水電站輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計分析報告

1、專業(yè)文檔水電站輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計分析報告這次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是進行水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計， 設(shè)計的對象是大峽水電 站的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機。本次設(shè)計是在給定水輪機基本參數(shù)的前提下，通過查閱相關(guān)的設(shè)計手冊， 對水輪機的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。設(shè)計的主要內(nèi)容有三部分，第一部分是對水輪機進 行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中包括了座環(huán)、主軸、接力器等由水輪機設(shè)計參數(shù)確定 的部件。由于大峽水電站的機組是轉(zhuǎn)槳式的， 所以在這一部分中還包括了葉片 操作系統(tǒng)的設(shè)計。第二部分是對導水機構(gòu)進行設(shè)計。這部分主要是根據(jù)接力器 直徑設(shè)計導水機構(gòu)傳動系統(tǒng)。最后一部分則是根據(jù)設(shè)計手冊上推薦的方法對主 要部件進行強度校核。其中，導葉的校核采用編程計算。由于本次

2、設(shè)計采用了計算機繪圖，因此使得設(shè)計過程變得簡單快捷。第1章前言1.1概述.1.2設(shè)計內(nèi)容1.3原始資料第2章水輪機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.2.1轉(zhuǎn)輪的流道尺寸2.2導葉高度及分布圓直徑.2.3座環(huán)高度2.4主軸直徑2.5主要部件的結(jié)構(gòu)2.5.1轉(zhuǎn)輪2.5.2接力器2.5.3導葉2.5.4座環(huán).2.5.5頂蓋與支持蓋.2.5.6底環(huán).2.5.7主軸2.5.8主軸密封.2.5.9水導軸承.2.5.10控制環(huán)2.6葉片操作系統(tǒng).2.6.1帶操作架的直連桿機構(gòu)2.6.2不帶操作架的直連桿機構(gòu)2.6.3帶操作架的斜連桿機構(gòu)第3章導水機構(gòu)運動系統(tǒng)的設(shè)計.101820211923252931313232343.1導葉

3、開度343.2導水機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設(shè)計.353.2.1導水機構(gòu)的裝配尺寸:353.2.2導水機構(gòu)的配合公差與間隙:363.2.3.導水機構(gòu)的傳動部分。36第4章強度校核.454.1主軸的強度校核454.1.1基本參數(shù)的意義:454.1.2軸身應力計算：.454.1.3薄壁軸法蘭與軸身聯(lián)接處應力的計算:474.2導葉強度的計算5256附錄1:導葉校核程序56附錄2:導葉部分斷面復核程序61附錄3:程序中各符號所代表的意義65第1章前言1.1 概述水能不僅是清潔的能源，而且是可再生的資源。目前水力發(fā)電在全世界范 圍內(nèi)得到了優(yōu)先開發(fā)，尤其是挪威、巴西等國，水力資源的開發(fā)幾乎達到了百 分百。而水電站作為

4、水能開發(fā)的主要手段，它能否經(jīng)濟、高效的運行對水能的 利用程度有很大的影響。水力機組是水電站的核心設(shè)備，是整個水電樞紐工程最終經(jīng)濟效益的歸 宿。因此，水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計得是否合理就成為電站能否有效運行得關(guān)鍵。大峽水電站位于甘肅省蘭州市以東中心河道距離 65km處，是一個以發(fā)電 為主，兼有灌溉、航運等綜合效益的大型工程。電站裝機 4臺，機組全為軸流 轉(zhuǎn)槳式。本次設(shè)計的主要內(nèi)容是針對大峽水電站的具體情況對其水輪機結(jié)構(gòu)進 行設(shè)計，在設(shè)計中不僅對其總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計， 還特別對水輪機的轉(zhuǎn)槳式機 構(gòu)進行了設(shè)計。在這次設(shè)計中，除了查閱手冊外，還查閱了一些國內(nèi)、外已建 成的水電站的資料以作參考。隨著計算機技術(shù)的發(fā)

5、展，利用 CAD軟件進行繪圖已成為設(shè)計的主要手段 之一。在本次畢業(yè)設(shè)計中，由于所有的圖紙都采用 CAD軟件進行繪制，所以 不僅提高了利用CAD軟件繪圖的能力，也使得設(shè)計的質(zhì)量大為提高。1.2 設(shè)計內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容：（一）根據(jù)給定水輪機型號和轉(zhuǎn)輪直徑進行等參數(shù)進行水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 按給定水輪機型號和轉(zhuǎn)輪直徑等參數(shù)，確定水輪機的主要特征尺寸, 對水輪機埋入部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；2. 確定水輪機主軸尺寸，并進行強度校核計算；3 根據(jù)機組的型式和電站的自然條件進行主軸密封和水導軸承的設(shè)計;4繪制水輪機總裝配圖及主要部件的組裝圖和部件圖。（二）導水機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設(shè)計1. 根據(jù)機組的型式進行導水機

