.4 導葉的止推裝置245.3.5 導葉套筒結構255.4 導葉傳動機構設計265.4.1 導葉臂265.4.2 連接板275.4.3 叉頭285.4.4 連接螺桿295.4.5 分半鍵295.4.6 剪斷銷305.4.7 叉頭銷315.4.8 端蓋325.5 導水機構環(huán)形部件結構設計325.5.1 底環(huán)335.5.2 控制環(huán)335.5.3 頂蓋366 轉動部件結構設計376.1 轉輪結構376.2 泄水錐376.3 止漏裝置

5、386.4 主軸結構設計397 軸承、主軸密封及其它部件設計427.1 軸承427.2 主軸密封427.3 補氣裝置437.4 其他部件設計44結論、討論和建議46致謝47參考文獻4849前言概述電力是現(xiàn)代化工業(yè)生產和生活不可或缺的動力能量,水力發(fā)電是電力工業(yè)的一個門類。建國50多年來,我國的水電事業(yè)有了長足的發(fā)展,取得了令人矚目的成績。水電在我國的興起是有其深刻的背景的。我國水能資源豐富,不論是水能資源蘊藏量,還是可能開發(fā)的水能資源,在世界各國中均居第一位。但是目前我國水能的利用率僅為13%,水力發(fā)電前景廣闊。隨著我國經濟的快速增長,能源消耗總量也大幅度增長,煤炭、石油和天然氣這些常規(guī)能源的

6、消耗量越來越大,甚至需要依靠進口。水力發(fā)電經過一個多世紀的發(fā)展,其工程建設技術、水輪發(fā)電機組制造技術和輸電技術趨于完善,單機容量也不斷增大。并且水力發(fā)電成本低廉,運行的可靠性高,故其發(fā)展極為迅速。近一個世紀,特別是建國以來,經過幾代水電建設者的艱苦努力,中國的水電建設從小到大、從弱到強不斷發(fā)展壯大。改革開放以來,水電建設更是迅猛發(fā)展,工程規(guī)模不斷擴大。水輪機是一種流體機械。所謂流體機械就是以流體作為工作介質的機器。它是實現(xiàn)流體功能和熱能轉換的機械。( 熱能轉換的流體機械在此不作介紹) 。對于功和能轉換的流體機械主要分為兩大類,一類是流體能量對流體機械作功而提供動力; 另一類則是通過流體機械將原

7、動力傳遞給流體, 使流體的能量得以提高。當然還有一種液力傳動功能的機械( 如液力變矩器、液力耦合器以及流體與流體、流體與固體分離的機械) 也稱為流體機械。水力發(fā)電用的水輪機有著100 年以上的歷史，一般認為是已竭力開發(fā)的成熟機械。的確，在數(shù)十年前水輪機的效率就已達到90% ，看起來開發(fā)的余地不大。但實際上，在以計算機進行流態(tài)分析和強度分析的技術進步支撐下，水輪機的開發(fā)已達到非常先進的程度。性能的提高，不僅是簡單體現(xiàn)在效率的提高，而是更應在更寬的水頭和流量范圍內仍能穩(wěn)定和高效率的運轉。對水輪機的選型和結構設計進行研究，不僅可以使水輪機在實際運行中更加接近設計參數(shù)，同時可以對已運行的水輪機進行優(yōu)化

8、改造，消除或者減輕在運行中出現(xiàn)的問題，提高水輪機的運行效率和電廠運行的經濟性。設計內容與要求（一）根據(jù)給定的越南dongnai5電站水輪機基本參數(shù)進行水輪機總體結構設計 1.根據(jù)水輪機型號和轉輪直徑等基本參數(shù)，依據(jù)水輪機模型特性曲線，繪制水輪機真機運轉特性曲線，運轉曲線要求包括等效率線、等開度線、出力限值線，對真機的額定流量和額定效率進行校核，并在運轉曲線中標注額定工況點； 2.根據(jù)水輪機型號和轉輪直徑等基本參數(shù)，確定水輪機的主要特征尺寸，對水輪機主要部件進行結構設計； 3.根據(jù)機組型式和電站基本條件設計主軸密封和水導軸承； 4.繪制水輪機總裝配圖。 （二）導水機構傳動系統(tǒng)設計 1.根據(jù)機組的

