貫流式水輪機(jī)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 貫流水輪機(jī) 選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 熱能與動力工程 班 級 動09*班 學(xué) 生 * 指導(dǎo)教師 * 教授 2013 年貫流式水輪機(jī)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要貫流式水輪機(jī)通常采用臥軸式布置，從流道進(jìn)口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。本次設(shè)計主要是通過查閱相關(guān)設(shè)計手冊，根據(jù)貫流式水輪機(jī)電站基本參數(shù)進(jìn)行水輪機(jī)選型，確定特征尺寸,而后完成所選型號水輪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。除對水輪機(jī)總裝配圖作出設(shè)計外，還完成了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的設(shè)計及其傳動系統(tǒng)設(shè)計。另外，結(jié)合電站的具體情況以及我國

2、制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，還對水輪機(jī)零部件作出了設(shè)計。本設(shè)計相關(guān)知識涉及水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，機(jī)械制圖以及貫流式水輪發(fā)電機(jī)組等部分，此外，還包括其相關(guān)的設(shè)計思路及方法。在本次設(shè)計中還大量使用了auto cad 軟件進(jìn)行繪圖。關(guān)鍵詞：貫流式水輪機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，cadtubular turbine selection and structure designabstractusually tubular turbine shaft adopt horizontal arrangement, the flow path from the inlet to the draft tube outlet, the water

3、is almost linear axial flow, avoiding water loss and deterioration of flow regime caused by the velocity distribution in result of turning water. the flow is smooth, hydraulic loss is small, the tail pipe recovery performance is good, the hydraulic efficiency is high. this design is mainly through a

4、ccess to relevant design manual, based on the existing basic parameters of the turbine power plant selection, to determine the feature size, and then complete the overall structure of the selected model turbine design. in addition to the design of turbine total assembly case, also completed the asse

5、mbly situation of guide water institutions design and transmission system design. in addition, the combination of power plants as well as the specific circumstances of chinas manufacturing industry development statues, also made a precise design of turbine components.this design knowledge involving

6、the turbine structure, mechanical drawing and part such as tubular turbine generator set, in addition, also including the related design thought and method. in this design also made heavy use of auto cad software for drawing.key words: tubular turbine, structure design, cad41目 錄1前 言11.1概述11.2設(shè)計內(nèi)容11.

7、3原始資料22水輪機(jī)選型22.1水輪機(jī)選擇的基本要求22.2水輪機(jī)選型方案設(shè)計及比較32.2.1方案132.2.2方案272.2.3方案選擇113.水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計113.1 繪制軸面流道圖123.2 主軸及其附屬結(jié)構(gòu)部分123.2.1 主軸直徑計算123.2.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計133.2.3水導(dǎo)軸承163.2.4主軸密封163.3轉(zhuǎn)輪部分183.4操作油管193.5 外配水環(huán)203.6 內(nèi)配水環(huán)203.7 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)213.7.1 導(dǎo)葉套筒213.7.2 導(dǎo)葉軸頸密封223.7.3 導(dǎo)葉軸套243.7.4 導(dǎo)葉臂253.7.5 接力器273.7.6 導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)273.7.7 連接板283.7.

8、8 叉頭銷軸套293.7.9 叉頭銷303.7.10 叉頭313.7.11 連接螺桿323.7.12剪斷銷333.7.13分半鍵343.7.14端蓋353.7.15 補(bǔ)償環(huán)363.8 基礎(chǔ)環(huán)373.9座環(huán)383.10尾水管393 總結(jié)404參考文獻(xiàn)411前 言1.1概述隨著我國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民生活水平不斷的提高提高，生產(chǎn)和生活用電的需求也越來越大。然而能源問題已成為當(dāng)今世界三大主要問題之一，傳統(tǒng)能源的短缺和用其發(fā)電帶來的污染，以及新能源開發(fā)技術(shù)的不完善，水電資源作為潔凈的可持續(xù)能源越來越得到人們的青睞。據(jù)探測，我國水力資源豐富，但是目前的開發(fā)率和發(fā)達(dá)國家比起來還有很大的差距，因此開發(fā)水

