畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)水電站的水力參數(shù)和要求，確定了水輪機(jī)的機(jī)型及型號(hào)（HL240/D41-LJ-200）。通過(guò)選型計(jì)算及相應(yīng)的運(yùn)行工況分析，繪制出水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。在滿足選型設(shè)計(jì)的條件下,進(jìn)行了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制；進(jìn)行了水輪機(jī)蝸殼水力設(shè)計(jì)；并繪制了蝸殼水力單線圖、尾水管設(shè)計(jì)、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括水輪機(jī)剖面圖及導(dǎo)葉加工圖，并且建立了活動(dòng)導(dǎo)葉的三維模型。最后對(duì)蝸殼的強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；選型設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度計(jì)算AbstractBasedontheactualrequestandhydraulicparametersprovidedofSonglinpohydropowerstation,thetypeselectiondesignandstructuredesignwerecompleted.TheseletedtypeofturbinetypeisHL220/D41-LJ-200.Throughthetypeselectiondesigncalculationaswellasthecorrespondingoperatingsituationanalysis,designerdrawstheperformancecombinedcharacteristiccurveofturbineandcarriesoutthecorrespondingfeasibilityanalysisabouttheselectedrunner.Aftermeetingtherequestofthetypeselectiondesign,designergoesonguidemechanismmotiondiagramandthestructurehydraulicturbinedesign,includingthehydraulicdesignofthecasinganddesignofthedrafttube,thendrawstheirhydraulicsinglelinedrawings,thehydraulicturbine’sassemblydrawingandtheguidevanedrawing，andtheauthormodeledthe3Dmodelofguidevane.Thefinaltaskofthedesignistheintensitycalculationofthecasing.Keywords:HydraulicTurbine；TypeSelectionDesign；StructureDesign；IntensityCalculation目錄0前言………………11水電站的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)……21.1水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)概述……………21.2水輪機(jī)選型的任務(wù)…………………21.3水輪機(jī)選型的原則………………21.4水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的主要參數(shù)………31.5確定電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率……31.6選擇機(jī)組類型及模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)……31.7初選設(shè)計(jì)（額定）工況點(diǎn)…………41.8確定轉(zhuǎn)輪直徑D1…………………51.9確定額定轉(zhuǎn)速n…………………61.10效率及單位參數(shù)的修正……………71.11核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1…………………81.12確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開度………………121.13計(jì)算水輪機(jī)額定流量Qr…………131.14水輪機(jī)允許吸出高度Hs…………………141.15確定水輪機(jī)的安裝高程…………171.16計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速…………181.17計(jì)算軸向水推力Poc……………181.18估算水輪機(jī)的質(zhì)量………………181.19繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線…………………192水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制……242.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的基本類型……………242.2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用…………………242.3導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求…………………252.4導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖繪制的目的……252.5導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制步驟……263水輪機(jī)金屬蝸殼水力設(shè)計(jì)…………283.1蝸殼類型的選擇………………283.2金屬蝸殼的水力設(shè)計(jì)計(jì)算………294尾水管設(shè)計(jì)…………334.1尾水管概述………334.2尾水管的基本類型………………334.3彎肘形尾水管中的水流運(yùn)動(dòng)……335水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………345.1概述……………435.2水輪機(jī)主軸的設(shè)計(jì)………………345.3水輪機(jī)金屬蝸殼的設(shè)計(jì)…………355.4水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)……………355.5導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………375.6水輪機(jī)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………395.7水輪機(jī)的輔助裝置……………416活動(dòng)導(dǎo)葉的零件設(shè)計(jì)與三維模型…………436.1活動(dòng)導(dǎo)葉的零件設(shè)計(jì)…………………436.2活動(dòng)導(dǎo)葉的三維模型…………………437金屬蝸殼強(qiáng)度計(jì)算……………447.1金屬蝸殼受力分析………………447.2蝸殼強(qiáng)度計(jì)算……………………447.3計(jì)算程序及結(jié)果……………………468結(jié)論……………………50總結(jié)與體會(huì)……………51謝辭……………………51參考文獻(xiàn)………………52前言水輪機(jī)是水電站的重要設(shè)備之一，它是靠自然界水能進(jìn)行工作的動(dòng)力機(jī)械。與其他的動(dòng)力機(jī)械相比，水輪機(jī)具有效率高、成本低、清潔等特點(diǎn)。另外，水輪機(jī)的好壞影響到水電站能量的轉(zhuǎn)換效率。在水輪機(jī)生產(chǎn)制造之前，我們必須首先根據(jù)給定水電站的水力條件進(jìn)行水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)、并對(duì)水輪機(jī)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和部分零部件的強(qiáng)度計(jì)算及校核。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)計(jì)劃中最后一個(gè)綜合性、創(chuàng)造性的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)我在校期間所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能的全面總結(jié)，是對(duì)我綜合能力和素質(zhì)的全面檢驗(yàn)，也是教學(xué)、工程實(shí)踐的重要結(jié)合點(diǎn)。它主要是培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握了水輪機(jī)設(shè)計(jì)的一般程序和方法，使我在今后的工作崗位上具有應(yīng)用專業(yè)技術(shù)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從水輪機(jī)的基本工作原理出發(fā)，系統(tǒng)地、較為全面地進(jìn)行了水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水輪機(jī)部分部件的強(qiáng)度計(jì)算及校核等。設(shè)計(jì)分為六部分:第一部分：水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)；第二部分：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制；第三部分：蝸殼的水力設(shè)計(jì)；第四部分：尾水管設(shè)計(jì)；第五部分：水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第六部分：活動(dòng)導(dǎo)葉的三維建模；第七部分：金屬蝸殼強(qiáng)度計(jì)算。