6、構(gòu)的設(shè)計；2. 繪制導水機構(gòu)裝配圖及導葉布置圖；3導葉強度計算。（三）葉片操作系統(tǒng)設(shè)計1. 根據(jù)機組的布置型式進行葉片操作系統(tǒng)的設(shè)計；2. 繪制葉片操作系統(tǒng)裝配圖及葉片操作系統(tǒng)原理圖；1.3原始資料本次畢業(yè)設(shè)計的基本參數(shù)如下: 單機容量： 水輪機型號： 設(shè)計水頭： 設(shè)計流量： 額定轉(zhuǎn)速： 吸出高度： 安裝高程：77.3MWZZF23-LH-70023(m)369.688.2-5.5(m3 3 S)(rpm)(m1444.7(m第2章水輪機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1轉(zhuǎn)輪的流道尺寸表1轉(zhuǎn)輪流道尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）Di7000R26636Zi5d23269Do8100d33045Zo

7、24d43045bo2800h11715dB3150h2861Ri1652h32086其符號所代表的意義見下圖1：表2轉(zhuǎn)輪室的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）計算參數(shù)數(shù)值（mm）R1525h21491R2861h36965R31834h4728R46608D26608R （球）3500D49100h11715a110其符號所代表的意義見下圖2：D0 Zo圖1轉(zhuǎn)輪流道尺寸圖2轉(zhuǎn)輪室流道尺寸2.2導葉高度及分布圓直徑由上一節(jié)可知，導葉高度為：b0=0.4D1=2800（mm）分布圓直徑 D0=1.16D1,所以D0=1.16D1=8100（mm,導葉轉(zhuǎn)角0°50°。由于本機組屬于高比轉(zhuǎn)

8、速 軸流式水輪機，所以導葉選擇對稱型翼形，導葉數(shù)目Z=24。2.3座環(huán)高度表3 座環(huán)尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）Db9250Hi=b0+302830Da107505300k100Y31.50R600其符號所代表的意義見下圖3:圖3座環(huán),.1鼻£2.4 主軸直徑主軸的外尺寸可以根據(jù)機組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計算:NM = 97400（公斤厘米）n式中：N 代表主軸傳遞的功率（千瓦） 代表主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）由原始資料得：N=77.3MW=77.：3 103KWn=88.2r/min3所以,M =974OON =9740077空型=8.54X1O7（公斤厘米）n88

9、.2根據(jù)扭力矩與主軸外徑的關(guān)系曲線查得D=1155 （mm，根據(jù)薄壁軸的標準外徑系列，取標準植 D=1200（ mm主軸內(nèi)孔直徑按水輪機設(shè)計手冊上的公式計算：d* 一Vnmax式中：D主軸外徑（厘米）主軸傳遞的功率（千瓦） 主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）T max最大許用應力（公斤/厘米2） 初選主軸的材料為ZG20MnSi其t max=550公斤/厘米2 所以根據(jù)主軸內(nèi)孔直徑公式計算得：d #204 _496102x77.3>d03x12088.2x550= 1029（厘米）但為了保證主軸有足夠的剛強度,800mm。可將主軸內(nèi)徑按標準直徑系列取為2.5主要部件的結(jié)構(gòu)2.5.1轉(zhuǎn)輪葉片操作機構(gòu)、葉片

10、等組成。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、（1）葉片葉片由本體和樞軸構(gòu)成。葉片本體與樞軸的連接方式有兩種。一種是 用分別整體鑄造；一種是采用分開鑄造，加工后用螺釘或銷釘?shù)葯C械零件 組合。由于本機組屬于大型機組，所以葉片和樞軸采用分別鑄造，然后用 螺釘連接。（2）轉(zhuǎn)輪體轉(zhuǎn)輪體上裝有全部葉片和操作機構(gòu)，上部與主軸聯(lián)接，下部接泄水錐, 形狀較為復雜。在本次設(shè)計中轉(zhuǎn)輪體采用 ZG20 Mn Si整鑄而成。轉(zhuǎn)輪體外 圓采用球形結(jié)構(gòu)，以減少容積損失。在本次畢業(yè)設(shè)計中，轉(zhuǎn)輪體與主軸聯(lián) 接時，采用的是轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭分開的結(jié)構(gòu)。（3）葉片操作機構(gòu)與接力器葉片操作機構(gòu)的型式很多，本次畢業(yè)設(shè)計采用的是不帶操作架的