9、電已成為我國緩解資源短缺的重要手段之一！水力機(jī)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(jì)效益的歸宿。因此，水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計得是否合理就成為電站能否有效運(yùn)行得關(guān)鍵。本次畢業(yè)設(shè)計通過查閱設(shè)計手冊以及參照已有設(shè)計電站等方法，對gz（868）-wp-685型貫流式水輪機(jī)作了完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計。旨在將大學(xué)期間對基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)應(yīng)用到設(shè)計實踐中去，加深了我對水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，彌補(bǔ)了在理論學(xué)習(xí)中的不足。通過本次畢業(yè)設(shè)計，除了促進(jìn)我將大學(xué)所學(xué)各種專業(yè)知識相互貫通，鍛煉了我的動手能力，創(chuàng)新能力外，還使得我對水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計這個行業(yè)上的一些新的科技進(jìn)展及基本設(shè)計過程有了一定的了解，另外，通過本次設(shè)計，我也認(rèn)識到自

10、己本身存在的一些不足之處，希望自己在以后的工作學(xué)習(xí)過程中能積極查漏補(bǔ)缺。本次畢業(yè)設(shè)計所有出圖皆為cad繪圖所得，這不僅縮短了設(shè)計時間，也讓我更加熟練的掌握了cad繪圖技術(shù)。1.2設(shè)計內(nèi)容（一）根據(jù)給定電站基本參數(shù)進(jìn)行水輪機(jī)選型，確定特征尺寸。（二）完成所選型號水輪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。1. 根據(jù)水輪機(jī)型號和轉(zhuǎn)輪直徑等基本參數(shù)，確定水輪機(jī)的主要特征尺寸，對水輪機(jī)主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；2.根據(jù)機(jī)組型式和電站基本條件設(shè)計主軸密封和水導(dǎo)軸承；3.繪制水輪機(jī)總裝配圖及主要部件組裝圖或零件圖。（三）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計。1.根據(jù)機(jī)組的型式進(jìn)行導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計；2.繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配圖；（四）對主要零件進(jìn)行設(shè)

11、計1.設(shè)計套筒并繪制套筒零件圖2.設(shè)計主軸并繪制主軸零件圖1.3原始資料本次畢業(yè)設(shè)計基本參數(shù)如下：單機(jī)容量：29mw設(shè)計水頭：8.7m最大水頭：11m最小水頭：5m加權(quán)平均水頭：9.5m額定轉(zhuǎn)速：75r/min2水輪機(jī)選型2.1水輪機(jī)選擇的基本要求水輪機(jī)選擇必須充分考慮水電站的特點，包括水能、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及電力系統(tǒng)構(gòu)成、樞紐布置等方面對水輪機(jī)的要求。在幾個可能的方案中詳細(xì)地進(jìn)行以下幾方面的比較，從中選擇出技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)最優(yōu)的方案。1) 保證在設(shè)計水頭下水輪機(jī)能發(fā)生額定出力，在低于設(shè)計水頭時機(jī)組的受阻容量盡可能小。2) 根據(jù)水電站水頭的變化及電站的運(yùn)行方式，選擇是的水輪機(jī)型式及參數(shù)，使

12、電站運(yùn)行中平均效率盡可能高。3) 水輪機(jī)的性能及結(jié)構(gòu)要能夠適應(yīng)水電站水質(zhì)的要求，運(yùn)行靈活、穩(wěn)定、可靠，有良好的抗空化性能。在多河流的電站，水輪機(jī)的參數(shù)及過流部件的材質(zhì)要保證水輪機(jī)具有良好的抗磨損、抗空蝕性能。4) 機(jī)組的結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理，易損部件應(yīng)能互換并易于更換，便于操作及安裝維護(hù)。5) 機(jī)組制造供貨應(yīng)落實，提出的技術(shù)要求應(yīng)符合制造廠的設(shè)計、實驗和制造水平。6) 機(jī)組的最大部件和最重要部件要考慮運(yùn)輸方式和運(yùn)輸?shù)目尚行浴?.2水輪機(jī)選型方案設(shè)計及比較按我國水輪機(jī)型譜推薦的設(shè)計水頭與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系，水輪機(jī)的ns為ns=21000(h+17)+35=852.1(mk w)綜合考慮水輪機(jī)選擇的幾點要求，