9、型式進行導水機構傳動系統(tǒng)設計； 2.繪制導水機構裝配圖及導葉布置圖； （三）繪制控制環(huán)零件圖 （四）外文翻譯一篇 （五）成果要求1.畢業(yè)設計說明書（論文）一份 2.設計圖紙共4張。 1) 1張水輪機總裝配圖（零號）； 2) 1張導水機構裝配圖（1號）； 3) 1張導葉布置圖（2號）； 4) 1張控制環(huán)零件圖（1號）。 1 越南dongnai5電站基本資料dongnai5水電站坐落在位于越南daknong和lamdong兩省的dongnai河上，由越煤集團電力控股總公司投資2.27億歐元興建。該電站有兩臺發(fā)電機組，總裝機容量為154mw，每年將向越南國家電網輸電616gwh。該項目是越南政府電力

10、發(fā)展第七規(guī)劃的組成部分。越南dongnai5電站水輪機基本參數(shù)如下表格：表1-1 水輪機基本參數(shù)水輪機型號hlbs01-lj-407水輪機額定出力(mw)76.923最大水頭(m)60.5額定轉速(r/min)150額定水頭(m)58最大飛逸轉速(r/min)285最小水頭(m)57.5額定流量(m3/s)143.79額定效率(%)94.59最大允許吸出高度(m)-0.42安裝高程(m)224.4轉輪葉片數(shù)13導葉數(shù)242 軸面流道圖水輪機的軸面流道圖是設計水輪機最基本的依據(jù)。軸面流道圖中主要體現(xiàn)的是轉輪、導葉和尾水管過流斷面的一些重要參數(shù)。每個水輪機型號都有相應的軸面流道圖。越南dongna

11、i5水電站水輪機型號為hlbs01-lj-407，該型號水輪機的模型流道單線圖如圖2-1所示，它是個標稱直徑為0.35米的轉輪。圖2-1 hlbs01-35流道單線圖越南donnai5水電站水輪機轉輪標稱直徑為d1=4.07m=4070mm，模型轉輪標稱直徑d1=350mm,比例系數(shù)：則流道實際尺寸為：出口直徑：導葉高度：泄水錐高度：根據(jù)經驗，選取:在確定實際尺寸后，以1:1在cad中畫出其流道圖，形狀與模型流道圖一致。3 水輪機真機運轉特性曲線3.1 等效率線的繪制hlbs01-35水輪機模型綜合特性曲線如圖3-1所示。圖3-1 hlbs01-35水輪機模型綜合特性曲線在水輪機運行水頭間選取

12、5個水頭：最大水頭h1=60.5m、h2=59.5m、h3=58.5m、額定水頭h4=58m、最小水頭h5=57.5m。水輪機額定轉速：n=150r/min，效率修正值=1.5%。查文獻2p305公式（9-8）、(9-9)、（9-10），得 （3-1） （3-2） （3-3）(一) h=60.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-1所示。表3-1 h=60.5m時的數(shù)據(jù)(%)q()p(w)90.50.6854740691.50.7205037892.50.7575354693.50.8105791594.50.8656250895.50.9056609195.51.0037324894.51.0467

13、558893.51.0907793492.51.1458099191.51.1688172590.51.20083046(二) h=59.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-2所示。表3-2 h=59.5m時的數(shù)據(jù)(%) q()p(w)90.50.6914664091.50.7244940892.50.7665284593.50.8195711294.50.8726145895.50.9106481595.51.0057158294.51.0487386393.51.0967642992.51.1387850991.51.1707984490.51.20581333(三) h=58.5m，經計算，相

14、關數(shù)據(jù)如表3-3所示。表3-3 h=58.5m時的數(shù)據(jù)(%)q()p(w)90.50.7004606291.50.7304856692.50.7705178793.50.8325656294.50.8816053495.50.9156353595.51.0107013294.51.0607283393.51.1007478292.51.1437687491.51.1757817290.51.20879489(四) h=58m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-4所示。表3-4 h=58m時的數(shù)據(jù)(%)q()p(w)90.50.7034566791.50.7304794592.50.7745139093.