11、結(jié) 構(gòu)。在后面會專門有葉片操作機構(gòu)的設(shè)計。葉片操作機構(gòu)接力器的活塞直徑根據(jù)操作油壓確定?；钊麠U的尺寸即 要滿足強度的要求，還應滿足操作油管布置的需要。專業(yè)文檔表4活塞桿的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）di245d148D250h168-0.1d2X t 260 X 6h236dsX t3159 X 6h325d475h412Z3h535d5180h685d6210h710d758b52d82”R6d962k3di0135k12diiM1258di2140S=S 148di334S220其符號所代表的意義如下圖4和圖5:iri glliF11專業(yè)文檔rillHI .、 '

12、- 、圖5油管連接法蘭1JzI十L mf 1hA-、上一I 1:jen'T*廠-2圖6活塞環(huán)表5活塞尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)dp2322H485Hl353其符號所代表的意義見圖6。(4) 葉片密封葉片密封采用“入”型密封，因其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。其尺寸如下表所示:表6“入”型密封尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)參數(shù)符號數(shù)值(mm)D1061+1d9C21000+0.13e44+0.2D31030f2a11.5R3b10內(nèi)圓緊量1.87 2.1c12.5外圓緊量0.8 2(5) 泄水錐由于本次設(shè)計的機組屬于大型機組，故泄水錐采用鋼板焊接的泄水錐。2.5.2接力器由于本機組的轉(zhuǎn)輪直徑已達7米，屬于

13、大型機組，故采用單導管直缸接力器，其將布置在水輪機機墩內(nèi)，操作油壓采用Ph =25公斤/厘米2。接力器直徑de =NDi IH maxbo / DiPH式中：Di轉(zhuǎn)輪直徑H max最高水頭bo/Di 導葉相對高度 Ph 調(diào)速系統(tǒng)的額定油壓入一一計算系數(shù)從水輪機設(shè)計手冊中的表查得入=0.15，PH =25公斤/厘米2，Hmax=31.4m,b0 / D1 =0.4丿31 4X04dc=0仞7 彳一25-"744（米）根據(jù)接力器直徑系列取dc=750(mm),由于其采用單導管型式的直缸接力器，其主要特征尺寸如下表：表7接力器尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dc750乙8d19

14、0d3M24di190d4M190X 311450dd30021340H550Z216K420d2© 52S0.5-0.753220dc375-562.52.5.3導葉導葉的材料采用ZG14Cr5CL鑄造，該材料適用于制造水輪機導葉，其強度極限為（T > 570兆帕。（1）葉形圓柱式導水機構(gòu)的導葉葉形，通常有對稱形和非對稱形（正曲率）兩種標 準葉形。由于對稱形導葉一般使用于具有不完全包角的高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機中，故本設(shè)計中采用對稱形的葉形。由水輪機設(shè)計手冊中查得對稱形導葉 葉形的斷面參數(shù)如下表：表8導葉葉形的斷面尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）D7000r80.6D

15、08100R1271Zo24Ra214a102.9R487b124.7f112c129.9L1584d124.7L2622e113.1L1206do195.4q25m103.5t15k10.3其符號所代表的意義見圖 &圖8導葉葉形斷面（2）導葉的結(jié)構(gòu)系列尺寸和軸頸選擇導葉的軸頸可按機組的轉(zhuǎn)輪直徑 D,使用水頭H （指最高水頭），導葉的相對高度bo/Di，從手冊中初選軸頸db,選得db =230（mr）再根據(jù)db=230mm專業(yè)文檔從手冊中查得導葉結(jié)構(gòu)的其它尺寸如下表:表9導葉結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230hB260da190hc385di240hi25dc

16、210h2225d2220h390dm60h420d3M48h58d458H參考1172d5208.5Ri115hA190Ra95其符號所代表的意義見下圖9：d5R1 1h3（3）導葉的密封結(jié)構(gòu)導葉關(guān)閉后，導葉體的立面應該很好的密封。由于本機組屬于大型低水頭 的機組，因此采用圓橡皮條直接鑲?cè)滕澪膊蹆?nèi)封水， 這種結(jié)構(gòu)制造簡單，但只 適用于40米水頭以下的機組，因為水頭太高會把圓橡皮條沖掉。圓橡皮條和 鴿尾槽的尺寸如下表：（由于導葉體較高，可在中間加焊數(shù)段鋼筋，使橡皮條 分段固定。）表10圓橡皮條和鴿尾槽的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）d16a12b12.7c3其符號所代表的意義如下圖10所示:44圖1

17、0導葉的密封結(jié)構(gòu)專業(yè)文檔（4）導葉套筒導葉套筒是固定導葉上中軸套的部件，一般都采用 HT21 40鑄鐵鑄造。 套筒結(jié)構(gòu)與主軸材質(zhì)、密封結(jié)構(gòu)和頂蓋的高度有關(guān)。目前多數(shù)采用整體圓筒的 模式，因為本次設(shè)計的機組的水頭不是很高， 所以不考慮在導葉套筒上增設(shè)導 葉止推裝置。本次設(shè)計中采用的套筒的尺寸大小如下表：表11導葉套筒尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230d9385d1560d10M24d2365h52d3230h140d4250h2230d5260h3105d6480Z8d740H參考840d88其符號所代表的意義如下圖11所示:06（5）導葉軸頸密封及其軸套導葉軸頸密封多數(shù)裝在