13、在設(shè)計工況下有g(shù)z（868）-wp-685型和gz-wp-560型兩種轉(zhuǎn)輪滿足要求，所以對貫流式水輪機(jī)的選擇擬定以下2種方案：2.2.1方案1選擇gz（868）-wp-685型號的貫流式水輪機(jī)1) 轉(zhuǎn)輪直徑d1的計算水輪機(jī)額定出力：pr=290000.95=30526.3 k w取n110=165r/min , q11r=1.7m/s. m=0.94, =2%.=m+=0.96取8.72) 效率計算max=1-(1-m0) (0.3+0.7 )=0.9746=2/3(1-max)(1- )=0.0081限制工況原型水輪機(jī)效率為=m+=0.94+0.0081=0.9483) 轉(zhuǎn)速n的計算n= =

14、58.456r/min取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為60r/min.4) 設(shè)計流量的計算q r= =379.53 m3/s5) 幾何吸出高度hshs=10- /900- hr hs=10-/900-1.358.7=w+hs-d1/2 =1229.3+hs-8.7/2 解得hs=-3.15m，=1221.8 m6) 水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的估算nr= krn 其中，kr=2.0-2.2. 所以，nr=2.160=126r/min7) 檢驗其運(yùn)行范圍 q11r= = =1.669 m3/s n11min= = =157.4 r/min n11min= = =218.64 r/min8) 水輪機(jī)修正值計算表 105051

15、015m00.9270.9340.9420.9380.9310.928t00.9690.9720.9750.9740.9710.9690.0420.0380.0330.0360.0390.0419) 等效率線計算表hhmin=5.7mh1=7.2 m218.6r/min194.5r/minmq11tp(mw)mq11tp(mw)-100.0420.8941.260.93631.9480.9061.250.94832.1-50.0380.911.70.94843.6570.921.610.95841.78200.0330.9142.10.94753.8720.9251.990.95851.643

16、50.0360.9022.510.93863.780.9152.380.95161.313100.0390.893.080.92977.510.9052.880.94473.647150.0410.833.480.8711.82.110.8653.450.90684.672hhr=8.7mh2=10m176.9r/min165r/minmq11tp(mw)mq11tp(mw)-100.0420.9211.180.96330.7820.9261.10.96828.84-50.0380.9311.470.96938.5860.9351.40.97336.900.0330.9371.80.9747.

17、2970.9421.70.97544.950.0360.9312.170.96756.8430.9362.00.97252.66100.0390.9232.580.96267.2340.932.410.96963.26150.0410.9063.050.94778.2430.9152.870.95674.32hhmax=11m157.4r/minmq11tp(mw)-100.0420.9271.080.96928.35-50.0380.9351.370.97336.1100.0330.9421.620.97542.78750.0360.9381.920.97450.66100.0390.934

18、2.30.97360.62150.0410.9252.70.96670.653方案1的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線2.2.2方案2選擇gz-wp-560型號的貫流式水輪機(jī)1) 轉(zhuǎn)輪直徑d1的計算 水輪機(jī)額定出力：pr=290000.95=30526.3 k w取n110=195r/min , q11r=2.0m/s. m=0.92, =2%.=m+=0.94取8.12) 效率計算max=1-(1-m0) (0.3+0.7 )=0.958=2/3(1-max)(1- )=0.0104 限制工況原型水輪機(jī)效率為=m+=0.92+0.0104=0.93043) 轉(zhuǎn)速n的計算n= =74.2r/min取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)

19、速為75r/min.4) 設(shè)計流量的計算q r= =387.04 m3/s5) 幾何吸出高度hs hs=10- /900- hr =w+hs-d1/2 解得hs=-6.03m，=2210.6m6) 水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的估算nr= krn 其中，kr=2.0-2.2. 所以，nr=2.175=157.5r/min7) 檢驗其運(yùn)行范圍 q11r= = =1.9662 m3/s n11min= = =183.17 r/min n11min= = =254.45 r/min8) 水輪機(jī)修正值計算表 -12-6061218m00.8650.910.9270.9250.910.86t00.9320.9550.