15、50.8385624194.50.8825982795.50.9206306595.51.0116930394.51.0527135993.51.1007382592.51.1357535991.51.1737704090.51.20578277(五) h=57.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-5所示。表3-5 h=57.5m時的數(shù)據(jù)(%)q()p(w)90.50.7054520691.50.7344758692.50.7805112193.50.8455597994.50.8895952495.50.9256259095.51.0136854494.51.0557063993.51.10072

16、87392.51.1407471591.51.1707585290.51.208774603.2 等開度線的繪制(一) h=60.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-6所示。表3-6 h=60.5m時的數(shù)據(jù)(mm)(%)q()p(w)1693.30.800570771894.70.870630031995.70.910665932095.90.955700352295.21.025746192493.81.080774672692.41.14080550(二) h=59.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-7所示。表3-7 h=59.5m時的數(shù)據(jù)(mm)(%)q()p(w)1693.10.80055548

17、1894.50.870613171995.50.910648152095.90.955683052295.11.025727002493.81.080755342692.51.13578202(三) h=58.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-8所示。表3-8 h=58.5m時的數(shù)據(jù)(mm)(%)q()p(w)1692.90.795537001894.30.865593091995.20.905626442095.80.957666612295.31.020706782494.21.080739722692.51.13576336(四) h=58m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-9所示。表3-9 h=5

18、8m時的數(shù)據(jù)(mm)(%)q()p(w)1692.80.795529561894.20.865584881995.00.905617722095.70.955656022295.31.020697742494.01.080728702692.51.13575359(五) h=57.5m，經計算，相關數(shù)據(jù)如表3-10所示。表3-10 h=57.5m時的數(shù)據(jù)(mm)(%)q()p(w)1692.70.795522161894.10.865576721994.90.905608522095.60.955646882295.31.020688742493.91.080718542692.51.1357

19、43873.3 真機運轉特性曲線的繪制選取兩個水頭hr和hmin，分別計算出他們的最大允許出力出力pr和pmin，然后過(hr,pr)和(hmin,pmin)兩點連一條直線，以此作為的出力限制線。使用cad工具繪制hlbs01-407水輪機真機運轉特性曲線，如圖3-2所示。圖3-2 水輪機真機運轉特性曲線4 埋入部件結構設計4.1 座環(huán)4.1.1 結構型式座環(huán)是反擊式水輪機的基礎部件，除了承受水壓力作用外，還承受整個機組和機組段混凝土的重量，因此要求有足夠的強度和剛度。座環(huán)的基本結構由上環(huán)、下環(huán)和固定導葉組成。根據(jù)越南dongnai5水電站的轉輪型號和設計水頭，采用帶蝶形邊的鑄鋼全焊結構的座環(huán)

20、，材料采用zg20mnsi，有24個固定導葉。4.1.2 尺寸系列查參考文獻1p105表6-15的金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列，座環(huán)的結構如圖4-1所示，其尺寸見表4-1。圖4-1 座環(huán)的結構尺寸參考文獻1表4-1 金屬蝸殼座環(huán)尺寸 （單位：毫米）d1dbdakr407054506300150350h1=b0+(1020)=1180+20=1200mm取金屬板厚度為50mm。4.2 基礎環(huán)基礎環(huán)是混流式水輪機中座環(huán)與尾水管進口錐管段相連的基礎部件，埋設于混凝土內。轉輪的下環(huán)在其內轉動。本設計中，基礎環(huán)由50mm厚的鋼板焊接而成，上法蘭面與座環(huán)用螺釘把合，下法蘭直接與尾水管進口錐段的里襯焊接。基礎環(huán)下法

21、蘭與轉輪下環(huán)間應有一定間隙，作為安裝中放置斜楔，調整轉輪水平用。查參考文獻1p126表7-4，取間隙值間=45mm，環(huán)=15mm,如圖4-2所示。圖4-2 基礎環(huán)與轉輪間隙4.3 尾水管里襯水流通過尾水管時具有一定的流速，為了防止水流沖刷混凝土造成損壞，本設計中在尾水管鋪設了里襯，里襯結構采用鋼板卷焊。由于尾水管內的水流隨著工況的變化不太穩(wěn)定，存在不同程度的振動，所以里襯壁的鋼板應具有一定的厚度，外壁加有足夠的環(huán)筋和豎筋以增加剛度，安裝中還在這些筋上焊若干拉桿或拉筋，澆灌在混凝土基礎中。里襯的厚度，查參考文獻1p123表7-2，取=14mm，如圖4-3所示。圖4-3 里襯的壁厚參考文獻1尾水管

