水輪機(jī)選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、2012屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 水輪機(jī) 選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2013 年iii摘 要 水輪機(jī)作為水力原動(dòng)機(jī)，是水力發(fā)電機(jī)組能量轉(zhuǎn)換的核心部件。水輪機(jī)參數(shù)選擇的先進(jìn)性和合理性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和適用性對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和安全具有非常重要的意義。有必要加強(qiáng)轉(zhuǎn)輪選型設(shè)計(jì)和水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究，進(jìn)一步提高機(jī)組的性能和質(zhì)量。本文根據(jù)山美電站的工程概況和相關(guān)參數(shù)，做了如下工作：（1）選擇合適的水輪機(jī)機(jī)型。根據(jù)所給的電站原始資料和模型綜合特性曲線，利用相關(guān)公式計(jì)算出原型水輪機(jī)的主要相關(guān)參數(shù)，然后

2、將所選參數(shù)轉(zhuǎn)換為單位轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上檢驗(yàn)所選參數(shù)是否合適，并繪制水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。（2）進(jìn)行水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過分析水輪機(jī)各零部件的作用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尋找各零部件的特征尺寸以及各尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系，參照水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)等現(xiàn)有資料，運(yùn)用auto-cad繪圖軟件，對(duì)山美電站的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：埋入部件：座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、尾水管、蝸殼；導(dǎo)水機(jī)構(gòu)以及頂蓋、底環(huán)；轉(zhuǎn)動(dòng)部件：轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)、主軸，并對(duì)主軸進(jìn)行強(qiáng)度校核；其他部件：主軸密封、水導(dǎo)軸承、真空破壞閥和補(bǔ)氣裝置。設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)、新型材料，綜合考慮安全性、制造工藝以及安裝、維護(hù)檢修各方面因素。關(guān)鍵詞：山美水電站，混流式水

3、輪機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核abstract as a hydraulic prime mover, the turbine is the core components of energy conversion part among the hydro electric generating set. the advancement and rationality of turbine parameters selection as well as the reliability and applicability of the structure design possess great si

4、gnificance to the safe and stable operation of the hydroelectric generating set, even to the production and safety of the whole power system. it is necessary to further the study on the runner type-selection design and the structure design of turbine, thus improving the performance and quality of th

5、e set. according to the project profiles and associated parameters of shanmei hydropower station, this thesis completed the following tasks: 1. selecting appropriate model of turbine. based on the original materials and model synthetic characteristics curve provided by the plant, the paper calculate

6、d the main relative parameters of the model turbine with associated formula, and then transformed the parameters into the unit rotation speed to test the applicability on the synthetic characteristics curve, as well as drew a synthetic running features curve of the turbine. 2. designing the structur

7、e of the turbine. the design of the turbine in shanmei plant was completed by several steps as follows: analyze the function and structural features of all parts of the turbine, and ascertain the characteristic size of all parts and figure out their relation; then refer to the instruction of the mat

8、erials like design manual and use the auto-cad software to finish the design. the contents of the design mainly includes: 1. embedded parts: socket ring, foundation ring, draft tube and volute; 2. water distributor, coping and base ring; 3. rotatable parts: runners structure, principle axis and its

9、strength check; 4.other parts: shaft seal, guide bearings, vacuum breaker valve and air admission device. some advanced structure and new materials were adopted with the consideration of factors like safety, fabrication technology, installment and maintenance. key words: shanmei hydropower station,f

10、rancis turbine，structural design,strength calculation2012屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1.前 言11.1概述11.2原始資料21.3設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容31.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容31.3.2設(shè)計(jì)要求32.水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)52.1 原始數(shù)據(jù)52.2 選擇轉(zhuǎn)輪型號(hào)52.3水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算52.4水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制82.4.1等效率曲線的繪制82.4.2等吸出高度線的繪制82.4.3等開度線的繪制93.水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1埋入部分123.1.1 座環(huán)123.1.2蝸殼123.1.3基礎(chǔ)環(huán)123.1.4尾水管123.1.5基坑

11、里襯133.2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)133.2.1 頂蓋和底環(huán)133.2.2 導(dǎo)葉133.2.3 控制環(huán)143.2.3 導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)143.3 轉(zhuǎn)動(dòng)部分143.3.1 轉(zhuǎn)輪143.3.2 主軸153.4 其他部件153.4.1 水導(dǎo)軸承153.4.2 主軸密封152.4.3 補(bǔ)氣裝置153.4.4 真空破壞閥164. 埋入部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)174.1轉(zhuǎn)輪的流道尺寸174.2 座環(huán)與蝸殼184.3 基礎(chǔ)環(huán)204.4 尾水管214.5 基坑里襯及地板裝置225. 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)235.1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)235.2 導(dǎo)葉布置圖的繪制245.2.1繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的目的245.2.2 確定導(dǎo)葉葉型255.2.

12、3確定傳動(dòng)件的相關(guān)尺寸及角度265.2.4 確定導(dǎo)葉開度275.2.5 繪制導(dǎo)葉布置圖及相關(guān)曲線275.2.6 根據(jù)導(dǎo)葉布置圖和檢查、調(diào)整關(guān)系曲線285.3 導(dǎo)葉裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)295.3.1 導(dǎo)葉軸承及潤(rùn)滑295.3.2 導(dǎo)葉軸頸的密封315.3.3 導(dǎo)葉的止推裝置315.3.4 導(dǎo)葉的套筒結(jié)構(gòu)335.3.5 導(dǎo)葉的密封裝置345.4 導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)345.4.1 導(dǎo)葉臂345.4.2 耳柄355.4.3剪斷銷365.4.4 旋套365.5 頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)385.5.1頂蓋385.5.2 底環(huán)385.5.3控制環(huán)395.6 導(dǎo)葉的強(qiáng)度校核與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)405.7 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的裝配系