20、9630.9620.9550.930.0670.0450.0360.0370.0450.0709) 等效率線計算表hhmin=5.7mh1=7.2m255.4r/min226.4r/minmq11tp(mw)mq11tp(mw)-120.0670.81.20.86724.430.841.00.90721.297-60.0450.881.70.92536.9240.901.50.94533.28400.0360.9012.40.93752.8040.9182.20.95449.28260.0370.8953.10.93267.8410.9132.60.9557.998120.0450.873.9

21、0.91583.7910.9013.40.94675.524180.0700.824.70.8998.2210.864.30.9393.9hhr=8.7mh2=10m206r/min192.1r/minmq11tp(mw)mq11tp(mw)-120.0670.861.10.92721.7670.8681.00.93521.956-60.0450.911.60.95535.8790.911.420.95531.84300.0360.9242.00.9645.0830.9271.90.96342.96360.0370.9232.50.9656.3540.9262.40.96354.23120.0

22、450.913.20.95571.7580.9153.080.9669.428180.0700.8564.00.92686.9730.853.70.9279.929hhmax=11m183.2r/minmq11tp(mw)-120.0670.8620.90.92919.632-60.0450.9141.40.95931.52600.0360.9261.880.96242.46760.0370.9282.30.96552.116120.0450.9252.40.9754.664180.0700.893.50.9678.896方案2的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線2.2.3方案選擇 gz（868）-wp-685

23、型水輪機(jī)的最高效率max 大于gz-wp-560型水輪機(jī)的max ，同時gz（868）-wp-685型水輪機(jī)的平均效率cp 也大于gz-wp-560型水輪機(jī)的cp ，這表明gz（868）-wp-685型水輪機(jī)運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)性要好于gz-wp-560型水輪機(jī)。而gz（868）-wp-685型水輪機(jī)的吸出高度hs 小于gz-wp-560型水輪機(jī)的hs ，說明gz（868）-wp-685型水輪機(jī)在安裝時向下的土石開挖量要小于gz-wp-560型水輪機(jī)，可大大節(jié)約土建投資。綜上所述，應(yīng)選擇方案1，水輪機(jī)型號為：gz（868）-wp-685。3.水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 繪制軸面流道圖 根據(jù)水頭及形式接近

24、的已有貫流式水電站資料，設(shè)計出水電站貫流式發(fā)電機(jī)組的軸面流道，其形式及相關(guān)尺寸如圖3-1所示:3-1軸面流道圖3.2 主軸及其附屬結(jié)構(gòu)部分3.2.1 主軸直徑計算 主軸的外徑尺寸可以根據(jù)機(jī)組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計算：式中 ： n代表主軸傳遞的功率（千瓦）n代表主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）由原始資料：n=29mw=29103kw n=60r/min所以， （公斤厘米）根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計手冊上 319 頁圖1212 扭力矩與主軸外徑的關(guān)系曲線查得d=950（mm）。當(dāng)主軸直徑600mm時，選用薄壁軸，主軸內(nèi)孔直徑按水輪機(jī)設(shè)計手冊320 頁上的公式122 計算：式中 ：d主軸外徑（厘米）n主軸傳遞的功率