22、進口錐管段里襯上部與基礎環(huán)相連，采用直接焊接的連接方式，上部預留100mm配割余量。5 導水機構結構設計5.1 導水機構總體結構設計水輪機導水機構主要由導葉、導葉操作機構、環(huán)形部件和軸套、密封等部件組成，導水機構的作用主要體現(xiàn)在以下四點：1. 形成和改變進入轉輪的水流流量，以改變機組出力2. 按電力系統(tǒng)所需功率調節(jié)水輪機流量3. 導葉在關閉位置時能使水輪機停止運動4. 在機組甩負荷時防止機組飛逸導葉的布置形式，按其導葉軸線的布置位置可以分為三種，圓柱式、圓錐式和徑向式。本設計選擇圓柱式導水機構。5.2 導葉布置圖的繪制5.2.1 導葉翼型的確定圓柱式導水機構的葉形，目前常用的有對稱型和非對稱型

23、（正曲率）兩種標準葉形。對稱型導葉一般使用于蝸殼具有不完全包角的高比速軸流式水輪機中；非對稱型（正曲率）導葉一般用于具有全包角蝸殼，并工作于較大開度的低比速軸流式水輪機和高中比轉速混流式水輪機中。根據(jù)越南dongnai5電站的水輪機參數(shù)，選擇非對稱型導葉葉型。非對稱型導葉的外形結構和數(shù)據(jù)尺寸，查參考文獻1p140圖8-8、表8-7。如圖5-1所示。240.1523約0.051圖5-1非對稱型導葉（正曲率）參考文獻1其中導葉數(shù)；分布園直徑；導葉臂中心線和圓切線所夾角度；導葉葉形基準線和圓切線所夾角度查文獻1p141表8-7，得到導葉葉形斷面尺寸，如下表5-1所示。表5-1 導葉葉形斷面尺寸 （單

24、位：毫米）45822481.721.284.137.383.150.776.557.469.061.211855.545.26.73544.8140120279352317669208通過上表，設計出導葉葉形，導葉材料采用zg20mnsi整鑄，如圖5-2所示。圖5-2 導葉葉形5.2.2 導葉開度的確定參照文獻1p144公式,將模型綜合特性曲線的模型開口值換算得到真機導葉的最優(yōu)開口，最大開口和最大可能開口。上式中下標m表示模型值。最優(yōu)開口取設計水頭下的單位轉速與最優(yōu)效率點對應的開口值為最優(yōu)開口。設計水頭下的單位轉速： （5-1）根據(jù)模型綜合特性曲線（圖3-1），則真機 （5-2）最大開口取設計

25、水頭下發(fā)額定出力時的開口值為最大開口。額定出力下，設計水頭所對應的流量為： (5-3)單位流量 (5-4)查曲線得，則真機開口 (5-5)最大可能開口取 (5-6)5.2.3 導葉布置圖以及相關曲線的繪制取a0=0,100,200mm，再加上上面的三個開度，繪制導葉布置圖，如圖5-3所示。圖5-3 導葉布置圖接力器行程s、隨a0變化的關系曲線、和，如圖5-4所示。圖5-4 s、與a0的關系曲線5.3 導葉裝置結構設計5.3.1 導葉的結構導葉的結構與導葉套筒、軸套、密封等形式有關。目前常用的帶有套筒。中軸頸采用“l(fā)”形密封，下軸頸采用“o”形密封的導葉結構，如圖5-5。圖5-5 導葉結構圖參考

26、文獻1根據(jù)參考文獻1，選擇導葉軸頸為115mm。查文獻1p146表8-9，選擇導葉的相關尺寸。導葉相關尺寸見表5-2。表5-2 導葉尺寸 （單位：毫米）1159512511030m24321091051402002011045129567175.3.2 導葉軸套結構導葉軸套過去大多數(shù)采用鑄錫青銅，加注黃干油潤滑。目前已廣泛應用具有自潤滑性能的工程塑料代替，這樣不僅簡化結構，而且節(jié)省大量有色金屬，降低成本。(一) 上軸套查文獻1p162表8-22，上軸套的結構和尺寸見圖5-6和表5-3。表5-3 上軸套尺寸 （單位：毫米）105105120150535100.8圖5-6 上軸套結構參考文獻1(二