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，著重闡述了水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的具體方法及方案選擇、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制和水輪機(jī)設(shè)計(jì)總裝圖設(shè)計(jì)三部分。1水電站的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)1.1水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)概述水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)是水電站設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，其計(jì)算結(jié)果直接關(guān)系到水電站的機(jī)組能否長(zhǎng)期運(yùn)行、投資的多少、經(jīng)濟(jì)效益的高低。它是根據(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)的各種性能參數(shù)。一般情況下，先根據(jù)水電站的類型、動(dòng)能計(jì)算以及水工建筑物的布置等初選若干個(gè)方案，然后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再根據(jù)水輪機(jī)的生產(chǎn)情況和制造水平，最后確定最佳的水輪機(jī)型號(hào)及尺寸。1.2水輪機(jī)選型的任務(wù)本次水輪機(jī)選型的主要任務(wù)如下：(1)確定電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率(2)選擇機(jī)組的類型及模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)(3)確定機(jī)組的裝置方式(4)確定轉(zhuǎn)輪直徑、額定轉(zhuǎn)速及飛逸轉(zhuǎn)速(5)繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線(6)軸向水推力的計(jì)算(7)計(jì)算水輪機(jī)的外形尺寸上述為水電站水輪機(jī)設(shè)計(jì)的一部分。本次設(shè)計(jì)還包括水輪機(jī)的過(guò)流部件蝸殼、座環(huán)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、尾水管的初步計(jì)算，最后繪制了水輪機(jī)總裝圖。1.3水輪機(jī)選型的原則從現(xiàn)代水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)看，水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)是一門系統(tǒng)工程學(xué)，要在電站水能資源綜合利用、制造、運(yùn)輸、安裝、土建電力用戶、運(yùn)行方式等諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素中尋找一個(gè)最佳的方案。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的一般原則如下：①所選水輪機(jī)要有較高的能量特性。不僅要選擇額定工況下較高的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)，還要根據(jù)水輪機(jī)的工作特性曲線即及曲線，選擇平均效率最高的水輪機(jī)型號(hào)，使水輪機(jī)在負(fù)荷和水頭變化的情況下都具有最高的運(yùn)行效率。②所選水輪機(jī)要有良好的空蝕性能，較好的穩(wěn)定性能，運(yùn)行平穩(wěn)、安全和可靠。③所選水輪機(jī)的尺寸盡量較小，結(jié)構(gòu)要合理、先進(jìn)，便于運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行及檢修。④轉(zhuǎn)輪在選擇比較時(shí)，應(yīng)盡可能選用較高的水輪機(jī)，這樣轉(zhuǎn)速會(huì)比較高，相應(yīng)的機(jī)組尺寸就偏小，并且使所選的水輪機(jī)經(jīng)常在最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行。在選擇轉(zhuǎn)輪參數(shù)時(shí)應(yīng)該使值稍高于，且值應(yīng)接近于值。1.4水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的主要參數(shù)水輪機(jī)的選型是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門提供的原始資料及數(shù)據(jù)，選擇合適的水輪機(jī)型號(hào)，并計(jì)算水輪機(jī)的性能參數(shù)。設(shè)計(jì)題目：水電站水輪機(jī)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)：總裝機(jī)容量：Ppl=40MW=4萬(wàn)kW（2臺(tái)）最大工作水頭：Hmax=78.2m加權(quán)平均水頭：Hpj=72.5m最小工作水頭：Hmin=60.60m設(shè)計(jì)工作水頭：Hr=70.3m最大引用流量：=79m3/s電站海拔高程：509.8m該電站在電力系統(tǒng)中的地位及作用：本電站距負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷。1.5確定機(jī)組的單機(jī)容量（功率）此電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)為2臺(tái)。確定電站的機(jī)組臺(tái)數(shù)后，就可以求水輪機(jī)的單機(jī)容量。單機(jī)容量：=40MWZ電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù),Z=2。計(jì)算得：20MW。1.6選擇機(jī)組類型及模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)根據(jù)水電站的實(shí)際情況，正確選擇水輪機(jī)型式是水輪機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。雖然各類水輪機(jī)有明確的適用水頭范圍，但由于它們的適用范圍存在著交叉水頭段，因此，必須根據(jù)水電站的具體條件對(duì)可供選擇的水輪機(jī)進(jìn)行具體的分析比較，才能選擇出最合適的水輪機(jī)機(jī)型。水輪機(jī)型號(hào)的選擇是根據(jù)水電站的特征水頭，特別是其最大水頭Hmax選擇的。通常情況下，水輪機(jī)型號(hào)是根據(jù)水輪機(jī)的型譜性能參數(shù)進(jìn)行選擇的；若設(shè)計(jì)水頭在交界水頭段范圍內(nèi)，也就是有2種及其以上的轉(zhuǎn)輪型號(hào)可選擇時(shí)，就需要進(jìn)行綜合分析比較后才能選出最佳的轉(zhuǎn)輪型號(hào)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的特征水頭：Hmax=78.2m，Hr=70.3m。通過(guò)中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可確定本次設(shè)計(jì)所選水輪機(jī)的型號(hào)為：HL260/D74和HL240/D41。兩個(gè)水輪機(jī)型號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)如表1.1所示。表1.1模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表轉(zhuǎn)輪型號(hào)推薦使用水頭H(m)模型轉(zhuǎn)輪直徑(cm)流道尺寸最優(yōu)工況(r/min)(/s)(%)HL260/D745080350.28141.1624791.0892.70.123HL240/D4170105350.25141.1624770.9592.00.091.7初選設(shè)計(jì)（額定）工況點(diǎn)水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)工況點(diǎn)是指水輪機(jī)在額定水頭下發(fā)額定出力時(shí)的工況點(diǎn)，即（，），如圖1.1所示。對(duì)已選定的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)，查出其模型綜合特性曲線。圖1.1初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)1.7.1選擇設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速式中：模型的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速。計(jì)算結(jié)果如表1.2所示。表1.2設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(r/min)80.23確定額定工況下的單位流量在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上作的水平線交5%功率限制線于A點(diǎn)，A點(diǎn)即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，見圖1.2。A點(diǎn)的單位流量即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下的單位流量，計(jì)算結(jié)果如表1.3所示。圖1.2初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)表1.3額定工況下的單位流量計(jì)算結(jié)果水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(m3/s)1.241.121.8確定轉(zhuǎn)輪直徑1.8.1水輪機(jī)的額定出力式中：水輪機(jī)額定功率，kW；發(fā)電機(jī)額定功率,20000kW；初步設(shè)計(jì)時(shí)：大中型發(fā)電機(jī)=0.96~0.98，中小型發(fā)電機(jī)=0.92~0.94，功率較大、轉(zhuǎn)速較高時(shí)取上限值。本次設(shè)計(jì)取0.94。計(jì)算得：21270kW。1.8.2轉(zhuǎn)輪直徑式中：水輪機(jī)額定功率，kW；轉(zhuǎn)輪直徑，m；，m3/s。