25、（千瓦）n主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） max最大許用應(yīng)力（公斤/厘米2）初選主軸的材料為20mnsi，其中 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= =78.04 cm=780.4 mm但為了保證主軸有足夠的剛強(qiáng)度，可將主軸內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列取為600mm 。3.2.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計主軸是水輪機(jī)的關(guān)鍵部件之一，用來傳遞水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩（功率），使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能，同時承受軸向水推力及轉(zhuǎn)動部分的重量。它的毛坯采用 20mnsi 整鍛。由于本機(jī)組是大型的貫流式水輪機(jī)，在主軸內(nèi)裝有操作油管，所以主軸必須要有中心孔。同時，這樣的空心軸，不但減輕了主軸的質(zhì)量，提高軸的剛度和強(qiáng)

26、度，而且還能消除軸心部分組織疏松等缺陷，便于檢查。主軸一端與發(fā)電機(jī)相連，另一端與轉(zhuǎn)輪相連。查水輪機(jī)設(shè)計手冊上312頁的表12-3 得軸的尺寸如表3-1，主軸長度根據(jù)電站安裝要求決定。：表3-1 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）d950d1102d2153d1490h195m2db1280h1230d0600d p970l50d21560d21480l165f2d3 1050l212z20d900s250c16d900s1310c120db100a30c24 圖3-2 主軸結(jié)構(gòu)3.2.3水導(dǎo)軸承水導(dǎo)軸承的作用，一是承受機(jī)組在各種工況下運(yùn)行時通過主軸傳過來的徑向

27、力，二是維持已調(diào)好的軸線位置。按潤滑劑不同，水輪機(jī)導(dǎo)軸承型式很多，目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承;稀油潤滑有轉(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(jī)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(yùn)用不多。查水輪機(jī)設(shè)計手冊345頁，對不同軸承的使用條件及優(yōu)缺點進(jìn)行比較，同時考慮各個軸承對水質(zhì)條件的要求，對所設(shè)計的水輪機(jī)，選用稀油潤滑筒式軸承。根據(jù)已有貫流式水電站資料，設(shè)計水導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)，如圖3-3所示：3-3 水導(dǎo)軸承3.2.4主軸密封 主軸部分的密封裝置分兩種，一種是機(jī)組正常運(yùn)行中，橡膠軸承壓力

28、水箱的密封，稀油軸承下部防止機(jī)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。本次設(shè)計中采用的是水壓式端面密封，這種密封方式檢修維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡單，工作壽命長，其結(jié)構(gòu)見圖3-4。另一種是機(jī)組停機(jī)檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機(jī)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(jī)械操作式或抬機(jī)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3-5：圖3-4 水壓式主軸密封圖3-5 空氣圍帶3.3轉(zhuǎn)輪部分轉(zhuǎn)輪名義直徑為8.7米，缸動式結(jié)構(gòu)

29、，4只葉片，葉片可根據(jù)水頭、負(fù)荷，通過調(diào)整至最佳位置，與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)，以保證水輪機(jī)在高效率下運(yùn)行。轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪體芯、葉片和葉片操作系統(tǒng)構(gòu)成。（1）轉(zhuǎn)輪體材料為zg20mn,在葉片轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)成球形，球面外壁開有4個孔，內(nèi)裝銅軸套，為葉片系統(tǒng)的外部軸承，轉(zhuǎn)輪體與主軸法蘭用10個m120的螺柱把合，設(shè)有2個140圓柱銷傳遞扭矩。（2）轉(zhuǎn)輪體芯材料為35crmo,與轉(zhuǎn)輪體用10個m90的螺柱相連接，并有2個100圓柱銷傳遞扭矩。（3）葉片操作系統(tǒng)由接力器缸、活塞、轉(zhuǎn)臂、連桿等組成，采用缸動式結(jié)構(gòu)，活塞固定不動，來自受油器開關(guān)腔的壓力油進(jìn)入接力器缸，通過接力器缸的運(yùn)動，帶動連桿、轉(zhuǎn)臂操作葉片轉(zhuǎn)動。根據(jù)