13、列與公差選擇415.7.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸415.7.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的零件公差426.轉(zhuǎn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)436.1 轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與減壓措施436.1.1 轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)436.1.2減壓措施446.2混流式的止漏裝置446.3主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)456.4主軸強(qiáng)度的校核476.4.1基本參數(shù)及意義476.4.2 軸身應(yīng)力的計(jì)算486.4.3 法蘭與軸身連接處應(yīng)力計(jì)算496.4.4 強(qiáng)度校核結(jié)論507.軸承、密封及其它部件的設(shè)計(jì)517.1 水導(dǎo)軸承517.2 主軸密封527.3 補(bǔ)氣方式的選擇與設(shè)計(jì)537.4 其它部件的設(shè)計(jì)547.4.1真空破壞閥548.結(jié)論、討論和建議56參考文獻(xiàn)59致 謝61附錄62

14、611.前 言1.1概述改革開放以來，我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速增長(zhǎng)和人民生活水平的不斷提高提供了強(qiáng)有力的能源支撐。水能資源是可再生能源，是技術(shù)上最成熟，經(jīng)濟(jì)上最合理的清潔能源，也是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。黨的十七屆五中全會(huì)明確，要在保護(hù)生態(tài)的前提下積極發(fā)展水電?！笆?”期間，國(guó)家計(jì)劃投資新能源5萬億元，常規(guī)水電將開工建設(shè)8300萬千瓦。水電開發(fā)迎來難得的發(fā)展機(jī)遇。水輪機(jī)作為水力原動(dòng)機(jī)，在水電建設(shè)項(xiàng)目中，水輪機(jī)選擇設(shè)計(jì)具有重要意義：水輪機(jī)效率高，抗空蝕性能好，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，則發(fā)電效益就高。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)既是水電站設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，也是編制設(shè)備采購(gòu)招標(biāo)文件的依據(jù)。

15、因此，需要加強(qiáng)轉(zhuǎn)輪選型設(shè)計(jì)和整個(gè)水輪機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究，進(jìn)一步提高機(jī)組的性能和質(zhì)量，以適應(yīng)我國(guó)水電事業(yè)的飛速發(fā)展。新中國(guó)成立以來，我國(guó)的水輪機(jī)和水電設(shè)備研究設(shè)計(jì)和制造業(yè)經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從性能一般水平跨入世界先進(jìn)行列的過程。特別是近幾年來，通過出口機(jī)組和與世界著名水輪機(jī)制造公司的合作和接觸機(jī)會(huì)增多，了解了國(guó)際上在水輪機(jī)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)和特點(diǎn)。我國(guó)在新產(chǎn)品開發(fā)、新技術(shù)和新材料應(yīng)用，設(shè)計(jì)手段等發(fā)面獲得了飛速發(fā)展。本文根據(jù)山美電站的工程概況和相關(guān)參數(shù)，做了如下工作：（1）選擇合適的水輪機(jī)機(jī)型。水輪機(jī)選型是水電站設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文根據(jù)水輪機(jī)型譜參數(shù)表和模型綜合特性曲線，利用相關(guān)公式計(jì)算出原型

16、水輪機(jī)的基本參數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑d1和轉(zhuǎn)速，然后將計(jì)算所得到參數(shù)轉(zhuǎn)換為單位轉(zhuǎn)速在模型綜合特性曲線上檢驗(yàn)所選參數(shù)是否合適，并繪制出水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。（2）分析水輪機(jī)各零部件的作用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尋找各零部件的特征尺寸以及各尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系，參照水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)等現(xiàn)有資料，運(yùn)用auto-cad繪圖軟件，對(duì)山美電站的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)、新型材料，綜合考慮安全性、制造工藝以及安裝、維護(hù)檢修各方面因素。 畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，更是為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考，實(shí)事求是和解決問題的能力。此外，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)自己的文字表達(dá)能力，更好地掌握一些辦

17、公軟件和繪圖軟件，使自己全面發(fā)展。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展具有重大的意義，將是我人身中的一筆巨大財(cái)富。1.2原始資料山美水電站概述：山美水電站位于晉江支流東溪上，距泉州市約40km，地處晉江支流東溪中游。壩址以上控制流域面積1023km2，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、供水、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程，位于晉江支流東溪上，距泉州市約40km，壩址以上控制流域面積1023km2，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、供水、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程，水庫(kù)總庫(kù)容6.56億m3，山美水庫(kù)總庫(kù)容6.56億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容4.53億m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站總裝機(jī)容量為60mw，年設(shè)計(jì)發(fā)電量1.61

18、04億kwh。 電站基本參數(shù)：額定出力p=15.6mw，額定水頭hr=46.2m，最高水頭hmax=56.3m，最低水頭hmin=35m。1.3設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）根據(jù)給定的單臺(tái)水輪機(jī)額定出力和水頭等參數(shù)，進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的選型計(jì)算，確定合適的水輪機(jī)型號(hào)、機(jī)組同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)輪直徑等參數(shù)，并繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線； (2) 按選型計(jì)算確定的水輪機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn)輪直徑等參數(shù)，確定水輪機(jī)的主要特征尺寸，進(jìn)行座環(huán)、蝸殼、基礎(chǔ)環(huán)、尾水管和機(jī)坑里襯等水輪機(jī)埋入部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (3) 進(jìn)行轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并根據(jù)機(jī)組的型式和電站的自然條件選擇合理的止漏和減壓方式； (4) 根據(jù)水輪機(jī)的出力

19、、轉(zhuǎn)速等參數(shù)估算主軸直徑，確定轉(zhuǎn)輪與主軸的連接方式；進(jìn)行主軸的強(qiáng)度校核計(jì)算，根據(jù)校核結(jié)果修改并最終確定主軸的結(jié)構(gòu)； (5) 進(jìn)行導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)、導(dǎo)葉及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)葉的立面和端面密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制導(dǎo)葉布置圖，檢查導(dǎo)葉傳動(dòng)與接力器移動(dòng)的均衡性，檢查傳動(dòng)件在不同位置是否相碰，并根據(jù)檢查結(jié)果修改； (6) 根據(jù)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行水輪機(jī)工作密封和檢修密封裝置設(shè)計(jì)； (7) 根據(jù)機(jī)組的型式和電站的自然條件水導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)； (8) 根據(jù)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和電站的自然條件選擇合適的補(bǔ)氣方式；(9) 進(jìn)行水輪機(jī)其它部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.3.2設(shè)計(jì)要求(1) 充分查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，按給定格式撰寫畢業(yè)