18、導葉套筒的下端，目前不少機組中已改用“L”型密封，實踐證明，封水性能很好，結(jié)構(gòu)簡單。其尺寸大小如下表:表12“ L” 型密封尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db23018237d1d2223 280其符號所代表的意義如下圖12：d22圖12 “L” 型密封下軸頸密封一般導葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進入，發(fā)生軸頸磨損。 采用“O'型橡皮圈密封結(jié)構(gòu)，其尺寸大小如下表：表13“0”型密封圈尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230D190d10其符號所代表的意義如下圖13所示:圖13 “0”型密封圈（6）導葉軸套導葉軸套大多數(shù)都采用鑄錫青銅鑄造， 加注黃油潤滑。目前已廣泛采用具有自潤滑

19、功能的工程塑料代替，這樣不僅簡化了結(jié)構(gòu)，而且節(jié)省了大量的有色金屬，降低成本。本次設(shè)計中采用復合軸套，即采用HT18-38作套，內(nèi)表面涂復尼龍1010制成復合軸套S '值指復合軸套尼龍層厚度的參考值。a）上軸套尺寸系列如表14所示:表14上軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dc210h105d1210h18d2230h212d3229.65，1d4270其符號所代表意義如下圖14所示:專業(yè)文檔d4trd1d2d3圖14上軸套b）中軸套尺寸系列如表15所示:表15中軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230h230d1230h140d2250h28d3249.

20、6d58d4260A，1其符號所代表的意義如下圖15所示:d31圖15中軸套專業(yè)文檔c）下軸套尺寸系列如表16所示:表16下軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）da190h190d1190h18d22105，1d3209.6其符號所代表的意義如下圖16所示:d2d1d3圖16下軸套2.5.4座環(huán)（1）與混凝土蝸殼連接的座環(huán)型式很多， 本設(shè)計中采用的是整體結(jié)構(gòu)的座環(huán)。（2）座環(huán)的鑄造應符合一般大部件的鑄造技術(shù)條件，其加工面的光潔度和公 差要求參見下圖：圖17座環(huán)此外，還需對制造質(zhì)量提出如下要求：a）所有過流表面打磨光滑，相當于光潔度3；b）固定導葉進口端節(jié)距誤差不超過 0.0015D

21、a；C）頂蓋與底環(huán)把合面平行度誤差不超過 0.025毫米/米；d）分瓣結(jié)構(gòu)的合縫面光潔度為 5,合縫面間隙一般不超過0.05毫米，局部允 許有0.150.3毫米間隙（深度小于接合縫的1/3,長度不超過接合縫總長的2.5.5頂蓋與支持蓋頂蓋與支持蓋是水輪機的主要部件， 要求有足夠的強度和剛度，因此再此 次設(shè)計中采用了焊接頂蓋，材料 ZG30。支持蓋和頂蓋見下圖：專業(yè)文檔+T、/頂蓋8頂蓋=附2 % “鼻iW- ；1、；->圖19支支持蓋2.5.6底環(huán)底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定于座環(huán)上，設(shè)計時主要考慮剛度，不作18強度計算。底環(huán)都采用ZG30鑄造，而且由于本次設(shè)計對象所處的流域?qū)儆诙?泥

22、沙河流，故在底環(huán)的過流表面應鋪設(shè)抗磨板。本次設(shè)計中的抗磨板采用 毫米厚的A3鋼板。由于受運輸條件的限制，本次設(shè)計中的底環(huán)應分四瓣鑄造,底環(huán)大概結(jié)構(gòu)見下圖:ilLJ2.5.7主車由（1）主軸主軸是水輪機的主要部件，它的毛坯采用 ZG20 MnS整鍛。由于本機組是 大型的軸流式水輪機，因此在主軸內(nèi)裝有操作油管，所以主軸必須要有中心孔。 主軸與轉(zhuǎn)輪的連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計中采用轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭分開的結(jié)構(gòu)。主軸一端與發(fā)電機相連，另一端與轉(zhuǎn)輪相連。軸的尺寸如下表：表17 主軸尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）D1200d2188R12061830h240R30Db1575h127