30、已有貫流式水電站資料，設(shè)計轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)，如圖3-6所示：3-6轉(zhuǎn)輪3.4操作油管轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的接力器操作油管裝于主軸中心孔內(nèi)。通常，操作油管用兩根無縫鋼管組成內(nèi)外兩個壓力油腔，上部接至受油器，下部與轉(zhuǎn)輪接力器的活塞桿連接。操作油管的外油腔與轉(zhuǎn)輪接力器活塞上部油腔聯(lián)通，內(nèi)腔則與活塞下部油腔聯(lián)通。本次設(shè)計中操作油管被分為數(shù)段，用法蘭連接，這主要是考慮到電站布置，主軸和接力器結(jié)構(gòu)的變化，為滿足動作靈活，加工、裝卸方便。根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計手冊中的要求，參照已有電站資料，本次貫流式水輪機(jī)操作油管結(jié)構(gòu)如圖3-7所示：圖3-7 操作油管結(jié)構(gòu)圖3.5 外配水環(huán)外配水環(huán)由鋼板焊接而成，由于運(yùn)輸條件限制分成4瓣，外

31、配水環(huán)和導(dǎo)葉配合面為球面，半徑4126mm，外配水環(huán)上有32只導(dǎo)葉套筒孔，導(dǎo)葉軸線與主軸中心線夾角60，并等距分布。根據(jù)已有貫流式水電站資料，設(shè)計外配水環(huán)的結(jié)構(gòu)，如圖3-8所示：圖 3-8 外配水環(huán)3.6 內(nèi)配水環(huán) 內(nèi)配水環(huán)采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由于運(yùn)輸條件限制分成兩半。內(nèi)外配水環(huán)共同構(gòu)成導(dǎo)葉區(qū)域的流道，與導(dǎo)葉的配合為球形，半徑2849 mm，球形部分均布32只導(dǎo)葉下軸孔，導(dǎo)葉軸線與主軸中心線夾角為60，在其下部設(shè)有扇形板，是水導(dǎo)軸承的支撐部件。 根據(jù)已有貫流式水電站資料，設(shè)計內(nèi)配水環(huán)的結(jié)構(gòu)，如圖3-9所示：3-9內(nèi)配水環(huán)3.7 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)3.7.1 導(dǎo)葉套筒導(dǎo)葉套筒是固定導(dǎo)葉上中軸套的部件，采用z

32、g30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(jī)組的水頭不是很高，所以導(dǎo)葉套筒上無需設(shè)計導(dǎo)葉止推裝置。本次設(shè)計中采用的套筒的尺寸大小如下表3-2： 參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250h138d1610h2250d2390h316d3250h55d4270d 530d5280r15dm300r10h926表3-2 導(dǎo)葉套筒圖3-10 導(dǎo)葉套筒3.7.2 導(dǎo)葉軸頸密封導(dǎo)葉中軸頸密封多數(shù)裝在導(dǎo)葉套筒的下端，目前不少機(jī)組中已改用“l(fā)”型密封，實踐證明，封水性能很好，結(jié)構(gòu)簡單?！發(fā)”型密封圈與導(dǎo)葉中軸頸之間靠水壓貼緊封水，因此軸套和套

33、筒上開有排水孔，形成壓差。密封圈與頂蓋配合端面，則靠壓緊封水，所以套筒與頂蓋端面配合尺寸應(yīng)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，模壓成型。其尺寸大小如下表3-3：參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250r52d257h22d230014.5r2224.5表3-3 中軸頸密封其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-11：圖3-11 中軸頸密封導(dǎo)葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進(jìn)入，發(fā)生軸頸磨損。下軸頸密封一般采用“o”型橡皮圈密封結(jié)構(gòu)，其尺寸大小如下表3-4：表3-4 下軸頸密封參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250d210d10其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-12：圖3-12下軸頸“o”型密封3.7

34、.3 導(dǎo)葉軸套導(dǎo)葉軸套目前已廣泛采用聚甲醛，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。a)上軸套尺寸系列如表3-5 所示：表3-5上軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dc230h115d1230h18d2250h212d3249.61d4290 表中參數(shù)符號意義見圖3-13： 圖3-13 上軸套b)中軸套尺寸系列如表3-6 所示：表3-6 中軸套尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250h250d1250h140d2270h28d3269.6d58d42801表中參數(shù)符號意義見圖3-14：圖3-14 中軸套3.7.4 導(dǎo)葉臂根據(jù)叉頭傳動機(jī)構(gòu)裝配尺寸從水輪