27、) 中軸套查文獻1p162表8-23，中軸套的結構和尺寸見圖5-7和表5-4。表5-4 中軸套尺寸 （單位：毫米）11511513013511525660.8圖5-7 中軸套結構參考文獻1(三) 下軸套查文獻1p163表8-24，下軸套的結構和尺寸見圖5-8和表5-5。表5-5 下軸套尺寸 （單位：毫米）95951109560.8圖5-8 下軸套結構參考文獻15.3.3 導葉軸頸的密封(一) 導葉下軸頸密封結構導葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進入，發(fā)生軸頸磨損。本設計中采用“o”型橡皮圈密封結構。由上面的導葉尺寸知，db=330mm，查文獻1p160表8-18，取d=95mm，d=7.5mm。其

28、結構見圖5-9。圖5-9 下軸頸“o”型密封參考文獻1(二) 中軸頸“l(fā)”型密封結構導葉軸頸密封多數(shù)裝在導葉套筒下面。曾采用過牛皮的“u”型密封，封水性能較好，但結構較復雜。目前不少機組中已改用“l(fā)”型密封，實踐表明，封水性能很好，結構簡單?！發(fā)”型密封圈與導葉中軸頸之間靠水壓貼緊封水，因此軸套和套筒上開有排水孔，形成壓差。密封圈與頂蓋配合斷面，則靠壓緊封水，所以套筒與頂蓋斷面配合尺寸應保證橡膠有一定的壓縮量。密封圈的材料采用中硬耐油橡膠，壓膜成型。參照文獻1p158表8-17，本設計中采用“l(fā)”型密封結構，尺寸見表5-6，結構見圖5-10。表5-6 中軸頸“l(fā)”型密封 （單位：毫米）1151

29、201101551844圖5-10 “l(fā)”型密封結構參考文獻15.3.4 導葉的止推裝置考慮到導葉在水壓作用下的上浮力，為了防止導葉被向上抬起，碰撞頂蓋和影響連桿受力，本設計中設置了止推裝置。止推裝置的結構形式很多，本文采用的是在導葉臂上開槽，利用固定于套筒上法蘭面的止推裝置，卡在導葉臂槽內，使導葉臂與導葉受軸向限位，從而限制了導葉向上浮動。查文獻1p157表4-6，止推壓板尺寸見表5-7，結構見圖5-11。表5-7 止推壓板尺寸 （單位：毫米）11524821018316519392217圖5-11 止推裝置結構參考文獻15.3.5 導葉套筒結構導葉套筒是固定導葉上中軸套的部件，套筒結構與軸

30、套材質，密封結構和頂蓋的高度等有關。本設計中，導葉套筒采用ht21-40鑄造，查文獻1p155表8-15，其尺寸結構見表5-8和圖5-12。表5-8 導葉套筒尺寸 （單位：毫米）dbd1d2d3d4d5d6d7d8115320195120130135280266d9d10hh1h2h3zh210m163525115536717圖5-12 導葉套筒結構參考文獻15.4 導葉傳動機構設計導葉傳動機構的型式很多，常用的有叉頭傳動和耳柄傳動。本設計中采用叉頭傳動的方式，因為其受力較好，適宜于大型機組。叉頭傳動機構主要由導葉臂、連接板、叉頭、連接螺桿、螺帽、分半鍵、剪斷銷、軸套和端蓋等組成。導葉臂與導葉

31、用分半鍵連接，直接傳遞操作力矩。導葉臂上裝有端蓋，用調節(jié)螺釘把導葉懸掛在端蓋上。導葉臂與連接板上裝有剪斷銷，保護其他傳動部件不受損壞。5.4.1 導葉臂查文獻1p166表8-27，8-28，導葉臂結構見圖5-13，導葉臂的尺寸見表5-8，導葉臂銷孔尺寸見表5-9。表5-8 導葉臂尺寸 （單位：毫米）dbdcd1d2d3d4d2dcnd3d411510516518016018013535m1622hl1h1h3ekr1f1t16411013204282010.2表5-9 導葉臂銷孔尺寸 （單位：毫米）dcnrbc1hh1355512013645圖5-13 導葉臂結構參考文獻15.4.2 連接板查