為水輪機(jī)的效率，也可根據(jù)水輪機(jī)的型號(hào)近似的取值，即HL水輪機(jī)為0.890.90。由于本次設(shè)計(jì)為混流式水輪機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)取0.90。計(jì)算結(jié)果如表1.4所示。表1.4轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算結(jié)果水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(cm)179.6190查《水力機(jī)械及工程設(shè)計(jì)》書15頁(yè)表1.3轉(zhuǎn)輪公稱直徑尺寸系列表，結(jié)果如表1.5所示。表1.5轉(zhuǎn)輪公稱直徑水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(cm)1802001.9確定額定轉(zhuǎn)速n額定轉(zhuǎn)速nr:式中:n110設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速,；加權(quán)平均水頭,=72.5m；真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑,m。計(jì)算結(jié)果如表1.6所示。表1.6額定轉(zhuǎn)速的計(jì)算結(jié)果水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(r/min)373.7327.8查水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速系列表，接近標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速可以選擇，選取結(jié)果見表1.7。表1.7水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速水輪機(jī)型號(hào)HL260/D74HL240/D41(r/min)375333.31.10效率及單位參數(shù)的修正1.10.1效率修正真機(jī)的效率修正：式中：—主要由尺寸效應(yīng)引起的修正值；—由過(guò)流部件影響引起的修正值，本次設(shè)計(jì)未采取翼形過(guò)流部件，故取=0；—由機(jī)械的加工工藝質(zhì)量引起的修正值，它與水輪機(jī)的尺寸及加工的工藝質(zhì)量有關(guān)，對(duì)于大型水輪機(jī)，取=1%~2%；對(duì)于中小型水輪機(jī)，參照相應(yīng)規(guī)范取不同的值。式中：—真機(jī)的最優(yōu)工況效率；—模型機(jī)的最優(yōu)工況，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表確定。算得HL260/D74：；HL240/D41：；1.10.2單位參數(shù)的修正值及上述修正值可在最優(yōu)工況點(diǎn)進(jìn)行選取，其他工況點(diǎn)采用等值修正處理。當(dāng)，時(shí)，單位參數(shù)可不予修正。最終計(jì)算結(jié)果見表1.8。表1.8效率及單位參數(shù)的修正水輪機(jī)型號(hào)轉(zhuǎn)輪直徑（cm）效率修正值單位參數(shù)修正值是否修正HL260/D74=1801.5%11.27%131.05%否HL240/D41=2002%0.981.2%141.27%否1.11核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑1.11.1確定水輪機(jī)的真實(shí)工況點(diǎn)B實(shí)際水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速：故式中：——額定單位轉(zhuǎn)速，r/min；——真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑，m；——設(shè)計(jì)水頭，=70.3m；——單位轉(zhuǎn)速修正值，取=0。B點(diǎn)在水平線上，在其上查找點(diǎn)，計(jì)算出功率，并作輔助曲線P1t=f(Q’1t)。而，在輔助曲線上有與之對(duì)應(yīng)，從而得到，將的值返回到模型綜合特性曲線圖上與線相交于B點(diǎn)，即為真實(shí)工況點(diǎn)。兩種方案計(jì)算結(jié)果如下：(1)HL260/D74：轉(zhuǎn)輪直徑=1.8m，轉(zhuǎn)速n=375kW表1.9HL260/D74輔助曲線P'1ti=f(Q’1t)計(jì)算數(shù)據(jù)表Ηm(%)ηt(%)Q'1m(m3/s)P'1ti(kW)0.920.9351.1410.620.910.9251.2011.020.900.9151.2311.220.890.9051.2611.37圖1.3HL260/D74輔助曲線P'1ti=f(Q’1t)找出B點(diǎn)位置為Q=1.235m3/s,n’1t=80.5r/min。(2)HL240/D41：轉(zhuǎn)輪直徑=2m，單位額定轉(zhuǎn)速kW表1.10HL240/D41輔助曲線P'1ti=f(Q’1t)計(jì)算數(shù)據(jù)表ηm(%)ηt(%)Q'1m(m3/s)P'1t(kW)0.911.930.928.350.910.931.039.400.900.921.089.750.890.911.109.82圖1.4HL240/D41輔助曲線P'1ti=f(Q’1t)找出B點(diǎn)位置為Q=0.98m3/s,n’1t=79.5r/min。1.11.2工作范圍的檢查最大水頭Hmax下，對(duì)應(yīng)一個(gè)；最小水頭下Hmin下，對(duì)應(yīng)一個(gè)。這2條直線之間應(yīng)包含主要綜合特性曲線的優(yōu)效率區(qū)；同時(shí)，B點(diǎn)應(yīng)在最優(yōu)工況點(diǎn)的附近，則可認(rèn)為所選擇的和n是合理的、正確的，否則應(yīng)重新選擇和n的值。模型機(jī)的單位轉(zhuǎn)速為：式中：額定轉(zhuǎn)速，r/min；真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑，m；單位轉(zhuǎn)速修正值；Hi水頭，分別取m和m。下面分別求出各種方法下的和大小，計(jì)算結(jié)果見表1.11。表1.11和大小水輪機(jī)型號(hào)轉(zhuǎn)輪直徑D1（cm）轉(zhuǎn)速HL260/D7418037576.385.6HL240/D41200333.368.4975.27兩方案的工作范圍及真實(shí)工況點(diǎn)B如下：圖1.5HL260/D74=1.8m，=375圖1.6HL240/D41=2m，=333.3綜上兩種方案的工作范圍和真實(shí)工況點(diǎn)B的檢查，HL240/D41的真實(shí)工況點(diǎn)更接近高效區(qū)。1.12確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開度1.12.1確定真機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑D0由真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，查得非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表，知D0。1.12.2計(jì)算模型機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑D0m式中：—導(dǎo)葉相對(duì)分布圓直徑，；1.12.3計(jì)算水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度模型機(jī)和真機(jī)保持幾何相似，可按進(jìn)行相似換算:式中：分別為真機(jī)、模型機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑；模機(jī)在相似工況下的最大開度，在模型轉(zhuǎn)輪綜合特征曲線上，找到點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的開度值，可得。分別為真機(jī)、模型機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)目，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表知：；由非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知：。計(jì)算得：HL260/D74:mmHL240/D41:mm1.12.4計(jì)算水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開度式中：真機(jī)導(dǎo)葉的最大開度，計(jì)算得：HL260/D74：=207mm；HL240/D41：=231mm。1.13計(jì)算水輪機(jī)額定流量Qr水輪機(jī)額定流量Qr：式中：——水輪機(jī)的軸功率，kW；——設(shè)計(jì)水頭，m；——設(shè)計(jì)工況點(diǎn)B點(diǎn)的真機(jī)效率。方案一計(jì)算得：HL260/D74：=207mm；Qr=33.89m3/sm3/s方案二計(jì)算得：HL240/D41：=231mm,Qr=32.57m3/sm3/s式中：Z——機(jī)組臺(tái)數(shù)，本次設(shè)計(jì)中為2臺(tái)?！娬疽昧髁?，=79m3/s。所以，兩個(gè)方案設(shè)計(jì)流量均滿足要求。1.14確定水輪機(jī)允許吸出高度水輪機(jī)的吸出高度計(jì)算時(shí)可選擇Hmin、Hr、Hmax等若干水頭分別計(jì)算，從中選擇一個(gè)最小值作為允許吸出高度，本次設(shè)計(jì)計(jì)算m，m，m，m下的，選擇最小值作為水輪機(jī)的允許吸出高度。水輪機(jī)允許吸出高度按下式計(jì)算：·式中：▽——水電站水輪機(jī)安裝海拔高度，m；σ——各水頭下的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)；Δσ——空蝕系數(shù)的修正值；在進(jìn)行各水頭的工況點(diǎn)空蝕系數(shù)查找時(shí)，需作輔助曲線，為此列表計(jì)算，結(jié)果見表1.12，并得出各水頭下的輔助曲線。且在各水頭下，為已知，從輔助曲線上即可找到該水頭下發(fā)出的額定功率的工況點(diǎn)，從而得出其空蝕系數(shù)。