20、設(shè)計(jì)開題報(bào)告；(2) 翻譯至少一篇2000單詞以上的本專業(yè)外文文獻(xiàn)；(3) 按學(xué)校統(tǒng)一格式編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，要求書寫整潔，語言簡(jiǎn)練，概念正確，條理清楚；計(jì)量單位規(guī)范統(tǒng)一；(4) 繪圖要求：設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)格式符合國(guó)家規(guī)范要求，圖幅和張數(shù)如下：1張水輪機(jī)總裝配圖（零號(hào)圖）；1張導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配圖（1號(hào)圖）；1張導(dǎo)葉布置圖（1號(hào)或2號(hào)圖）；1張水輪機(jī)主要部件的組裝圖或零件圖（圖幅根據(jù)內(nèi)容自定）。2.水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì) 2.1 原始數(shù)據(jù)水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)就是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門提供的原始資料及參數(shù)，選擇合理的水輪機(jī)型號(hào)和計(jì)算水輪機(jī)的各種數(shù)據(jù)。這是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作，它直接關(guān)系到水電站的機(jī)組能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和投資

21、的多少。主要原始參數(shù)和資料如下：（1） 最高水頭hmax=56.3m；（2） 額定水頭ha=46.2m；（3） 最低水頭hmin=35m；（4） 單機(jī)額定出力p=15.6mw； 2.2 選擇轉(zhuǎn)輪型號(hào) 查水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型譜參數(shù)，可供參考的機(jī)型為hl220、hl230、hl240。hl220使用水頭為5085m，hl230為國(guó)外引進(jìn)轉(zhuǎn)輪，不推薦使用，hl240使用水頭為2545m?？紤]到強(qiáng)度要求，且中小型水輪機(jī)一般降低水頭使用，選擇hl220轉(zhuǎn)輪。2.3水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算（1）計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑d1。 （2-1）發(fā)電機(jī)額定容量pg=15600kw，q11取模型特性曲線上最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與5%出力限制線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)

22、的q11。查附表2得=70(r/min)，查hl220模型綜合特性曲線得q11=1.14()，對(duì)應(yīng)的模型效率=0.89，暫取效率修正值=0.02，=+=0.89+0.02=0.91。發(fā)電機(jī)效率=0.97。設(shè)計(jì)水頭。故 =(m)，取d1=2.34(m)。（2） 效率修正的計(jì)算 =。（3）轉(zhuǎn)速n的計(jì)算 =203.3( r/min) 對(duì)比表9-9發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，n介于187.5r/min214.3r/min。 n取214.3r/min ( r/min) ( r/min) ( r/min) 取n=187.5r/minn11a =( r/min)( r/min) ( r/min) 查附表2，得hl2

23、20推薦使用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速為n110=70r/min，并參照模型綜合特性曲線，可以看出214.3r/min時(shí)，在水頭范圍內(nèi)具有較高效率，故選擇轉(zhuǎn)速為n=214.3r/min。 （4）水輪機(jī)的設(shè)計(jì)流量 （5）幾何吸出高度的計(jì)算 取1.15.模型空化系數(shù)=0.133m （6）飛逸轉(zhuǎn)速nr的計(jì)算由表3-4，hl220單位飛逸轉(zhuǎn)速為n11r=133r/min，( r/min)(7) 軸向水推力查文獻(xiàn)【2】表5-5水輪機(jī)軸向水推力系數(shù)k和水輪機(jī)型號(hào)關(guān)系，查得hl220軸向水推力系數(shù)為0.240.3。取k=0.27。 （8）檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍設(shè)計(jì)工況單位流量() n11r 與交點(diǎn)剛好處于出力限制線偏左點(diǎn)，

24、并處于最高效率區(qū)內(nèi)，滿足要求。2.4水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制2.4.1等效率曲線的繪制（1）等效率曲線繪制的一般方法： 在水輪機(jī)工作水頭范圍內(nèi)，取4、5個(gè)包括特征水頭在內(nèi)的水頭，計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11m,以各n11m值在模型綜合特性曲線上做出水平線與其等效率線相交得一系列交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的q11，m計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率與出力p，然后作出各水頭下的=f(p)曲線。在曲線=f(p)上以某一效率作水平線與各=f(p)曲線相交，找出各點(diǎn)的h、p值。作ph坐標(biāo)系，并在其中繪制出計(jì)算中所選水頭值的水平線，將中所得到的各交點(diǎn)按其h、p值點(diǎn)到ph坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到某效率值的等效率曲線。出力

25、限制線如綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線所示。2.4.2等吸出高度線的繪制（1）等吸出高度線表達(dá)水輪機(jī)在各運(yùn)行工況的最大允許吸出高度hs，等hs線是根據(jù)模型綜合特性曲線的等線換算得到的。計(jì)算與繪制等hs線的步驟如下：計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11m，在模型綜合特性曲線上過各n11m作水平線與各等相交，記下各點(diǎn)的、q11及m值。根據(jù)吸出高度計(jì)算式計(jì)算各點(diǎn)hs，并計(jì)算各點(diǎn)出力p。根據(jù)各工況點(diǎn)的hs、p，繪出各水頭下的曲線。在曲線上取某值作水平線與各曲線相交，記下各點(diǎn)的水頭h以及出力p，將這些點(diǎn)（p，h）繪制到ph坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為某hs值等吸出高度線。（2）繪制曲線的數(shù)據(jù)如下：根據(jù)h查表文獻(xiàn)【2】4-