32、文獻1p167表8-20，8-21，結構見圖5-14，連接板的尺寸見表5-10。表5-10 連接板尺寸 （單位：毫米）dbd1b1dcnd2d1d2b2hh1l115165100355275m1245364515圖5-14 連接板結構參考文獻15.4.3 叉頭查文獻1p167表8-31，結構見圖5-15，叉頭的尺寸見表5-11。表5-11 叉頭尺寸 （單位：毫米）d1d2d3d4hhh1m36454270905816ll1rrr1c1s100654054113圖5-15 叉頭結構參考文獻15.4.4 連接螺桿查文獻1p168表8-32，結構見圖5-16，連接螺桿的尺寸見表5-12。表5-12

33、連接螺桿尺寸 （單位：毫米）d1d2d3slbb1rcm36423036851851.52圖5-16 連接螺桿結構參考文獻15.4.5 分半鍵查文獻1p169表8-34，選擇a型式分半鍵，結構見圖5-17，分半鍵的尺寸見表5-13。表5-13分半鍵尺寸 （單位：毫米）dcdmlbl1l2hb1053511034140110516.4kcb1h2h3d4121.4301530m20圖5-17 分半鍵結構參考文獻15.4.6 剪斷銷查文獻1p170表8-35，剪斷銷結構見圖5-18，尺寸見表5-14。表5-14 剪斷銷尺寸 （單位：毫米）dcndd2d3d4bb1351534403532rh1h2

34、hll13.510363482圖5-18 剪斷銷結構5.4.7 叉頭銷查文獻1p170表8-36，叉頭銷的結構見圖5-19，尺寸見表5-15。表5-15 叉頭銷尺寸 （單位：毫米）dndd1d2d3hh1h4545424439562092h2dbrcd0r8373.51.5231圖5-19 叉頭銷結構參考文獻15.4.8 端蓋查文獻1p171表8-37，端蓋的結構見圖5-20，尺寸見表5-16。表5-16 端蓋尺寸 （單位：毫米）d1d2d3d4d5h193105402614028h1r1232552.5m201534圖5-20 端蓋結構參考文獻15.5 導水機構環(huán)形部件結構設計導水機構的環(huán)形

35、部件有底環(huán)、頂蓋、支持蓋、控制環(huán)、軸承支架、推力軸承支架等。5.5.1 底環(huán)底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定在座環(huán)上，設計時主要考慮剛度，一般不作強度計算。底環(huán)的主要功能是安裝導葉的下軸承和形成流道的過流表面。底環(huán)上部過流表面尺寸應符合各型號轉輪的流道尺寸。本設計中，底環(huán)分為四瓣，采用zg30鑄鋼鑄造。底環(huán)與導葉相配合的端面上裝有3mm厚的抗磨板，材料采用a3鋼板。底環(huán)的導葉軸孔中心線與導葉中心線重合，同時與導葉分布圓直徑相重合。底環(huán)的安裝是搭在座環(huán)上的，它們之間用m30的螺釘連接。同時在它們之間做個臺階，使底環(huán)搭在座環(huán)上。在底環(huán)與轉輪之間裝有密封裝置，我采用的是迷宮式密封。它是種止漏裝置，是為

36、了減少機組的容積損失。底環(huán)的結構尺寸，見圖5-21。圖5-21 底環(huán)結構尺寸5.5.2 控制環(huán)控制環(huán)是用來傳遞接力器的作用力，并通過傳動機構轉動導葉的環(huán)形部件。本設計中，控制環(huán)采用a3鋼板焊接，分成四瓣。查文獻1p186表8-52，控制環(huán)結構尺寸見表5-17。表5-17 控制環(huán)尺寸 （單位：毫米）d1dcz0dyrs4070325024.4001530參照文獻1p205，導葉接力器的直徑dc按照下式估算： （5-7）式中d1轉輪直徑（米）；hmax最高水頭（米）；b0/d1導葉的相對高度；ph調速系統(tǒng)額定油壓（公斤/厘米2）；取0.15；取標準值dc=0.50m。查文獻1p186表8-53，8