方案一：HL260/D74:=1.8m，n=375表1.12HL260/D74各水頭下的輔助曲線P1t=f(Q’1t)表HiHi=78.2mHi=72.5mn,1t=nD1/76.3079.30n,1m=n,1t-Δn,176.3079.30Δσ0.020.02ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）ηmηtQt（m3/s）P1t（kW）10.920.9351.1010.090.920.9351.1410.4620.910.9251.1710.620.910.9251.1910.8030.900.9151.2110.820.900.9151.2210.9540.890.9051.2411.010.890.9051.2611.19HiHi=70.3mHi=60.6mn,1t=nD1/80.5086.70n,1m=n,1t-Δn,180.5086.70Δσ0.020.02ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）10.920.9351.1510.550.910.9251.2110.9820.910.9251.2010.890.900.9151.2511.2230.900.9151.2311.04(a)H1=78.2m(b)H2=72.5m(c)H3=70.3m(d)H4=60.6m圖1.7HL260/D74P1t=f(Q’1t)輔助曲線方案二：HL240/D41:=2m，=333.3表1.13HL240/D41較大水頭下的輔助曲線P1t=f(Q’1t)表HiHi=78.2mHi=72.5mn,1t=nD1/75.478.3n,1m=n,1t-Δn,175.478.3Δσ0.020.02ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）10.900.920.857.670.910.930.918.3020.910.930.898.120.910.931.029.3130.910.931.009.120.900.921.079.6140.890.911.089.600.890.911.099.7350.880.901.119.760.880.901.129.89表1.14HL240/D41較小水頭下的輔助曲線P1t=f(Q’1t)表HiHi=70.3mHi=60.6mn,1t=nD1/79.585.6n,1m=n,1t-Δn,179.585.6Δσ0.020.02ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）ηm(%)ηt(%)Qt（m3/s）P1t（kW）10.910.930.938.480.900.920.978.8520.910.931.039.400.900.921.069.5730.900.921.079.660.890.911.109.7840.890.911.109.8250.890.911.139.93(a)H1=78.2m(b)H2=72.5m(c)H3=70.3m(d)H4=60.6m圖1.8HL240/D41輔助曲線P1t=f(Q’1t)各水頭下的P1t=f(Q’1t)曲線，再根據(jù)QUOTE值查出對(duì)應(yīng)的單位流量QUOTE，再將各水頭下單位流量的和對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速值查出綜合效率特性曲線，依次得出各空蝕系數(shù),空蝕系數(shù)修正值經(jīng)查《水輪機(jī)》取值為0.02：方案一：HL260/D74:=1.8m，=3750.145，0.14，0.138，0.14在各水頭下，計(jì)算水輪機(jī)的吸出高度，見表1.15。表1.15水輪機(jī)吸出高度（m)mmmmσ0.1450.140.1380.14(m)-3.473-2.172-0.266-1.68故==-3.473m方案二：HL240/D41:=2m，=333.30.087，0.088，0.089，0.102在各水頭下，計(jì)算水輪機(jī)的吸出高度，見表1.16。表1.16水輪機(jī)吸出高度Hs（m)mmmmσ0.0870.0880.0890.102(m)1.061.61.772.04故==1.06m通過(guò)上面兩個(gè)方案的對(duì)比，方案一比方案二的開挖量大，成本高。故選用方案二，最終確定水輪機(jī)型號(hào)為HL240/D41，=2m，=333.3。1.15確定水輪機(jī)的安裝高程對(duì)立式機(jī)組：式中：電站下游水位，已知：=509.8m；Hs——水輪機(jī)允許吸出高度，Hs=1.06m；b0——導(dǎo)葉高度。式中：——導(dǎo)葉的相對(duì)高度，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表可知：=0.25。計(jì)算得：=511.11m。1.16計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：式中：原型機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速；模型機(jī)最大可能開度的單位飛逸轉(zhuǎn)速，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：=146.7r/min；最大水頭，=78.2m。計(jì)算得，=648.6r/min。1.17計(jì)算軸向水推力對(duì)于混流式水輪機(jī)：式中：軸向水推力，tf（1tf=9.81kN）；轉(zhuǎn)輪直徑，=2m；軸向水推力系數(shù)，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：k=0.33。計(jì)算得：。1.18估算水輪機(jī)的質(zhì)量G水輪機(jī)的質(zhì)量G（不包括調(diào)速器、油壓設(shè)備及其他的輔助設(shè)備時(shí)）可按下式計(jì)算：式中：G水輪機(jī)質(zhì)量，t；H水頭，取H=Hmax=78.2m；k系數(shù)，由混流式水輪機(jī)的值表，查得：k=8.1；a與直徑有關(guān)的指數(shù)，查得混流式水輪機(jī)的值表，查得：=1.98；b與水頭有關(guān)的指數(shù)，查混流式水輪機(jī)的值表，查得：b=0.16計(jì)算得：G=62.32t。1.19繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線在內(nèi)取5個(gè)水頭，并計(jì)算各個(gè)水頭對(duì)應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速，其計(jì)算公式為：式中：HiHmin~Hmax內(nèi)取的5個(gè)水頭，包括及一個(gè)任意水頭；單位轉(zhuǎn)速修正值，=0。Hmax=78.2m加權(quán)平均水頭：Hpj=72.5m最小工作水頭：Hmin=60.60m設(shè)計(jì)工作水頭：Hr=70.3m當(dāng)H1=Hmax=78.2m計(jì)算得：75.4r/min；當(dāng)H2=Hr=70.3m，計(jì)算得：79.5r/min；當(dāng)H3=Hpj=72.5m，計(jì)算得：78.3r/min；當(dāng)H4=65m，計(jì)算得：82.7r/min；當(dāng)H5=Hmin=60.6m，計(jì)算得：=85.6r/min。1.19.1繪制各水頭H下，工作特性曲線的水平線，取該水平線與各等效率線的交點(diǎn)，讀出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的，并將數(shù)據(jù)記入表1.17。表1.17HL240/D41水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線計(jì)算表HiHi=78.2mHi=72.5mn,1t=nrD1/75.478.3n,1m=n,1t-Δn,175.478.3工作特性曲線P=(L/s)P(kW)(L/s)P(kW)0.880.90.8195370.880.90.82178760.890.90.83202690.890.910.85185300.90.920.85209890.90.920.89196180.910.930.89222180.910.930.91202790.910.931252350.910.931.02229780.90.921.04259620.90.921.06236220.890.911.08266680.890.911.09240270.880.91.105269850.880.91.1224417HiHi=70.3mHi=65mn,1t=nD1/79.582.7n,1m=n,1t-Δn,179.582.7工作特性曲線P=(L/s)P(kW)(L/s)P(kW)0.880.90.84174850.880.90.85157300.890.910.87181090.890.910.91168400.90.920.9189420.90.920.94175890.910.930.93197880.910.930.96181600.910.931.03221540.910.931.04198870.90.921.07227670.90.921.07202410.890.911.1231510.890.911.120582HiHi=60.6mn,1t=nD1/85.6n,1m=n,1t-Δn,185.6工作特性曲線P=(L/s)P(kW)0.880.90.92153260.890.910.94158330.90.920.97165180.90.921.06180500.890.911.118528在繪制工作特性曲線時(shí)，有些最高效率點(diǎn)不易找出。在作等效率曲線時(shí)，其拐點(diǎn)也不易找到，此時(shí)都應(yīng)借助于輔助曲線。由在HL240/D41模型特性曲線上的等效率曲線上作等效率曲線的切線，讀出此時(shí)切點(diǎn)的單位轉(zhuǎn)速值，再根據(jù)計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的水頭H。圖1.9各H下，工作特性曲線1.19.2繪制各水頭H下，關(guān)系曲線先根據(jù)表1.17的數(shù)據(jù)，繪制輔助曲線，如圖1.10所示。圖1.10各H下，輔助曲線在HL240/D41轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上，分別作5個(gè)水頭下對(duì)應(yīng)的線，讀出該線與線的每個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的，，值，然后根據(jù)公式：，式中查得空化系數(shù)修正值與水頭的關(guān)系圖。然后分別代入不同的，，，計(jì)算出各個(gè)對(duì)應(yīng)的。數(shù)據(jù)記入表1.18。