35、機(jī)設(shè)計手冊上165 頁的表8-23查出導(dǎo)葉臂及其銷孔尺寸如下表3-7,3-8：表3-7 導(dǎo)葉臂參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250h290dc230dl1245d1340de60d2370k10d2290r130dm60df12d3m24t0.3d432其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-15(左) :表3-8導(dǎo)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其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-15(右) ：圖3-15 導(dǎo)葉臂3.7.5 接力器本次畢業(yè)設(shè)計所選轉(zhuǎn)輪直徑為8.7米，屬于大型機(jī)組，故采用直缸接力器，兩只直缸活塞式接力器用法蘭固定在水輪

36、機(jī)機(jī)坑的接力器井內(nèi)。另外，操作油壓采用=25公斤/厘米。接力器直徑式中：轉(zhuǎn)輪直徑 最高水頭 導(dǎo)葉相對高度 調(diào)速系統(tǒng)的額定油壓 計算系數(shù)從水輪機(jī)設(shè)計手冊中的表查得=0.15，=25公斤/厘米，取11m，b0 =2.62m,d1=8.7m。0.786m根據(jù)接力器直徑系列取dc=800(mm)3.7.6 導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)常用的導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)有叉頭式和耳柄式兩種，前者受力情況較好，適宜于大中型機(jī)組上采用。叉頭傳動機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)葉臂、連接板、叉頭、插頭銷、連接螺桿、分半鍵、剪斷銷、軸套、端蓋和補(bǔ)償環(huán)等組成。根據(jù)接力器直徑dc=800mm，查閱水輪機(jī)設(shè)計手冊上164頁的表8-25、8-26，得到叉頭傳動機(jī)構(gòu)特征尺

37、寸如表3-9：表3-9 導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)裝配尺寸參數(shù)符號數(shù)值(mm)參數(shù)符號數(shù)值(mm)接力器行程dc800d2100d3/jdz032h70d1m724h1900dn90d/dcdm60d/gcdcn80d4/dc43.7.7 連接板根據(jù)叉頭傳動機(jī)構(gòu)裝配尺寸從水輪機(jī)設(shè)計手冊上167 頁的表829到表8-30查出連接板尺寸如下表3-10：表3-10 連接板尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d1340dr290d1150c1.5d2110d3l1=l2150d2m24dcn80 d4l30k0.03h1100r1205h80其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-16： 圖3-16 連接板3.7.8 叉

38、頭銷軸套 根據(jù)連接板d2=100mm，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上168 頁的表8-33查出叉頭銷軸套尺寸如下表3-11： 表3-11 軸套尺寸 參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dn90h98d2100h18d1105c2.5表中參數(shù)符號如下圖所示： 圖3-17 軸套 3.7.9 叉頭銷根據(jù)套筒dn =100d，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上170頁的表836查出剪斷銷尺寸如下表3-12：表3-12 叉頭銷尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dn100dch212d100gbd88d195gbb4.5d299r2d391c4h128d04h146r2h214其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-18： 圖3-1

39、8 叉頭銷3.7.10 叉頭 根據(jù)連接板dn=100從水輪機(jī)設(shè)計手冊上167 頁的表8-31查出叉頭尺寸如下表3-13：表3-13 叉頭尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d1m804l215d2100l1135d395dr90d4145r20h210r110h130c12h140s32 其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-19：圖3-21 圖3-19叉頭3.7.11 連接螺桿根據(jù)叉頭d1=m80從水輪機(jī)設(shè)計手冊上168 頁的表832查出叉頭尺寸如下表3-14：表3-14 連接螺桿尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）d1m804b30d290b18d374r2s80c3l190其中參數(shù)符