23、0R>350DP1220l60R5D21815l 185f2C31300l 212Z20d1100s300c16d，1100S1360C120db125a35C24di130m2其符號所代表的意義如下圖21所示:專業(yè)文檔I圖21主軸端機輪水-出/;rDoDP：DDoh15、.專業(yè)文檔（2）聯(lián)軸螺釘?shù)某叽纾海ǜ鶕?jù)主軸的外徑選取）表18聯(lián)軸螺釘參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）螺釘M120X 415455l600db1251,545D185lo300h85l1120d1114I2130d2112I5510s160其符號所代表的意義見下圖22：Ci X 45:iBL0-5-2.5.8主軸

24、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。這一種密封的結(jié)構(gòu)形式很多，如盤根、墊料式密封，單層或雙層橡膠密封，徑向式端面碳精塊（尼龍塊）密 封，水泵密封等等。在本次設(shè)計中采用的是水壓式端面密封，其結(jié)構(gòu)見下圖23。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(nèi)泄漏 的檢修密封。這種密封的結(jié)構(gòu)形式有空氣圍帶式、機械操作式或抬機密封等多種。在本次設(shè)計中采用的是空氣圍帶式密封，采用的壓縮空氣壓力是47公斤/厘米2,其所采用的圍帶的剖面尺寸見下圖24:排水壓力水i17喙pgmiIL2.5.9水導軸承水輪機導軸承型式很多，

25、目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承 ；稀油潤滑 帶有轉(zhuǎn)動油盤、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。 其它 型式軸承如稀油潤滑畢托管上油方式軸承，在中、小型機組中雖有采用，但近 期已被斜油槽自循環(huán)的筒式軸承所代替。 干油潤滑軸承國內(nèi)運用不多?？紤]到 本電站的水質(zhì)不干凈、含沙量大，清潔水源少，所以采用了稀油潤滑筒式軸承。tLA .r-'、JT'11-yL-J圖25水導軸承(1) 軸瓦高度L統(tǒng)計資料表明，軸瓦高度與直徑的比值都在 0.51的范圍內(nèi)，一些試驗資料表明軸承的摩擦系數(shù)在上述范圍內(nèi)數(shù)值最小。所以軸瓦高度L= (6001200)毫米，參照水輪機設(shè)計手冊中的表 131

26、4最終取L = 750mm。(2) 油槽升角P模型試驗的資料表明，油槽升角P對上油量有一定的影響。目前設(shè)計中采 用的油槽升角一般為50°700,實踐表明上油效果很好。在體外冷卻的方式中， 采用P = 500，所以本次設(shè)計中取P = 500。專業(yè)文檔牡/亠圖26油槽升角（3）油槽截面尺寸和槽數(shù)為了減少潤滑油在油槽中的阻力，并保證相鄰油槽間的瓦面上都能得到充 分的潤滑油，形成油膜，故采用下圖 27所示的油槽形狀。表19油槽截面尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）a7Ri1b25R22.5c15Z8E2（4）軸承體上合金澆注層槽形軸承體內(nèi)壁加工有澆注巴式合金的縱向和環(huán)形槽，以保證合

27、金與軸承體嚴密貼合，防止脫殼。軸承體上合金層不宜太厚。較厚的合金層不僅增加合金材料的消耗，也會 導致瓦面受熱后相對變形增大，影響軸承間隙，增加磨損。目前設(shè)計中一般取5= a + （4 6）毫米=13（毫米）S 合金層厚度（毫米） a斜油槽的深度（毫米） 合金澆注槽的尺寸大小如下表20所示：表20合金澆注槽的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）13H40h4Z20Li30Z14L2142.5R5li14c4I250其符號所代表的意義見下圖28:CX45°按中心線Z等分X-:LDP圖28合金澆注槽專業(yè)文檔(5) 軸承間隙軸承總的平均間隙一般可參照下面的經(jīng)驗公式?jīng)Q定:6= 0.10

28、：2Dp（毫米）1000式中Dp主軸直徑6= 0.15 + °."12°° =0.39（毫米）1000(6)冷卻方式與冷卻裝置的確定稀油潤滑筒式軸承一般都裝有冷卻裝置，在本次設(shè)計中選用了體外冷卻的 方式。這種冷卻方式目前米用較多，這種結(jié)構(gòu)中通常由冷卻器、擋油箱、溢流 板、擋油管等組成。冷卻器多數(shù)采用黃銅管，在布置條件許可下排列成扁方形, 可以降低擋油箱的高度。擋油箱、溢流板、擋油管的作用是保證熱油都能經(jīng)過 冷卻器后再經(jīng)回油管返回轉(zhuǎn)動油盆， 以改善冷卻效果。此外，擋油箱還可以避 免上部油箱中的循環(huán)油隨著主軸旋轉(zhuǎn)而飛濺出來。在本機組上，擋油箱采用鋼 板焊接，