26、22，得到如下數(shù)據(jù)：h=56.3m，=0.02；h=50m，=0.025；h=43.89m，=0.03；h=40m，=0.034；h=35m，=0.04。從模型綜合特性曲線上所得數(shù)據(jù)經(jīng)過excel處理數(shù)據(jù)，繪制等吸出高度線。 等吸出高度線如綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線所示。2.4.3等開度線的繪制 (1)計(jì)算與繪制等開度線的步驟如下：計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上過各作水平線與各等開度線相交，記下各點(diǎn)的a0、q11及值。根據(jù)模型水輪機(jī)與與原型機(jī)的幾何相似關(guān)系，換算出對(duì)應(yīng)的真機(jī)開度，并求出出力p。根據(jù)各工況點(diǎn)的a、p，繪出各水頭下的曲線。在曲線上取某a值作水平線與各曲線相交，記下各點(diǎn)的水頭h

27、以及出力p，將這些點(diǎn)（p，h）繪制到ph坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為某a值等吸出高度線。得到的等開度線如綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線所示。 圖1-1 水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 3.水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 山美電站水質(zhì)較好，設(shè)計(jì)中主要考慮機(jī)組的穩(wěn)定性和可靠性。水輪發(fā)電機(jī)組為立軸混流式，俯視順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，水輪發(fā)電機(jī)采用兩根軸結(jié)構(gòu)。水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸通過聯(lián)軸螺栓直接連接。水輪機(jī)主要部件有：埋入部件：座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、尾水管、蝸殼；導(dǎo)水機(jī)構(gòu)以及頂蓋、底環(huán)；轉(zhuǎn)動(dòng)部件：轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)、主軸，并對(duì)主軸進(jìn)行強(qiáng)度校核；其他部件：主軸密封、水導(dǎo)軸承、真空破壞閥和補(bǔ)氣裝置。水輪機(jī)剖面圖如圖2-1所示。 圖3-13.1埋入部分3.1.1 座環(huán)

28、 座環(huán)是水輪機(jī)的承重部件，且是水輪機(jī)裝配的一個(gè)主要基準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)中除了滿足強(qiáng)度要求外，還必須具有足夠的剛度。本電站座環(huán)采用整體型，鑄焊結(jié)構(gòu)，采用無蝶形邊的平行式焊接結(jié)構(gòu)，分為上環(huán)、下環(huán)、固定導(dǎo)葉三部分，不分瓣，上下環(huán)外圓焊有圓形導(dǎo)流環(huán)，改善進(jìn)口的繞流情況。上下環(huán)板采用q345b-z35抗層狀撕裂鋼板，12個(gè)固定導(dǎo)葉采用zg06cr13ni4mo不銹鋼制造。3.1.2蝸殼 蝸殼是水輪機(jī)重要的引水部件，蝸殼按不考慮與混泥土聯(lián)合受力的條件下，遵循等速度距vur=k的規(guī)律設(shè)計(jì)。得出進(jìn)口斷面和與進(jìn)口斷面相差180度的中間斷面尺寸，進(jìn)口斷面半徑為1416mm，中間斷面半徑為890mm。蝸殼厚度為15mm，其

29、材料為b610cf鋼板，為滿足工地安裝調(diào)整需要，蝸殼上設(shè)有兩個(gè)湊合結(jié)。3.1.3基礎(chǔ)環(huán) 基礎(chǔ)環(huán)是水輪機(jī)的基礎(chǔ)部件，形成轉(zhuǎn)輪室，同是又是安裝和拆卸水輪機(jī)是落放轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)。它和座環(huán)以及尾水管進(jìn)口直錐段相連。由于機(jī)組尺寸小，故將基礎(chǔ)環(huán)和座環(huán)做成整體。材料采用q235鋼板焊接。3.1.4尾水管 尾水管是水輪機(jī)過流通道的一部分，且有回收部分轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的作用。尾水管的形狀對(duì)水輪機(jī)性能具有較大的影響。采用彎肘形尾水管，直錐段單邊擴(kuò)散角為8度，厚度為11mm，采用鋼板q235b。為方便檢修，直錐段設(shè)800進(jìn)人門。3.1.5基坑里襯 基坑里襯為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，不分瓣，材料為10mm厚鋼板q235b?；永镆r在工

30、地調(diào)整組圓后裝焊在座環(huán)上。3.2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)3.2.1 頂蓋和底環(huán)頂蓋除了封堵水流形成流道外，還起支持和固定水輪機(jī)一部分零件的作用，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。頂蓋采用q235b鋼板和zg20simn焊接整體結(jié)構(gòu)，滿足剛度和抗磨要求。外徑為3440mm，內(nèi)徑為1000mm，開有24個(gè)套筒孔以及兩個(gè)真空破壞閥放置孔。頂蓋與轉(zhuǎn)輪上冠構(gòu)成水輪機(jī)的縫隙式止漏裝置。底環(huán)的功能主要是安裝導(dǎo)葉的下軸承和形成流道的過流表面，外徑為3150mm，內(nèi)徑為2520mm，高度為150mm，材料采用q235鋼板。底環(huán)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)構(gòu)成水輪機(jī)的下止漏裝置?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后在底環(huán)上加焊限位塊。3.2.2 導(dǎo)葉 導(dǎo)葉為整鑄不銹鋼結(jié)構(gòu)，材料為z

31、g06cr16ni5mo，有較好的抗空蝕、抗磨損性能。導(dǎo)葉為三支點(diǎn)正曲度導(dǎo)葉，導(dǎo)葉上軸頸95mm，中軸頸為105mm，下軸頸為85mm，瓣體高度為585mm，長(zhǎng)度為387.4mm，總高為1245mm，導(dǎo)葉數(shù)為24個(gè)。與導(dǎo)葉三支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的上、中、下軸承采用大連三環(huán)的自潤(rùn)滑軸承，分別安裝在套筒和底環(huán)內(nèi)。為了有效防止泥沙和封水，中軸頸處設(shè)置了l型密封圈，下軸頸處設(shè)置了o型密封圈。導(dǎo)葉立面密封為金屬線接觸密封，導(dǎo)葉端面密封為嵌入在導(dǎo)葉瓣體端面內(nèi)的青銅塊加橡膠條密封。3.2.3 控制環(huán)控制環(huán)為q235鋼板焊接結(jié)構(gòu)。上環(huán)板設(shè)有兩個(gè)大耳孔與接力器推拉桿相連，下環(huán)板設(shè)24個(gè)小耳孔與導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)中耳柄相連?？刂?/p>