表1.18等吸出高度曲線計(jì)算表HiHi=78.2mHi=72.5mn,1t=nD1/75.4078.30n,1m=n,1t-Δn,175.4078.30Δσ0.020.02吸出高度曲線的計(jì)算σQ'1P/kWσ+σHs/mσQ'1P/kWσ+σHs/m0.090.77190000.110.830.090.82180000.111.460.091.04262000.110.830.091.04237000.111.460.101.10270200.120.050.101.10248000.120.730.111.15274000.13-0.740.111.15250000.130.00HiHi=70.3Hi=65n,1t=nD1/79.5082.70n,1m=n,1t-Δn,179.5082.70Δσ0.020.02吸出高度曲線的計(jì)算σQ'1P/kWσ+σHs/mσQ'1P/kWσ+σHs/m0.090.84176000.111.700.100.79150000.121.630.091.03222000.111.700.101.06204000.121.630.101.10234000.120.990.111.13210000.130.980.111.14238000.130.29HiHi=60.6n,1t=nD1/85.60n,1m=n,1t-Δn,185.60Δσ0.02吸出高度曲線的計(jì)算σQ'1P/kWσ+σHs/m0.100.921540011.09186000.131.550.121.16192000.140.95根據(jù)表1.18中的數(shù)據(jù)，繪制所選水頭下的等吸出高度線，見圖1.11。圖1.11各H下，等吸出高度線及等吸出高度線繪制1.19.3繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線(1)繪制等效率曲線在圖1.11各H下，工作特性曲線中分別令，這里=0.90，0.91，0.92，0.93，作的水平線，每條水平線與5個(gè)不同H下的曲線有多個(gè)交點(diǎn)，分別記下這幾個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H和N，然后在水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線上描出對(duì)應(yīng)的多個(gè)（），再把各點(diǎn)用光滑曲線連接起來(lái)，即得到真機(jī)的等效率曲線。(2)繪制等吸出高度線在圖1.11中，分別令，作=1m，1.5m，1.7m的水平線與各H下，等吸出高度線的交點(diǎn)，分別記下各個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H和N，在水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線上描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后把點(diǎn)用光滑曲線連接起來(lái)，從而得到真機(jī)的等吸出高度線。(3)繪制功率限制線水輪機(jī)的功率限制線由2部分組成。在設(shè)計(jì)水頭到最大水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受發(fā)電機(jī)額定容量的限制，所以這一段功率限制線為一條垂直線；在設(shè)計(jì)水頭到最小水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受水輪機(jī)的最大過(guò)流能力限制。此時(shí)，導(dǎo)葉開度已達(dá)最大，所以功率限制就是5%功率儲(chǔ)備線。在下，根據(jù)公式Pmin，式中：為最小水頭對(duì)應(yīng)的=85.6r/min與HL240/D41模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上的5%功率限制線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量=1.1m3/s，為該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的與之和，計(jì)算出Pmin=18.53MW，于是在H-N坐標(biāo)圖上，得到B點(diǎn)。連接AB即為設(shè)計(jì)水頭的功率限制線。再根據(jù)前面算出的，找到點(diǎn)A，然后，通過(guò)A點(diǎn)作線的垂線，即為發(fā)電機(jī)的功率限制線。此次設(shè)計(jì)水輪機(jī)機(jī)型為HL240/D41-LJ-200，運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線見圖SLP-01。2水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制2.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的基本類型按照水流在水輪機(jī)導(dǎo)葉中的流動(dòng)方向分為：(1)徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著垂直于水輪機(jī)軸線的平面徑向地流過(guò)導(dǎo)葉。此時(shí)由于導(dǎo)葉軸線均布在水輪機(jī)同心的圓柱面上，故又稱圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。其導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。(2)斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著以水輪機(jī)軸為中心線的圓錐面斜向地流過(guò)導(dǎo)葉。此時(shí)由于導(dǎo)葉軸線均布在水輪機(jī)同心的圓錐面上，故又稱為圓錐式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于斜流式水輪機(jī)和燈泡式水輪機(jī)。其導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，致使機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。(3)軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著與水輪機(jī)同心的各個(gè)圓柱面軸向地流過(guò)導(dǎo)葉。此時(shí)由于導(dǎo)葉軸線位于半徑方向上，故又稱圓盤式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于全貫流式水輪機(jī)，其功用和缺點(diǎn)與斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)較相似，且因?qū)~的排擠使流速大為增加，造成較大的水力損失，性能不如斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)優(yōu)越。本次設(shè)計(jì)采用的是徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。2.2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用是：①形成或改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量。②協(xié)同引水室向轉(zhuǎn)輪均勻引水。③按電力系統(tǒng)所需要的功率調(diào)節(jié)通過(guò)水輪機(jī)的過(guò)流量。④導(dǎo)葉在關(guān)閉位置時(shí)能使水輪機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)防止發(fā)生飛逸。2.3導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，許多結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)關(guān)系決定了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常的。在結(jié)構(gòu)上導(dǎo)水機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：①導(dǎo)水機(jī)構(gòu)過(guò)流部件應(yīng)與模型水輪機(jī)過(guò)流部件保持幾何相似。②導(dǎo)葉的最大開度和最大可能開度要可靠，以保證水輪機(jī)有足夠的過(guò)流能力。③在導(dǎo)葉全關(guān)狀態(tài)下，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間的間隙（立面間隙），導(dǎo)葉上端面與頂蓋的間隙以及導(dǎo)葉下端面與底環(huán)的間隙（端面間隙）要合理，要求既能保證機(jī)組可靠地停機(jī)和水輪機(jī)的調(diào)相運(yùn)行，又能便于導(dǎo)葉的安裝及調(diào)整。④導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中應(yīng)有安全保護(hù)裝置，如設(shè)置剪斷銷防止導(dǎo)葉被異物卡住而引起主要傳動(dòng)部件的破壞。⑤導(dǎo)水機(jī)構(gòu)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，各部件之間的摩擦面應(yīng)有良好的潤(rùn)滑。⑥導(dǎo)葉應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。⑦對(duì)多泥沙河流中的水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇上采取措施，以減小泥沙磨損。2.4導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖繪制的目的水輪機(jī)在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)部件（導(dǎo)葉、連桿、拐臂、控制環(huán)、推拉桿、接力器等）所在位置與導(dǎo)葉開度之間的關(guān)系圖，稱為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖。繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖有以下目的：①確定最大可能開度下所需的接力器行程，從而最終確定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)；②確定最大可能開度下的接力器行程Smax，繪制接力器行程S與導(dǎo)葉任意開度的關(guān)系曲線，并檢查導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的均衡性（即各曲線是否連續(xù)光滑）③確定不同導(dǎo)葉開度下的β，λ值，并繪制β=f(),λ=f()曲線。④確定控制環(huán)大耳孔、小耳孔的相對(duì)位置及相應(yīng)的推拉桿位置。⑤確定導(dǎo)葉限位塊的位置，檢查傳動(dòng)件在不同位置下是否相撞，尤其是在剪斷銷斷裂時(shí)是否會(huì)造成連桿與導(dǎo)葉臂相撞。限位塊一般位于底環(huán)上（為了減少水力損失及提高水輪機(jī)的抗空蝕能力，現(xiàn)在更多地把它設(shè)計(jì)在非過(guò)流部件上），其位置的確定是在導(dǎo)葉最大可能開度下推一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯x△。⑥導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)，相鄰導(dǎo)葉間的密封位置及導(dǎo)葉端面密封條的分布圓直徑，或端面密封所需的最小平面尺寸。⑦確定固定導(dǎo)葉的布置位置。2.5導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制步驟2.5.1確定真機(jī)基本結(jié)構(gòu)及布置導(dǎo)葉圖(1)確定真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)：及真機(jī)導(dǎo)葉形狀尺寸。本次設(shè)計(jì)采用正曲率導(dǎo)葉導(dǎo)葉相關(guān)尺寸見表2.1。表2.1導(dǎo)葉葉形斷面尺寸表(單位：mm)由非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知：mm，及如圖3.1中所示的導(dǎo)葉葉形斷面尺寸見表2.1：（單位：mm）真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的裝配尺寸，根據(jù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸系列表得到以下參數(shù)，見表2.2。表2.2真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸mmmmmmmmmmφ=22°α=9°確定了以上參數(shù)后，即可根據(jù)實(shí)際情況選取合適的比例，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)值并繪制導(dǎo)葉斷面型線示意圖，見圖2.1。圖2.1導(dǎo)葉斷面型線示意圖(2)對(duì)于中小型機(jī)組，需簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，模型與真機(jī)之間的幾何相似。繪圖時(shí)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，使開度達(dá)到指定的開度大小時(shí)，即為指定開度下的導(dǎo)葉開度下。分別做出開度下的HL240/D41水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖。2.5.2確定β，λ值β為連桿與控制環(huán)小耳孔所在圓周切線方向的夾角，λ為連桿與導(dǎo)葉轉(zhuǎn)臂夾角。將導(dǎo)葉置于全關(guān)狀態(tài)，此時(shí)要求β=70°~80°，λ90°~100°，否則可適當(dāng)調(diào)整拐臂與連桿的長(zhǎng)度，在全關(guān)時(shí)，拐臂中心線與D0圓周切線夾角為φ0=22°，從而可確定出初始位置。此次設(shè)計(jì)的導(dǎo)葉開度位置如下所示：（單位：mm）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉，使相鄰導(dǎo)葉間的開度等于上述計(jì)算出的開度值，量取角度β，λ值，并填入表2.3中。根據(jù)表2.3作出β=f(),λ=f()、S=f()曲線及檢查光滑性，如圖2.2。表2.3導(dǎo)葉運(yùn)動(dòng)關(guān)系值導(dǎo)葉位置全關(guān)25%50%75%/mm055110165220231β/(°)755944362826λ/(°)908584879293S/mm071.5139.6187.7236.3246.4圖2.2及其光滑性檢查2.5.3確定大、小耳孔的相對(duì)位置及接力器行程S首先使導(dǎo)葉處于全關(guān)狀態(tài)，得到小耳孔中心全關(guān)位置點(diǎn)A，使導(dǎo)葉處于時(shí)，得到小耳孔中心最大可能開度的位置點(diǎn)B，的一半即是小耳孔的中間位置，將A，B兩點(diǎn)作射線與大耳孔圓的交點(diǎn)為，則的一半即是大耳孔的中間位置，大耳孔移動(dòng)的弦長(zhǎng)即是接力器行程S?，F(xiàn)在更多的是把限位塊設(shè)計(jì)在非過(guò)流部件上，其位置的確定是在導(dǎo)葉最大可能開度下外推一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯x△。對(duì)于大中型水輪機(jī)：△=20~30mm;b.對(duì)于小型水輪機(jī)：△=0~10mm，本次設(shè)計(jì)取△=9mm。HL240/D41-LJ-200導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖見圖SLP-02。3水輪機(jī)金屬蝸殼水力設(shè)計(jì)3.1蝸殼類型的選擇蝸殼的作用是將水流均勻引入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，并形成一定的速度環(huán)量。蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。其型式的選擇主要是根據(jù)水電站的水頭進(jìn)行的，最大水頭在40m以內(nèi)的機(jī)組，通常采用金屬蝸殼，這類蝸殼的斷面形狀為圓形或橢圓形；當(dāng)直徑D1<3m,通常采用鋼板焊接金屬蝸殼，端面形狀有圓形及橢圓形兩種，包角一般為345°360°。金屬蝸殼斷面形狀為圓形，斷面面積及半徑隨著由進(jìn)口到尾部流量的減少而減小。設(shè)計(jì)中在臨界包角時(shí)，由于圓面積小到不能和座環(huán)蝶形邊連接，因此這部分?jǐn)嗝嫘螤钣蓤A過(guò)渡到橢圓。良好的蝸殼設(shè)計(jì)使蝸殼中水流流動(dòng)損失最小，同時(shí)還要合理地選擇參數(shù)。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的最大水頭為：=78.2m，D1<2m所以采用金屬蝸殼包角為345°。3.2金屬蝸殼的水力設(shè)計(jì)計(jì)算金屬蝸殼進(jìn)行水力計(jì)算，就是在給定設(shè)計(jì)水頭，設(shè)計(jì)流量，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)高度及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，并繪制出蝸殼的單線圖，列出蝸殼斷面尺寸表，以便制造及作為蝸殼強(qiáng)度計(jì)算和水電站廠房設(shè)計(jì)的依據(jù)。3.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)HL240/D41-LJ-200，=2m，=78.2m，=32.57m3/s，=0.25。3.2.2確定蝸殼包角及進(jìn)口斷面平均流速取=345°，流速系數(shù)=0.87，==7.3m/s。3.2.3根據(jù)座環(huán)結(jié)構(gòu)確定連接尺寸圖3.1蝸殼與座環(huán)的連接結(jié)構(gòu)尺寸圖由、查金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表得：=3.4m、=2.85m、=0.1m、=0.2m=/2=1.7m=/2=1.425m=+=1.8m==0.5m=+0.01=0.51m=×(1-cos)=0.1706m=0.6806m3.2.4蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)計(jì)算=1.167m=2.916m=4.083m3.2.5求蝸殼常數(shù)C=3.933.2.6求臨界包角==100.8°3.2.7當(dāng)時(shí)按橢圓斷面公式計(jì)算圖3.2橢圓斷面的計(jì)算圖=0.4154m3.2.8當(dāng)時(shí)按圓斷面公式計(jì)算圖3.3進(jìn)口斷面及圓形斷面的計(jì)算，3.2.9編寫Excel表格計(jì)算蝸殼斷面尺寸表3.1蝸殼斷面尺寸計(jì)算表（單位：m)斷面號(hào)(°)13450.2441.80.8780.1160.8731.1171.2481.1682.9174.08423300.2331.80.8400.1160.8511.0841.1751.1362.8844.02033150.2231.80.8020.1160.8281.0511.1041.1042.8513.95543000.2121.80.7630.1160.8051.0171.0341.0722.8173.88952850.2011.80.7250.1160.7810.9820.9651.0392.7823.82262700.1911.80.6870.1160.7560.9470.8961.0062.7473.75372550.1801.80.6490.1160.7300.9100.8290.9722.7103.68282400.1701.80.6110.1160.7040.8730.7630.9372.6733.61092250.1591.80.5730.1160.6760.8350.6970.9022.6353.537102100.1481.80.5340.1160.6470.7960.6330.8652.5963.461111950.1381.80.4960.1160.6170.7550.5700.8282.5553.383121800.1271.80.4580.1160.5850.7120.5070.7892.5123.302131650.1171.80.4200.1160.5520.6680.4470.7502.4683.218141500.1061.80.3820.1160.5160.6220.3870.7092.4223.131151350.0951.80.3440.1160.4770.5730.3280.6662.3733.039161200.0851.80.3050.1160.4360.5200.2710.6222.3202.942斷面號(hào)(°)171050.0912.11539E-050.2210.5611.0690.5620.5842.1772.76018900.0781.55416E-050.1900.5130.9080.4840.5602.0822.64219750.0651.07928E-050.1580.4620.7520.4030.5361.9832.51820600.0526.90739E-060.1260.4070.6020.3170.5101.8782.38921450.0393.88541E-060.0950.3470.4590.2270.4831.7682.25222300.0261.72685E-060.0630.2770.3220.1310.4541.6512.10523150.0134.31712E-070.0320.1910.1950.02660.4231.5241.9473.2.10繪蝸殼單線圖根據(jù)表3.1金屬蝸殼的參數(shù)和斷面尺寸繪制蝸殼單線圖，見圖SLP-03。