37、-54，控制環(huán)大耳環(huán)尺寸見表5-18和圖5-22。表5-18 控制環(huán)尺寸（大耳環(huán)處） （單位：毫米）dcd1d2d3h1h250013012526055150圖5-22 控制環(huán)結構查文獻1p186表8-54，控制環(huán)小耳環(huán)尺寸見表5-19。表5-19 控制環(huán)尺寸（小耳環(huán)） （單位：毫米）d2h1r524555圖5-23 小耳環(huán)結構參考文獻15.5.3 頂蓋頂蓋是水輪機的重要部件，它可以封堵水流，防止水流往機組上方流動。它是同時可以作為傳動機構和控制環(huán)的支撐。頂蓋還可以作為空氣破壞閥的安放裝置。它要求有足夠的強度和剛度，因此多數(shù)設計成箱型結構，此外還應考慮一定的空間位置，便于檢修，采用焊接結構。頂

38、蓋材料采用a3鋼板，結構見圖5-24。圖5-24 頂蓋結構6 轉動部件結構設計6.1 轉輪結構混流式水輪機的轉輪由上冠、葉片和下環(huán)組成。上冠裝有減少漏水損失的止漏環(huán)，減少軸向水推力的減壓裝置，它的上法蘭面與主軸連接，下部接泄水錐，下環(huán)上也裝有止漏裝置。轉輪的結構如圖6-1。圖6-1 轉輪結構6.2 泄水錐本設計中，泄水錐采用鋼板焊接，與上冠通過螺釘把合，焊接加強，避免運行中脫落。其結構見圖6-2。圖6-2 泄水錐結構6.3 止漏裝置止漏裝置的作用是減少機組的容積損失。目前常采用的型式有縫隙式、迷宮式和梳齒式三種。止漏環(huán)的材料，除了采用一般碳素鑄鋼或鋼板外，也有采用1cr18ni9ti不銹鋼或其

39、他抗磨鋼板的。止漏環(huán)宇轉輪的固定方式有紅套、機械裝配點焊和裝焊等幾種型式。越南dongnai5電站最大水頭60.5m，本設計采用迷宮式止漏環(huán)，材料采用a3鋼板，考慮拆卸方便，采用紅套固定在轉輪上。紅套的斷面厚度和凸肩尺寸，取14mm，肩取10mm。止漏環(huán)間隙取2mm。6.4 主軸結構設計水輪機主軸是水輪機關鍵部件之一，用來傳遞水輪機轉輪產生的轉矩（功率），使發(fā)動機旋轉，發(fā)出電能；同時承受軸向水推力及轉動部件的重量。它的毛胚通常采用鑄鋼35、40或20mnsi整鑄。本次設計材料采用20mnsi。大型水輪機的主軸都有中心孔，它可以消除軸心部分組織疏松等材質缺陷，減輕主軸重量，提高主軸的剛度和強度，

40、同時混流式水輪機常常利用中心孔補氣。水輪機主軸采用兩端帶法蘭的結構形式，上部與發(fā)電機軸連接，下部接水輪機轉輪。主軸尺寸，目前設計采用的有兩種標準系列，一種為厚壁軸，另一種是薄壁軸。當主軸直徑超過600mm，采用薄壁軸標準，小于600mm的主軸采用厚壁軸標準。主軸的外徑尺寸可以根據(jù)機組的扭力矩初選，公式查參考文獻1p319公式12-1。（公斤·厘米）式中n主軸傳遞功率（千瓦）；n主軸轉速（轉/分）。為了保證機組在飛逸的工況等特殊情況下滿足主軸的強度與剛度要求，取n=1.1p（p為水輪機額定出力），因此（公斤·厘米）主軸外徑的選擇，查文獻1p319圖12-12，如圖6-3所示。

41、圖6-3 扭力矩與主軸外徑關系參考文獻1圖中曲線1為厚壁軸，曲線2為薄壁軸。由此得出，主軸外徑可選950mm，主軸形式為薄壁軸。薄壁軸尺寸見圖6-4、表6-1，結構見圖6-5。圖6-4 薄壁軸尺寸參考文獻1表6-1 水輪機薄壁軸尺寸dddbdpd2d3dd'dbd19001490128097014801050900900100102d2hh1ll1l2ss1am153195230506512950310302rr1r2r3fzcc1c212030325522016204圖6-5 主軸結構7 軸承、主軸密封及其它部件設計7.1 軸承水輪機軸承的型式很多，目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承；