32、環(huán)最大外徑為2210mm，內(nèi)徑為1610mm，大耳環(huán)分布圓直徑為2010mm，小耳環(huán)分布圓直徑為1860mm。在控制環(huán)中部設(shè)置控制環(huán)的支撐裝置，采用具有自潤(rùn)滑性能的抗磨板，用螺釘把合在控制環(huán)上，并且設(shè)置壓板，以防止導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)應(yīng)受力不均而引起控制環(huán)上抬。3.2.3 導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu) 導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由導(dǎo)葉臂、分半鍵、耳柄、連桿銷、剪斷銷和旋套組成。與叉頭式相比，耳柄式工藝性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，結(jié)構(gòu)所空間小，但受力不如叉頭式。在導(dǎo)葉臂與連桿之間設(shè)置剪斷銷，以保證在某個(gè)導(dǎo)葉被異物卡住后其他導(dǎo)葉能正常動(dòng)作。為了防止剪斷銷和連桿銷因上移而導(dǎo)致受力情況變化，在剪斷銷和連桿銷上方設(shè)置了

33、壓板。在旋套兩端增加兩個(gè)薄螺母，防止在工作中連桿長(zhǎng)度因受力不均而改變，影響導(dǎo)葉的立面密封。3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)部分3.3.1 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪采用鑄焊結(jié)構(gòu)，上冠、下環(huán)均為vod超低碳精煉的具有良好的抗空蝕和抗磨損性能不銹鋼zg0cr16ni5mo。轉(zhuǎn)輪直徑2340mm，最大外徑2630mm，高度1255mm。轉(zhuǎn)輪各過流表面粗超度不超過3.2m。轉(zhuǎn)輪焊接成整體加工后需做靜平衡實(shí)驗(yàn)。轉(zhuǎn)輪與主軸采用銷套傳遞扭矩，具有互換性，連接螺栓需要按要求用液壓拉伸器進(jìn)行預(yù)緊，并精確測(cè)量其拉伸值。上冠上開有12個(gè)70減壓孔。3.3.2 主軸 水輪機(jī)主軸采用雙法蘭厚壁空心軸，材質(zhì)為35鋼整鍛。軸身外徑350mm，內(nèi)徑250mm。水

34、輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪采用12個(gè)m70螺柱連接，采用銷套傳遞扭矩，連軸螺柱不受剪切力。為了防止螺紋受泥沙磨損，在法蘭處設(shè)置法蘭護(hù)罩。3.4 其他部件3.4.1 水導(dǎo)軸承 水導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑油浸式筒式軸承。軸瓦采用巴氏合金，分兩瓣，內(nèi)徑為360mm，高度340mm。選用l-tsaar32透平油，第一次充油以設(shè)計(jì)正常油面為準(zhǔn)?？傃b配圖中所示油面為停機(jī)時(shí)的高度。軸承液位信號(hào)器應(yīng)根據(jù)軸承實(shí)際運(yùn)行情況現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。軸承設(shè)有熱電阻測(cè)溫計(jì)，軸承冷卻水為雙向進(jìn)水式。3.4.2 主軸密封 工作密封采用水壓式端面密封，在摩擦面之間形成一層很薄的水膜，漏水小，磨損也不大。實(shí)際裝配時(shí)需將密封裝置調(diào)試到最佳工作

35、條件。 檢修密封為置于主軸工作密封下方的空氣圍帶，充、放氣自動(dòng)控制，氣壓為0.50.7mpa，在機(jī)組停機(jī)和檢修時(shí)使用。2.4.3 補(bǔ)氣裝置為保證機(jī)組在部分負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電機(jī)上端設(shè)置了中心孔補(bǔ)氣裝置。為防止尾水倒灌時(shí)保護(hù)機(jī)組不受損害，補(bǔ)氣系統(tǒng)設(shè)置兩道補(bǔ)氣閥，分別為浮球閥和差壓空氣閥，浮球閥在正常工作時(shí)處于常開狀態(tài)，水位上升時(shí)依靠浮力自動(dòng)關(guān)閉。差壓空氣閥在正常工況處于常閉狀態(tài)，當(dāng)補(bǔ)氣閥下腔的真空低于某一值時(shí)，依靠壓力自動(dòng)開啟。3.4.4 真空破壞閥設(shè)置2個(gè)真空破壞閥，在緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)補(bǔ)入空氣，破壞真空，保護(hù)機(jī)組。4. 埋入部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1轉(zhuǎn)輪的流道尺寸查文獻(xiàn)【1】圖10-1混流式轉(zhuǎn)

36、輪流道圖，查得hl220流道尺寸如下： 圖4-1 hl220轉(zhuǎn)輪流道圖 按比例放大，得到真機(jī)的軸面流道圖，如下： 圖4-2 真機(jī)轉(zhuǎn)輪流道圖4.2 座環(huán)與蝸殼4.2.1座環(huán)座環(huán)是反擊式水輪機(jī)的基礎(chǔ)部件，除了承受水壓力的作用外，還承受整個(gè)機(jī)組和機(jī)組段混泥土的重量，因此要有足夠的強(qiáng)度和剛度。目前常用的結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：（1）與混凝土蝸殼連接的座環(huán)（2）與金屬蝸殼連接的座環(huán)。由于山美水電站水頭大于40m，故采用與金屬蝸殼連接的座環(huán)。而與金屬蝸殼連接的座環(huán)又分為帶蝶形邊的座環(huán)和無蝶形邊的座環(huán)。本次設(shè)計(jì)采用無蝶形邊箱型結(jié)構(gòu)的座環(huán)，與金屬蝸殼相連。這種形式剛度好，與蝸殼的連接點(diǎn)離固定導(dǎo)葉中心近，改善了受力