4尾水管單線圖的繪制4.1尾水管概述尾水管是水輪機(jī)過(guò)流部件的一部分。水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口邊流出轉(zhuǎn)輪，水流被引入尾水管再流向下游。尾水管的作用是將水流引向下游外，還可以回收一部分水流能量，使水輪機(jī)能多發(fā)一些電。裝置了尾水管，能夠使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口水流能量有所降低，增加了轉(zhuǎn)輪前后的能量差。尾水管的形狀對(duì)不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的性能存在不同程度的影響，尤其對(duì)高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)影響更為明顯。4.2尾水管的基本類型尾水管主要分為3種：直錐形、彎肘形和彎形尾水管。(1)直錐形尾水管。當(dāng)尾水管的軸線為直線時(shí)，稱為直錐形尾水管。這是一種最簡(jiǎn)單的擴(kuò)散形尾水管。這種尾水管廣泛地使用在中小型水電站中（轉(zhuǎn)輪直徑在D1＜0.50.8m）。(2)彎肘形尾水管。當(dāng)尾水管的中心線具有90°或接近90°的轉(zhuǎn)彎時(shí)，則稱為彎肘形尾水管。它由三部分組成：進(jìn)口錐管，肘管段及出口擴(kuò)散管。進(jìn)口錐管是一豎直的圓錐擴(kuò)散管。肘管是一個(gè)90°的彎管，它的進(jìn)口斷面為圓形，出口斷面為矩形。出口擴(kuò)散管是一個(gè)水平放置的斷面為矩形的擴(kuò)散管。幾乎所有大、中型立式水輪機(jī)都使用這種尾水管，因?yàn)閷?duì)于大型水輪機(jī)組，如采用直錐形尾水管，將會(huì)帶來(lái)巨大的挖深，因而是不經(jīng)濟(jì)的。因此，盡管彎肘形尾水管的水力損失大些，水力性能不如直錐形尾水管，但由于挖深較小，大型水輪機(jī)仍全部采用彎肘形尾水管。(3)彎形尾水管這種尾水管一般適用于臥式水輪機(jī)。本次設(shè)計(jì)采用的就是彎肘形尾水管。4.3彎肘形尾水管中的水流運(yùn)動(dòng)水流由轉(zhuǎn)輪流出后首先進(jìn)入直錐管，然后進(jìn)入肘管，并在肘管中改變流向，經(jīng)擴(kuò)散管流向下游。本設(shè)計(jì)按HL240/D41水輪機(jī)尾水管流道尺寸相似換算繪制出了尾水管單線圖，見圖SLP-04。5混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1概述混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效率區(qū)寬，可以在很大的水頭和流量范圍內(nèi)有效而可靠地工作?；炝魇剿啓C(jī)的結(jié)構(gòu)，由于布置方式、單機(jī)容量、應(yīng)用水頭的不同，會(huì)有不同程度的差異。混流式水輪機(jī)的主要部件有主軸、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)軸承、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、蝸殼、尾水管、止漏裝置、減壓裝置、密封裝置等。位于水輪機(jī)中心的是轉(zhuǎn)輪及與其直接相連的水輪機(jī)主軸，在轉(zhuǎn)輪四周布置著導(dǎo)水部件的導(dǎo)葉，導(dǎo)葉與其上面的控制機(jī)構(gòu)相連結(jié)。導(dǎo)葉的下軸頸裝在其下面的底環(huán)內(nèi)，而底環(huán)安裝在座環(huán)的下環(huán)上。導(dǎo)葉的上軸頸裝在頂蓋內(nèi)，頂蓋被安裝在座環(huán)的上環(huán)上，它將轉(zhuǎn)輪蓋住。5.2水輪機(jī)主軸的設(shè)計(jì)水輪機(jī)主軸是水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的一個(gè)重要部件，通過(guò)它，將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，它把水輪機(jī)產(chǎn)生的扭矩傳給發(fā)電機(jī)軸，同時(shí)承受轉(zhuǎn)輪的軸向水壓力及轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重力。主軸由上法蘭，軸身和下部法蘭三部分組成。主軸的毛坯通常采用ZG45整鍛。根據(jù)生產(chǎn)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，也可以采用鑄造法蘭、鍛造軸身并用環(huán)形電渣焊接的主軸，也可以采用鋼板卷焊的大型薄壁軸軸身結(jié)構(gòu)。大型水輪機(jī)主軸都采用空心軸，這不僅可以消除軸心部分材料組織疏松等材質(zhì)缺陷，便于進(jìn)行軸身質(zhì)量檢查，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上也有這個(gè)需要。主軸兩端的法蘭應(yīng)盡可能的小，以免增加法蘭根部的彎曲應(yīng)力，同時(shí)減少鍛造的困難。但由于在法蘭上布置有聯(lián)軸螺栓孔，法蘭尺寸必須滿足其布置要求。為便于安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)中心，法蘭兩端車有凸凹止口，止口的配合間隙不超過(guò)0.020.06mm；止口與軸頸要同心；法蘭端面與軸線要垂直，不允許有凸起；法蘭端面的不平度不能大于0.03mm。主軸軸頸的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軸承型式有關(guān)，對(duì)于本次設(shè)計(jì)采用稀油潤(rùn)滑的筒式導(dǎo)軸承，與主軸接觸部分的軸頸處直接精加工便可。主軸外徑尺寸可根據(jù)機(jī)組的扭矩初選。主軸扭矩按下式計(jì)算:式中：—主軸傳遞最大功率，=21270kW；n—主軸轉(zhuǎn)速，n=333.3r/min。計(jì)算得：M=0.609。水輪機(jī)主軸選取ZG45，主軸直徑為415mm的厚壁軸。即：D0=415mm,Dp=430mm。此次水輪機(jī)設(shè)計(jì)，主軸與轉(zhuǎn)輪采用了螺栓加鍵的連接方式。5.3水輪機(jī)金屬蝸殼的設(shè)計(jì)蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。其形式主要是根據(jù)水電站的水頭進(jìn)行的，對(duì)于水頭大于40m的水輪機(jī)，由于強(qiáng)度需要，一般采用金屬蝸殼。金屬蝸殼按其制造方法有焊接和鑄造兩種結(jié)構(gòu)型式。在廠房的基礎(chǔ)上設(shè)有若干個(gè)均布的支墩用以安放蝸殼，并用千斤頂支撐和拉桿拉緊，把蝸殼牢固地固定在基礎(chǔ)上，以免澆注混凝土?xí)r蝸殼位置變動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用的是金屬焊接蝸殼。5.4水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的心臟，它的設(shè)計(jì)、制造的優(yōu)劣直接影響水輪機(jī)的出力、效率和運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。5.4.1混流式轉(zhuǎn)輪的組成混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪基本上都是由上冠、葉片、下環(huán)、止漏環(huán)、泄水錐和減壓裝置等組成。(1)轉(zhuǎn)輪上冠上冠位于轉(zhuǎn)輪的上部，外形近似一個(gè)倒錐形，其邊線叫上冠的型線。上冠中間部分為上冠法蘭，與主軸相連。在上冠的外緣上部裝有上部轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)。在上冠法蘭外圍開有幾個(gè)減壓孔，其目的在于將轉(zhuǎn)輪前后的水連成通路，從而減小作用在轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力。上冠的下部裝有空心的泄水錐，上冠的外側(cè)錐面均布著轉(zhuǎn)輪葉片，葉片的下部與下環(huán)相連。(2)轉(zhuǎn)輪葉片葉片是組成轉(zhuǎn)輪最重要的部分，是直接將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的部件。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一整體。葉片自上而下呈扭曲狀，其斷面形狀為翼型。葉片數(shù)一般為1024片，通常采用1418片（本次設(shè)計(jì)選用16片），葉片的形狀、光潔度和厚度，以及葉片數(shù)目，對(duì)轉(zhuǎn)輪的性能影響很大，尤其對(duì)效率和氣蝕的影響更大。葉片的材料多采用低合金鋼和不銹鋼，如ZG20MnSi、ZG1Cr13、ZG0Cr13Ni6等。本次葉片材料采用的是ZG20MnSi。(3)轉(zhuǎn)輪的下環(huán)下環(huán)位于葉片下端，將葉片連成整體，增加轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度和剛度，與上冠形成過(guò)流通道，在下環(huán)的輪緣上，安裝有下部轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)。