40、號意義對應(yīng)圖3-20： 圖3-20 連接螺桿3.7.12剪斷銷根據(jù)連接板dcn=80mm，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上170頁的表835查出剪斷銷尺寸如下表3-15： 表3-15 剪斷銷尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dcn80dc4r1.5d30h16.5d279h215d390h80d480l76b6l175b15其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-21：圖3-21 剪斷銷3.7.13分半鍵根據(jù)上軸直徑dc =230mm，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上169 頁的表834查出分半鍵尺寸如下表3-16：表3-16 分半鍵尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）dc230b27.5dm60k5l245c1.5

41、b58b133.1l1305h225l2250h340h10h410其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-22：圖3-22 分半鍵3.7.14端蓋根據(jù)軸頸db=250mm，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上171頁的表837查出端蓋尺寸如下表3-17：表3-17 端蓋尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）參數(shù)符號數(shù)值（mm）db250h138d1400r115d22321m36d390226d452364d5290d6130h48其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-23：3-23 端蓋3.7.15 補(bǔ)償環(huán)根據(jù)叉頭銷dn=100mm，從水輪機(jī)設(shè)計手冊上172頁的表838查出補(bǔ)償環(huán)尺寸如下表3-18：表3-18 補(bǔ)償環(huán)尺寸參數(shù)符號數(shù)值（mm）d10

42、0d1115h10其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖3-24：圖3-24 補(bǔ)償環(huán)3.8 基礎(chǔ)環(huán)基礎(chǔ)環(huán)下游焊在尾水管上，采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)要承受轉(zhuǎn)輪室傳來的水力震動，要求與混凝土結(jié)合牢固。根據(jù)已有貫流式水電站資料，設(shè)計出基礎(chǔ)環(huán)的結(jié)構(gòu)。如圖3-25所示： 3-25 基礎(chǔ)環(huán)3.9座環(huán)座環(huán)是機(jī)組的主要支撐，承受機(jī)組大部分重量、水的壓力、浮力、正反向水推力、發(fā)電機(jī)扭矩等，并將這些負(fù)荷傳遞到基礎(chǔ)混凝土上，因而具有足夠的強(qiáng)度、剛度。座環(huán)是整個機(jī)組的安裝基礎(chǔ)，水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)定子、組合軸承支撐環(huán)都固定在其法蘭上。受運(yùn)輸條件限制，座環(huán)裝配分為內(nèi)錐、外錐、上游外錐。座環(huán)內(nèi)錐采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，受運(yùn)輸條件限制分為不

43、等的4半，水平方向設(shè)計兩個固定導(dǎo)葉，垂直方向2個進(jìn)人筒。作為焊接件的座環(huán)，除了符合相應(yīng)的焊接規(guī)程保證其焊接質(zhì)量外，主要加工面的光潔度和公差也要達(dá)到精度要求，此外，對制造質(zhì)量還提出如下要求：1. 其用鋼板材料為zg20mnsi，厚度為60mm，采用焊接結(jié)構(gòu)。2. 所有過流表面打磨光滑至表面光潔度為，其余表面為；3. 固定導(dǎo)葉進(jìn)口端節(jié)距誤差不超過0.0015da；4. 頂蓋與底環(huán)把合面平行度誤差不超過0.025 毫米/米；5. 分瓣結(jié)構(gòu)的合縫面光潔度為，合縫面間隙一般不超過0.05 毫米，局部允許有0.150.3 毫米凹陷部分（深度小于接合縫的1/3，長度不超過接合縫總長的1/5），但不允許有突起。根據(jù)已有貫流式水電站資料，設(shè)計座環(huán)的結(jié)構(gòu)，如圖3-26所示：圖3-26 座環(huán)3.10尾水管 由于貫流式水輪機(jī)工作水頭較低，故其尾水管是由混凝土澆筑而成的，但為了防止水流沖刷，在尾水管進(jìn)口直錐段內(nèi)襯有鋼板里襯，為保證轉(zhuǎn)輪能高效安全運(yùn)行，里襯厚度選為60mm。3 總結(jié)本次設(shè)計首先是水輪機(jī)的選型，再進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的