42、稀油潤滑帶有轉動油盆、斜油槽自循環(huán)的筒式軸承和稀油潤滑油浸式分塊瓦軸承。由于分塊瓦軸承的受力均勻，有自調節(jié)能力，軸瓦安裝、維修和刮研都比較方便，故在本設計中采用此種形式。分塊瓦軸承采用稀有潤滑，軸瓦下部浸入油中。主軸軸領旋轉，在油離心力作用下經軸領下部徑向孔升入軸瓦，經上部油箱返回，連續(xù)循環(huán)。具體結構見圖6-1。圖7-1 軸承結構7.2 主軸密封主軸部分的密封裝置分兩種，一種是機組正常運行中，橡膠軸承壓力水箱的密封，稀油軸承下部防止機組漏水的主軸密封；另一種是機組停機檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機坑內泄漏的檢修密封。越南dongnai5電站的最大吸出高度為-0.42m，因此安裝檢修密

43、封。本設計主軸密封采用水壓式斷面密封；檢修密封采用圍帶式密封。結構如圖6-2所示。圖7-2 主軸密封結構7.3 補氣裝置混流式水輪機偏離最優(yōu)工況運行時，由于水流擾動，不同程度上的存在壓力脈動。一般在40-70%額定出力時，尾水管內出現(xiàn)渦帶。由于渦帶強烈擾動，或其頻率與機組固有頻率重合而產生共振，將引起機組振動或負荷擺動。補氣裝置的作用就是在出現(xiàn)這種不穩(wěn)定工況時，補入空氣，借以吸振及降低漩渦強度，改善機組的運行狀態(tài)。補氣方式分為兩類，一類是自然補氣，另一類是強迫補氣。補氣的位置，常見的有三處，一是主軸中心孔補氣，二是尾水管補氣，三是頂蓋補氣。本設計中，采用尾水管短管補氣裝置，其結構見圖7-3。圖

44、7-3 尾水管短管補氣裝置7.4 其他部件設計當導水機構緊急事故關閉時，由于水流的慣性和轉輪的水泵作用，在導葉后轉輪室內可能產生較高真空，引起下游尾水反沖，產生很大的沖擊力或出現(xiàn)抬機現(xiàn)象。真空破壞閥就是在緊急關閉導葉時，補入空氣，破壞真空，減少上述有害的沖擊力或抬機現(xiàn)象，起到一定的保護作用。真空破壞閥作補氣閥，安裝在頂蓋內。查文獻1p403表15-2，真空破壞閥的結構如圖7-4，尺寸見表7-1。表7-1 真空破壞閥 （單位：毫米） ds2zm3hdh1h2100251806m122051415160200圖7-4 真空破壞閥結構參考文獻1結論、討論和建議水輪機對于電站而言，是重中之重。它配合發(fā)

45、電機組實現(xiàn)了，機械能轉化為電能這一核心任務。因此，使水輪機最優(yōu)化，對提高電站的效率至關重要。它的性能優(yōu)劣,結構完善與否,直接涉及到水電事業(yè)發(fā)展的程度。水輪機的選型是否合理，直接關系到水電站的動能經濟指標以及運行的穩(wěn)定性和可靠性。本次設計主要是對越南dongnai5電站水輪機進行結構設計。結構設計的內容主要包括水輪機的轉輪、埋入部件、導水機構和主軸等部件。在設計過程中，利用cad工具進行水輪機總裝配圖、導葉布置圖、導水機構裝配圖和控制環(huán)零件圖的繪制。通過本次畢業(yè)設計，使我對本專業(yè)所學的知識有了更深刻的理解。在設計過程中，由于要頻繁使用cad、word等軟件，這無疑增加了自己對于電腦輔助軟件的熟練程度。由于自己的水平有限，所設計的水輪機還是有著不足之處，但設計過程對個人能力的鍛煉是很明顯的。在今后的學習與工作中，我還要更加努力，全面提高自己。致謝在畢業(yè)設計過程中，很多人給予了我很大的幫助，在此我要對他們表示衷心的感謝。首先，我要感謝我的畢業(yè)設計指導老師xxx老師。x老師每周都會對畢業(yè)設計過程中出現(xiàn)的不足和錯誤之處提出改正的建議，使得我能及時地發(fā)現(xiàn)自己在設計中出現(xiàn)了什么錯誤，并能及時地改正。另外，由于x老師平時都很忙，因此xxx學長也負責我的設計指導。對此，我要感謝樊恒武學長對自己的幫助。最后，我