29、把合在軸承體上。(7)確定稀油潤滑筒式軸承的尺寸查水輪機設(shè)計手冊確定稀油潤滑筒式軸承的尺寸如下表21所示:表21稀油潤滑筒式軸承尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)參數(shù)符號數(shù)值(mm)Dp1220t5L750E2Da1850F80Db1900t112Dd1450Z032h420d0M42H950Z268b50d2M4250.4其符號所代表的意義如下圖29所示：e/2;一廠勿IJL 加LlDdDbt1邂MSPDaZ一亠 d0 Z02圖29稀油潤滑筒式軸承2.5.10控制環(huán)控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動導葉的環(huán)形部件，在本 次設(shè)計中采用ZG30鑄造，由于該件尺寸太大，可采用分瓣鑄造的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)

30、尺寸見下表22:表22控制環(huán)尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）Dc5600R18Zo24S35Dy5750表23 大耳環(huán)處尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d1190h170d2185h2220d3380其符號所代表的意義如下圖31所示:圖31大耳環(huán)處尺寸表24小耳環(huán)處的尺寸:參數(shù)符號數(shù)值（mm）d2110Dhi100R110其符號所代表的意義如下圖32所示 -7-1-八/?八XZZZ<x/；/乞J .” M f 小322.6葉片操作系統(tǒng)葉片操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式有很多種，它們隨著接力器的布置方式的不同而 不同，比較常用的有三種。一種是帶操作架傳動的直連桿機構(gòu)； 一種是不

31、帶操 作架的直連桿機構(gòu)；還有一種是帶操作架的斜連桿機構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)型式各有 特點。2.6.1帶操作架的直連桿機構(gòu)這種結(jié)構(gòu)一般用在葉片數(shù)為46的中小型機組中，其結(jié)構(gòu)特點如下：(1) 葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時，轉(zhuǎn)臂水平，連桿垂直，動作中操作架圓周分力 較小。(2) 轉(zhuǎn)臂與葉片用圓柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩，徑向位置由卡環(huán)定位，轉(zhuǎn)臂下部開口， 用螺釘夾緊，便于裝拆和緊固卡環(huán)。(3) 連桿采用二塊夾板，連桿銷受力均勻。(4) 操作架上帶有耳柄，便于裝配中調(diào)整，耳柄與操作架配合端面有限位銷, 防止耳柄固定時與夾板產(chǎn)生偏卡。(5) 操作架多數(shù)采用“工”字形或單層壁加筋結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)的運動簡圖如下圖33:-0 maxt-f

32、圖33運動簡圖2.6.2不帶操作架的直連桿機構(gòu)這種結(jié)構(gòu)一般用在葉片數(shù)為45的大型機組，它的結(jié)構(gòu)比帶操作架的機 構(gòu)緊湊，重量輕，但轉(zhuǎn)輪體加工工序比較復雜，周期長。其結(jié)構(gòu)特點如下：(1) 取消操作架，連桿和轉(zhuǎn)臂由接力器活塞直接帶動。(2) 活塞上下運動由裝在活塞上的套筒和裝在轉(zhuǎn)輪體的銅套引導。(3) 采用耳柄式的整體連桿。這種結(jié)構(gòu)的運動簡圖見槳葉操作系統(tǒng)原理圖。本次設(shè)計中采用的槳葉操5個葉片的大型機組，且采用這種符合現(xiàn)代轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪的發(fā)展要作系統(tǒng)正是這種結(jié)構(gòu)，因為設(shè)計的對象是有 結(jié)構(gòu)可以減少維修的工作量和轉(zhuǎn)輪體的重量, 求。263帶操作架的斜連桿機構(gòu)其結(jié)構(gòu)特點如下:這種結(jié)構(gòu)多采用于葉片數(shù)較多的轉(zhuǎn)輪中

33、，(1) 葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時，轉(zhuǎn)臂與連桿都有較大的傾斜角，運動中操作架 受較大的圓周分力。限制操作架的導向鍵的數(shù)量和接觸面積都比直連桿多。(2) 轉(zhuǎn)臂有效臂長增加，接力器直徑可縮小，行程增大。(3) 耳柄與操作架在固定螺帽處有卡板限位。這種結(jié)構(gòu)的運動簡圖如下圖34：圖34運動簡圖在轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪設(shè)計應力求減少輪轂比， 即縮小轉(zhuǎn)輪體的相對尺寸，同時減 少轉(zhuǎn)輪的重量。本次設(shè)計對葉片操作系統(tǒng)的選擇已力求滿足上述要求。第3章導水機構(gòu)運動系統(tǒng)的設(shè)計3.1 導葉開度根據(jù)水輪機的型號、轉(zhuǎn)輪直徑，確定最大可能開度所要求的接力器行程,從而確定傳動系統(tǒng)的參數(shù)。原始資料:水輪機型號：ZZ(F23) LH 700轉(zhuǎn)輪直