37、狀況。上下環(huán)外圓焊有圓形導(dǎo)流板，改善座環(huán)進(jìn)口繞流條件。上下環(huán)板采用q345b-z35抗層狀撕裂鋼板，12個(gè)固定導(dǎo)葉采用zg06cr13ni4mo不銹鋼制造根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑d1和水頭，查文獻(xiàn)【1】表6-15 金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表 轉(zhuǎn)輪直徑d1=2340mm，h170，h70，查上表，采用插值運(yùn)算。 （1）db的計(jì)算 x=55 db=3250+55=3305mm，圓整后取db=3300mm。 （2）da的計(jì)算 x=72 da=3850+72=3922mm，圓整后取da=3920mm。座環(huán)各部分尺寸如圖4-4： 圖4-4 座環(huán) 4.2.2 蝸殼 蝸殼可以將管道中的水流均勻地分配到轉(zhuǎn)輪前導(dǎo)水葉的四周，使

38、水流對(duì)稱地流入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，然后再流入轉(zhuǎn)輪，保證運(yùn)行平穩(wěn)。常見蝸殼分為金屬蝸殼和混泥土蝸殼。由于山美電站水頭大于40m，故選用鋼板焊接金屬蝸殼，蝸殼厚度為15mm其材料為b610cf鋼板。查文獻(xiàn)【2】 計(jì)算蝸殼進(jìn)口斷面尺寸。查圖5-14金屬蝸殼的流速系數(shù)與水頭關(guān)系，得k=0.95，蝸殼包角。 （1） 進(jìn)口斷面流量 進(jìn)口斷面半徑 進(jìn)口斷面中心距 h為座環(huán)固定導(dǎo)葉的高度，蝸殼系數(shù) 蝸殼常數(shù) （2） 中間斷面i 由文獻(xiàn)【2】公式（5-12），得 中間斷面與進(jìn)口斷面相差， 。4.3 基礎(chǔ)環(huán) 基礎(chǔ)環(huán)是混流式水輪機(jī)中座環(huán)與尾水管進(jìn)口錐管段相連接的基礎(chǔ)部件，埋設(shè)于混泥土中，轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其下法蘭面是裝拆

39、水輪機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)輪的落放基礎(chǔ)。由于機(jī)組較小，將座環(huán)和基礎(chǔ)環(huán)焊為一體。材料采用q235鋼板焊接。查文獻(xiàn)【1】表7-4，得間=30mm，環(huán)=10mm。基礎(chǔ)環(huán)各部分尺寸如圖4-5所示： 4-5 基礎(chǔ)環(huán)4.4 尾水管 尾水管是水輪機(jī)過流通道的一部分，具有以下作用：（1）將轉(zhuǎn)輪出口水流引向下游。（2）利用轉(zhuǎn)輪高出下游水面那一段位能。（3）回收部分轉(zhuǎn)輪動(dòng)能。對(duì)于低水頭大流量的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的出口動(dòng)能相對(duì)較大，尾水管的回收性能對(duì)水輪機(jī)的效率有顯著影響。尾水管的型式基本上可以分為兩類，即直錐型和彎肘型兩種.本機(jī)采用彎肘形尾水管，直錐段單邊擴(kuò)散角為8度，厚度為11mm，采用鋼板q235b。為方便檢修，直錐段設(shè)800進(jìn)人

40、門。直錐段有鋼板里襯，彎肘段和擴(kuò)散段均為混泥土。查文獻(xiàn)【2】hl220軸面流道和標(biāo)準(zhǔn)混泥土肘管，尺寸如圖4-6所示： 圖 4-6 尾水管直錐段和肘管 4.5 基坑里襯及地板裝置 基坑里襯用鋼板q235b鋼板卷焊而成。外壁設(shè)有若干環(huán)筋，澆灌在混泥土內(nèi)。根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑查文獻(xiàn)【1】，得基坑里襯尺寸如下：d機(jī)=3500mm，=10mm。5. 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用，主要是形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的環(huán)量，保證水輪機(jī)具有良好的水力特性，調(diào)節(jié)流量，以改變機(jī)組出力，正常與事故停機(jī)，封住水流，停止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)。大中型導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，按其導(dǎo)葉軸線布置位置可分為：圓柱式、圓錐式和徑向式

41、山中類型?；炝魇剿啓C(jī)適合采用圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)制造方便，能保證水輪機(jī)有足夠高的效率。在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求過流表面有一定的光潔度和尺寸公差要求，并根據(jù)電站條件，采取一定的抗汽蝕和抗泥沙磨損措施。對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求如下：（1） 導(dǎo)葉最大開口必須保證水輪機(jī)總的過水能力，且裕量不小于5%；（2） 在關(guān)閉的狀態(tài)下各導(dǎo)葉間以及導(dǎo)葉與頂蓋和底環(huán)間的間隙必須很小，以保證漏水最少；（3） 在調(diào)節(jié)過程中若導(dǎo)葉間落入固體物時(shí)，必須防止損壞導(dǎo)水機(jī)構(gòu)零件；（4） 在導(dǎo)葉失去控制時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能防止導(dǎo)葉繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)；（5） 導(dǎo)葉軸頸，銷軸和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)各摩擦面必須保持良好的潤(rùn)滑

42、；（6）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)零件的結(jié)構(gòu)及其制造公差必須保證能正確地裝配，調(diào)整及拆修該機(jī)構(gòu)；（7）由接力器到導(dǎo)葉的傳動(dòng)系統(tǒng)必須使作用于導(dǎo)葉的水力矩和接力器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩見具有最優(yōu)比例關(guān)系；（8）設(shè)計(jì)承受水流沖擊的零件時(shí)，其強(qiáng)度必須特別加以注意。本設(shè)計(jì)為混流式機(jī)組，選擇徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。根據(jù)水頭范圍選擇正曲度葉型。根據(jù)水輪機(jī)型號(hào)和水頭選擇導(dǎo)葉中軸頸db。根據(jù)db選擇導(dǎo)葉各部分尺寸。由于轉(zhuǎn)輪直徑d1=2340mm，中小型機(jī)組，采用耳柄式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。以特征尺寸db查設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)套筒、軸套和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示： 圖5-1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖5.2 導(dǎo)葉布置圖的繪制5.2.1繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的目的