34、徑:D1 = 7000mm設(shè)計水頭:設(shè)計流量:H r = 23m3Qr = 369.6m /snr =88.2r/min所以額定工況時的單位轉(zhuǎn)速和單位流量分別為:額定轉(zhuǎn)速:nirnr D18827= =128.7(r/min)Jhr723369 63Q'1r= 廣 = 4二 =1.57( m3/s)=1570(l/s) D1 jHr 72xJ23Qr根據(jù)n'ir ,Q'ir查ZZF23LH 7000的模型綜合特性曲線得模型得最大開度:a0max(M)=31(mm)因為：ZoM =24 Zo =24 Do =81 00mm) Dom =407(mm)所以換算成真機的最大開

35、口值為:Do8100a0m八a0max(M)D7=3仔石=617(mm)真機的最大可能開度為:a 最大可能=1.O5aomax =1.05咒617 =647.9(mm)取設(shè)計水頭下的單位轉(zhuǎn)速與最優(yōu)效率點對應的開口值為最優(yōu)開口aoy，根據(jù)設(shè)計水頭Hr下的單位轉(zhuǎn)速n'ir =128.7(r/min)查模型特性曲線得:a0y(M)=24(mm)所以真機得最優(yōu)開口為:Do8100aoy =a0y(M) =24x =4 7 76(mm)Dom4073.2導水機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1導水機構(gòu)的裝配尺寸:X.圖35導水機構(gòu)上圖所示導水機構(gòu)的裝配尺寸大小如下表 25所示:表25導水機構(gòu)的裝配尺寸參

36、數(shù)符號數(shù)值(mm)參數(shù)符號數(shù)值(mm)Do8100Lh1033Zo24Ip47042ole727De5600Dy57503.2.2導水機構(gòu)的配合公差與間隙:(1) 導水機構(gòu)的配合公差參見導水機構(gòu)裝配圖。(2) 配合間隙：導葉立面間隙。立面不裝密封橡皮條時，一般間隙為零，由于本機組是大 型機組，因此允許在導葉高度約1/4的范圍內(nèi)有不大于0.15毫米的局部間隙。還應導葉與頂蓋及底環(huán)配合面的端面間隙。根據(jù)水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑與使用水頭 查表得導葉的端面間隙為 0.61.2mm，該間隙值是指上下端面間隙相等的單 邊間隙值，具體設(shè)計選用時，即要考慮頂蓋剛度對導葉端面間隙的影響， 考慮導葉在水壓力作用下可能向

37、上浮起，使間隙減少。局部間隙值。環(huán)形部件的合縫面應貼合，對于本機組來說，一般局部間隙 不應大于0.15mm,間隙深度不應大于測量方向的1/3,長度不超過合縫面總 長的20%。323.導水機構(gòu)的傳動部分。由于叉頭傳動機構(gòu)的受力情況良好， 適用于大、中型機組，所以在本次設(shè) 計中采用了叉頭傳動機構(gòu)。叉頭傳動機構(gòu)主要由導葉臂、連接板、叉頭、叉頭銷、連接螺桿、螺帽、分半鍵、剪斷銷、軸套、端蓋和補償環(huán)等組成。叉頭傳動機構(gòu)的各個部件的尺 寸主要根據(jù)接力器直徑選定。先根據(jù)第二章計算得出的接力器直徑選得的叉頭 傳動機構(gòu)的裝配尺寸如下表26所示。表26叉頭傳動機構(gòu)裝配尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d

38、e750den80D4/de4Zo24d2110D3/jddiM80 X 4h80dn100D/dehi100然后根據(jù)叉頭傳動機構(gòu)裝配尺寸查出傳動機構(gòu)的各個零件尺寸。叉頭傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖與尺寸如下：（1）導葉臂結(jié)構(gòu)圖如下圖:HlDf 1X45°Ci X45°© iD2ZX45。20°d4k'dmR圖36導葉臂其符號所代表的尺寸大小如下表27:表27導葉臂尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230H270-0.5Dc210DL1225Di310dh125D2340h345D3310e60D4340K10d2260R130dm60Df12d

39、3M24T0.3d432表28導葉臂銷孔尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dcn80DC12R110h80B300h1100（2）連接板的結(jié)構(gòu)如下:2X45°D1X45°0X45°cX45°DCn CX45表29連接板的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）Di310DR290Ri190h80K0.03h1100D cn8OD4l30D2110D3I1 =12120di150c1.5d2M24（3）叉頭的結(jié)構(gòu)如下圖:d4圖38叉頭11叉頭尺寸如下表30：表30 叉頭尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d1M80 X 4L215