43、1.確定最大可能開度下的接力器行程，繪制關(guān)系曲線，檢查接力器行程與導(dǎo)葉開度的均衡性；2.確定傳動(dòng)件的尺寸及在不同開度下的、值，繪制、曲線，檢查、值的范圍是否符合要求；3.確定控制環(huán)大耳環(huán)和小耳環(huán)的相對(duì)位置；4.確定限位塊的位置（一般限位塊與最大可能開度位置時(shí)導(dǎo)葉的距離，大中型為2030mm,小型為510mm）5.檢查傳動(dòng)件在不同位置是否相碰。尤其在剪斷銷破斷后，連桿或轉(zhuǎn)臂是否相碰。對(duì)混流式水輪機(jī)來說，還需檢查導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪葉片是否相碰。6.確定導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)的密封位置；立面密封：接觸面的位置端面密封：密封條分布圓位置7.確定固定導(dǎo)葉的位置及其出口角，繪制固定導(dǎo)葉翼型，并核定其分布圓直徑。5.

44、2.2 確定導(dǎo)葉葉型本機(jī)為中、高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)(h100m)，采用正曲度葉型（圖5-2）。 圖5-2 標(biāo)準(zhǔn)正曲度葉型幾何尺寸 （d1=1m，z=24）將上述尺寸放大=2.34倍，得到導(dǎo)葉最終幾何尺寸如圖5-3。 圖5-3 導(dǎo)葉 5.2.3確定傳動(dòng)件的相關(guān)尺寸及角度根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑，查文獻(xiàn)【1】表6-1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸系列，不能直接查出的，采用插值運(yùn)算。z0=24，d0=2850mm，暫取，dc=1860mm，導(dǎo)葉臂長(zhǎng)度lh=310mm，連桿長(zhǎng)度lc=330mm。 ：導(dǎo)葉全關(guān)位置時(shí)，轉(zhuǎn)臂軸心線與d0圓切線的夾角。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，初繪導(dǎo)葉布置圖，調(diào)整lh、lc、小耳環(huán)分布圓直徑dc，使得導(dǎo)葉處于全關(guān)

45、位置時(shí)，連桿與小耳環(huán)分布圓切線的夾角=； 連桿與轉(zhuǎn)臂的夾角。得到最終尺寸為：lh=370mm，lc=300mm，dc=1870mm。查文獻(xiàn)【1】表8-52，采用插值算法，得到大耳環(huán)分布圓直徑為dy=2010mm。5.2.4 確定導(dǎo)葉開度a. 查模型綜合特性曲線，得模型水輪機(jī)的最大開度。以該單位轉(zhuǎn)速作一條水平線與出力限制線交點(diǎn)處的開度即為模型轉(zhuǎn)輪的最大開度=32。真機(jī)最大開度 b. 真機(jī)的最大可能開度 c. 查模型綜合特性曲線中最優(yōu)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的開度為模型轉(zhuǎn)輪的最優(yōu)開度=28，得真機(jī)的最優(yōu)開度； d.選取6個(gè)開度值如下：0mm、90mm、110mm、130mm、142mm、163mm。5.2.5

46、繪制導(dǎo)葉布置圖及相關(guān)曲線 （1）選擇三個(gè)相連的導(dǎo)葉，以其中兩個(gè)相連導(dǎo)葉的角平分線作為x軸，將x軸與大耳環(huán)分布圓交點(diǎn)作為大耳環(huán)的中間位置。（2）同時(shí)旋轉(zhuǎn)三個(gè)導(dǎo)葉，使其處于不同開度，并繪出各開度下的小耳環(huán)位置以及導(dǎo)葉臂和耳柄中心線位置。（3）將小耳環(huán)全關(guān)位置和最大可能開度位置的中間位置作為小耳環(huán)的中間位置并測(cè)出兩個(gè)極限位置對(duì)應(yīng)的接力器最大行程。（4）根據(jù)小耳環(huán)從中間位置到全關(guān)位置和最大可能開度位置所轉(zhuǎn)過的角度，得到大耳環(huán)的全關(guān)位置和最大可能開度位置。（5）測(cè)量各開度下的、和接力器行程s，畫出接力器行程、隨變化的關(guān)系曲線、和，如圖5-4所示。 圖5-4 接力器行程、與的關(guān)系曲線5.2.6 根據(jù)導(dǎo)葉布

47、置圖和檢查、調(diào)整關(guān)系曲線 檢查項(xiàng)目包括：a.一般要求：的關(guān)系應(yīng)符合合理的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律：即在機(jī)組在突然率全部負(fù)荷，需要緊急停機(jī)時(shí)，為了盡量降低機(jī)組轉(zhuǎn)速上升和蝸殼壓力上升，一般要求導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在接力器勻速向關(guān)閉方向移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)葉關(guān)閉應(yīng)先快后慢（即隨著開度值變大，曲線的斜率也變大）。b.檢查、的范圍.c.檢查傳動(dòng)件在不同位置是否相碰，尤其在剪斷銷破斷后，連桿或轉(zhuǎn)臂是否相碰。還需檢查導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪葉片是否相碰。經(jīng)檢查，導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律符合要求，、的值在范圍之內(nèi)，剪斷銷剪斷后連桿和轉(zhuǎn)臂不會(huì)相碰，導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪不會(huì)相碰。最終得到的導(dǎo)葉布置圖見附圖。5.3 導(dǎo)葉裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.3.1 導(dǎo)葉軸承及潤(rùn)滑（1