40、d2100DL1135d395DR90d4145r20H210r110h30C12h140s32（4）連接螺桿的結(jié)構(gòu)見下圖:L（設(shè)計時確定）連接螺桿的尺寸大小如下表圖39連接螺桿31:表31連接螺桿的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）diM80 X 4b30d290bi8d374r2s80c3l190（5）軸套的結(jié)構(gòu)見下圖:diCX 45°1CX 45°圖40軸套其尺寸大小如下表32所示:表32 軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dn100D110d2110jdhi10di115（6）分半鍵的結(jié)構(gòu)見下圖:BTh4'NCX45°/b1

41、、斜度1： 100圖41分半鍵上述分半鍵的型式是水輪機設(shè)計手冊推薦使用的b型式的分半鍵，其結(jié)構(gòu)尺寸大小如下表33：表33分半鍵尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dc210b27.7dm60K5L225c1.5B58b132.9l1285h225I2230h340h10h410(7) 剪斷銷的結(jié)構(gòu)如下:d3倒圓角R0.5圖42剪斷銷剪斷銷的尺寸如下表34:表34剪斷銷的尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)參數(shù)符號數(shù)值(mm)D cn80dc4r1.5d30hi6.5d279h215d390h80d480l76b6L175bi5(8) 叉頭銷的結(jié)構(gòu)如下圖所示:圖43叉頭銷叉頭銷的尺寸大小如下表35:

42、表35叉頭銷的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dnlOOdch212dlOOgbD88di95gbb4.5d299R2d391c4h128do4hi46r2H214（9）端蓋的結(jié)構(gòu)如下圖所示:d311d4 _ 1'11hlrd2 JJ11d11均布3- ©2- © 1圖44端蓋端蓋的尺寸大小如下表36:表36端蓋的尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db230h138d1370R105d22121M36d390226d4d5h52260483d664130(10) 補償環(huán)的結(jié)構(gòu)見下圖:diih圖45補償環(huán)補償環(huán)的尺寸大小如下表37:表37補償環(huán)的

43、尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)110di125第4章強度校核4.1主軸的強度校核4.1.1基本參數(shù)的意義:N （千瓦）主軸傳遞的最大功率:nH （轉(zhuǎn)/分）np （轉(zhuǎn)/分）水輪機的正常轉(zhuǎn)速:水輪機的飛逸轉(zhuǎn)速:軸向水推力:轉(zhuǎn)輪重量:軸自重:Pz （公斤）Gl（公斤）Gz（公斤）總軸向力:軸身外徑:P = Pz +Gl +Gz （公斤）D（厘米）D0（厘米）Df （厘米）Db（厘米）軸身內(nèi)徑: 軸法蘭直徑: 聯(lián)軸螺釘分布圓直徑:法蘭厚度:聯(lián)軸螺釘數(shù):hi （厘米） z （厘米）4.1.2軸身應力計算:此次設(shè)計的主軸材質(zhì)為ZG20 MnSi,查水輪機設(shè)計手冊可得該軸身的許用 應力：T = 500 （公斤/厘

44、米2）, （T np=1000 （公斤/厘米2）。主軸傳遞的扭矩：37731037M k = 97400 咒 = 8.54 心088.2（公斤厘米）水輪機的軸向水推力為:Pzmax =0.87x314x72 x31.4x104 =1.05x107(N)44軸身抗扭斷面模數(shù):Wz=荀詩43.14>d203=2.72105(厘米3)扭應力: 丁 Wr=H黑卜313（公斤/厘米2500（公斤/厘米2） 轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪總量的估算:Gl =1.4dBHmaxD12.6 =1.4咒 0.45咒31.40.1 x72.6 =133.8(噸)主軸總量:GZ =(0.4 0.6)Gl取 Gz =0.5G

45、l =0.5x133.8 =66.9（噸）則水輪機總的軸向力：P =Pz +Gl +Gz =Pz +9.81X103 x(Gz +Gl)P = 1.05X107 +9.81X103 x(133.8+66.9) =1.25咒 107(N)即P = 1.25心06（公斤）軸身斷面面積：Fz =M(D2 D。2) =-(1202 802) =6280(厘米 2)44軸身應力 扭應力:仁皿=8.54勺05 =313（公斤/厘米2）蟲50（公斤/厘米2）W2.72 勺05 由軸向力引起的軸身拉應力為:4x1.25007bb V=話盤5=3.4爲湍r199°4（牛/厘米2"19（公斤/厘米2） 則軸的相當應力為:crnP =Jcrb2 +4T2 =J1992 +4 X3132 =656.9（公斤 /厘米 2 1000（公斤 /厘米 2）故主軸的軸身的應力滿足設(shè)計要求，其外徑為1.2米，內(nèi)徑為0.8米。1p4.1.3薄壁軸法蘭與軸身聯(lián)接處應力的計算:圖46主軸法蘭（1）計算法蘭實際預緊系數(shù)按