48、）上軸套。由dc查文獻(xiàn)【1】表8-22 上軸套尺寸系列，得到上軸套各部分尺寸如下圖5-5。（2）中軸套。由db查文獻(xiàn)【1】表8-23 上軸套尺寸系列，得到中軸套各部分尺寸如下圖5-6。（2）下軸套。由da查文獻(xiàn)【1】表8-24 上軸套尺寸系列，得到下軸套各部分尺寸如下圖5-7。 圖5-5 上軸套 圖5-6 中軸套 圖5-7 下軸套三種軸承均選擇大連三環(huán)公司的具有自潤(rùn)滑性能的雙金屬鑲嵌自潤(rùn)滑軸承fzb056。5.3.2 導(dǎo)葉軸頸的密封 （1）中軸頸密封。為了防止壓力水從導(dǎo)葉中軸頸處泄漏，在導(dǎo)葉軸頸處有密封裝置。選擇“l(fā)”型密封。“l(fā)”型密封圈與導(dǎo)葉中軸頸之間靠水壓貼緊而封水，實(shí)踐證明，“l(fā)”型密

49、封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，封水性能好。材料為丁腈橡膠。查文獻(xiàn)【1】表8-17中軸頸“l(fā)”型密封，得到密封圈各部分尺寸如圖5-8。 (2)下軸頸密封。導(dǎo)葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進(jìn)入，以免軸頸磨損，本機(jī)采用“o”型圈橡膠密封結(jié)構(gòu)?！皁”型密封圈各部分尺寸如圖5-8所示。 圖5-8 “l(fā)”型密封、“o”型密封5.3.3 導(dǎo)葉的止推裝置 水頭較高的機(jī)組應(yīng)考慮導(dǎo)葉在水壓力作用下的上浮力。當(dāng)上浮力超過導(dǎo)葉自重時(shí)，需在設(shè)置止推裝置，以防止導(dǎo)葉上抬，碰撞頂蓋和影響連桿受力。導(dǎo)葉上浮力 最高水頭下的水壓力 在cad中通過查詢工具得到導(dǎo)葉體的截面積，導(dǎo)葉瓣體高度為58.5cm，（）水的比重= 上浮力 導(dǎo)葉自重 有必要設(shè)置導(dǎo)

50、葉止推裝置，材料為45鋼。查文獻(xiàn)【1】止推壓板系列尺寸。每個(gè)導(dǎo)葉設(shè)置兩塊型式1的止推壓板，其各部分尺寸如圖5-9所示。 圖5-9 止推壓板5.3.4 導(dǎo)葉的套筒結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉套筒是固定上中軸套的部件，本機(jī)采用整體套筒。采用zg310-570鑄造。查文獻(xiàn)【1】導(dǎo)葉套筒系列尺寸表，最終的套筒各部分的尺寸如圖5-10所示。 圖5-10 套筒5.3.5 導(dǎo)葉的密封裝置當(dāng)停機(jī)時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)必須封水嚴(yán)密，否則不但會(huì)增加漏水量，而且會(huì)加劇加劇因間隙氣蝕引起的破壞。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓹C(jī)組無法正常停機(jī)。導(dǎo)葉立面密封為金屬線接觸密封，導(dǎo)葉端面密封為嵌入在導(dǎo)葉瓣體端面內(nèi)的青銅塊加橡膠條密封。通過調(diào)節(jié)端蓋上的螺釘，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)葉上

51、下端面的間隙。通過調(diào)節(jié)連接兩個(gè)耳柄的旋套從而改變連桿的實(shí)際長(zhǎng)度，可以調(diào)節(jié)立面間隙。5.4 導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工藝性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，結(jié)構(gòu)所空間小，但受力情況不如叉頭式，適合中小機(jī)組。接力器直徑dc選擇。查文獻(xiàn)【1】公式（9-1），m取接力器直徑dc=300mm。由接力器直徑dc查文獻(xiàn)【1】表8-42 耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸系列，得到，。5.4.1 導(dǎo)葉臂選擇a型帶止推槽導(dǎo)葉臂，材料為zg270-500。由導(dǎo)葉中軸頸查文獻(xiàn)【1】耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉臂尺寸系列，得到導(dǎo)葉臂各部分尺寸如圖5-11所示。 圖5-11 導(dǎo)葉臂 5.4.2 耳柄 耳柄材料采用zg270-500。

52、由耳柄螺紋d查文獻(xiàn)【1】表8-46得耳柄各部分尺寸，如圖5-12所示。 圖5-12 耳柄5.4.3剪斷銷水輪機(jī)在關(guān)閉導(dǎo)葉過程中如導(dǎo)葉間有硬物卡住，有關(guān)傳動(dòng)零件的操作力矩將急劇增大，當(dāng)操作力大至設(shè)計(jì)載荷的1.5倍時(shí)，剪斷銷剪斷，從而避免整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的破壞。材料選用45鋼。由耳柄螺紋查文獻(xiàn)【1】表8-49剪斷銷。得到剪斷銷各部分尺寸如圖5-13。5.4.4 旋套旋套可以改變連桿的實(shí)際長(zhǎng)度，從而調(diào)整導(dǎo)葉的立面間隙。材料選用40mn。由耳柄螺紋查文獻(xiàn)【1】表8-47旋套。得到旋套各部分尺寸如圖5-14。 圖5-13 剪斷銷 圖5-14 旋套5.5 頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.5.1頂蓋 頂蓋除了封堵水流形成流道外，還起支持和固定水輪機(jī)一部分零件的作用，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。頂蓋采用q235b鋼板和zg20simn焊接整體箱形結(jié)構(gòu)。頂蓋的外徑主要由座環(huán)尺寸決定，高度主要由導(dǎo)葉軸的高度決定，內(nèi)徑主要由主軸外徑?jīng)Q定，鋼板厚度主要參考現(xiàn)有圖紙的厚度，實(shí)際工程應(yīng)校核頂蓋強(qiáng)度。由軸面流道和轉(zhuǎn)輪上