下環(huán)的材料多為一般低合金鑄鋼。本次設(shè)計(jì)采用的是ZG20MnSi。(4)止漏環(huán)止漏環(huán)由兩部分組成，一部分為固定部分，另一部分為轉(zhuǎn)動(dòng)部分。為防止水流向上和向下漏出，每一個(gè)水輪機(jī)都裝有上、下兩道止漏環(huán)。上止漏環(huán)的固定部分裝在頂蓋上，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝在上冠上；下止漏環(huán)的固定部分裝在座環(huán)或底環(huán)上，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝在下環(huán)上。止漏環(huán)也稱為迷宮環(huán)，它的作用主要是用來(lái)減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間的漏水損失。止漏環(huán)一般由忽大忽小的空間或直角轉(zhuǎn)向構(gòu)成，水流流經(jīng)止漏環(huán)時(shí)，受到很大的局部和沿程阻力，使水流不易通過(guò)，從而達(dá)到減小漏水損失的目的。(5)泄水錐泄水錐外形為錐體形，用螺栓連接在上冠的下方，用以引導(dǎo)由葉片出來(lái)的水流順利地向下泄，防止水流相互撞擊和向上旋轉(zhuǎn)所造成的水力損失，提高水輪機(jī)的效率。泄水錐的材料，中小型機(jī)組一般ZG30鑄造，此次材料用ZG30。(6)減壓裝置減壓裝置一般分為兩部分，均為環(huán)形減壓板，分別裝在頂蓋下面和上冠的上方，用來(lái)減小作用在轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力，以減輕推力軸承的負(fù)荷。5.4.2止漏環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)不同水頭的水輪機(jī)，所采用止漏環(huán)的型式也不一樣。按止漏環(huán)構(gòu)成的間隙形狀的不同，止漏環(huán)可分為四種型式，即間隙式、迷宮式、梳齒式、階梯式。①間隙式止漏環(huán)間隙式止漏環(huán)，其間隙一般為0.001，其止漏效果較差，但與轉(zhuǎn)輪的同心度高，制造、安裝方便，抗磨性能好，一般應(yīng)用在多泥沙的電站。②迷宮式止漏環(huán)迷宮式止漏環(huán)一般間隙為0.005，止漏效果較好，與轉(zhuǎn)輪同心度高，制造、安裝均較方便，一般應(yīng)用在H<200m的水質(zhì)清潔的水電站。③梳齒式止漏環(huán)對(duì)于高水頭H＞200m混流式水輪機(jī)，需要采用梳齒式止漏裝置。④階梯式止漏環(huán)階梯式止漏環(huán)，其間隙一般為0.0005，它具有迷宮式及梳齒式止漏環(huán)作用，止漏效果好，與轉(zhuǎn)輪同心度易保證，本身剛度高，安裝、測(cè)量均較方便，多用在H>200m的水電站。本次設(shè)計(jì)采用的是迷宮式止漏環(huán)。5.4.3混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式由于轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用水頭和尺寸大小不同，它們的構(gòu)造型式和制造材料及方法都有所不同，歸結(jié)起來(lái)基本可以分為整鑄、焊接、和組合三種結(jié)構(gòu)型式。本次轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)采用整鑄結(jié)構(gòu)。5.5導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.5.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式水輪機(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)時(shí)，封住水流，停止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活可靠，能使導(dǎo)葉獲得最大的操作力矩。導(dǎo)葉關(guān)閉后還應(yīng)有可靠的封水性能，減少漏水損失。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)葉、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、環(huán)形部件和軸套、密封等部件組成。5.5.2導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)型式導(dǎo)葉的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)型式最常用的有兩種：叉頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。叉頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力情況較好，適于大、中型機(jī)組采用。耳柄式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、加工、制造比較方便，成本比較低，但其受力條件沒(méi)有叉頭式好。1—導(dǎo)葉臂；2—耳柄；3—剪斷銷；4—旋套；5—連桿銷圖5.1耳柄傳動(dòng)結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)采用的是耳柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，主要由導(dǎo)葉臂、分半鍵、端蓋、耳柄、旋套、連接銷、剪斷銷和軸套組成。為了轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉，在結(jié)構(gòu)上必須考慮導(dǎo)葉的支點(diǎn)所用軸承的型式。導(dǎo)葉受力較大，在大中型水輪機(jī)中均采用三個(gè)軸承。導(dǎo)葉用三個(gè)軸承（軸套）來(lái)支承，其中一個(gè)軸套裝在底環(huán)上，其他兩個(gè)軸套裝在圓形套內(nèi)，此套筒用法蘭固定在水輪機(jī)的頂蓋內(nèi)。軸承套的材料取決于潤(rùn)滑的方式，如采用油潤(rùn)滑。5.5.3導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的止漏裝置導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的止漏裝置包括導(dǎo)葉軸承的止漏和導(dǎo)葉在全關(guān)閉時(shí)為防止蝸殼中的水流入下游而裝置的導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間和導(dǎo)葉與上下環(huán)之間的止漏設(shè)備。導(dǎo)葉上軸頸和中軸頸密封目前采用“L”型密封，如圖6.2(a)所示。實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)封水性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?！癓”型密封圈用套筒壓緊在水輪機(jī)頂蓋上，“L”型密封圈與導(dǎo)葉軸頸之間靠水壓貼緊封水。導(dǎo)葉下軸頸在采用工業(yè)塑料的潤(rùn)滑軸承時(shí)，為了防止泥沙進(jìn)入軸承發(fā)生軸頸磨損，一般需采用“O”型橡膠密封圈進(jìn)行密封。密封結(jié)構(gòu)如圖6.2(b)。為了導(dǎo)葉在調(diào)整下部端面間隙后仍保證密封圈有一定的壓縮量，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)放置“O”型圈槽的尺寸，應(yīng)按規(guī)定選定。本次設(shè)計(jì)采用O型密封。圖5.2(a)“L”型密封圖5.2(b)“O”型密封為了減少漏水，必須提高導(dǎo)葉的加工精度，使導(dǎo)葉上下端面和頂蓋、底環(huán)之間，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間的間隙盡可能的小。但即使工藝達(dá)到規(guī)定的要求，而機(jī)組安裝投產(chǎn)后由于溫度變化和廠房變形等因素，亦可能造成導(dǎo)葉裝配間隙增大或?qū)~卡住現(xiàn)象。一般中型機(jī)組的總端面間隙不小于0.50.6mm，而大型機(jī)組則不大于11.5mm。5.5.4導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器接力器是導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力部件，當(dāng)水輪機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，由調(diào)速器主配壓閥控制的壓力油進(jìn)入接力器的油缸推動(dòng)接力器活塞。當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)，通過(guò)推拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)控制環(huán)?？刂骗h(huán)再通過(guò)連桿、轉(zhuǎn)臂使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)直缸接力器布置在機(jī)坑內(nèi)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)由兩個(gè)布置在水輪機(jī)機(jī)坑內(nèi)的接力器來(lái)操縱，工作時(shí)一個(gè)接力器產(chǎn)生推力，另一個(gè)接力器產(chǎn)生拉力，一推一拉可轉(zhuǎn)動(dòng)控制環(huán)，這種布置型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠。5.5.5導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)水輪機(jī)的導(dǎo)葉，由導(dǎo)體和上、下軸組成。上軸上部有鍵槽和調(diào)節(jié)螺釘孔。其結(jié)構(gòu)分為鑄、焊兩種。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，大、中型水輪機(jī)導(dǎo)葉，采用鍛焊結(jié)構(gòu)越來(lái)越多。將熱壓成型的弧形板拼焊起來(lái)，再與鍛軸焊為整體。鑄造導(dǎo)葉多用ZG30、ZG20MnSi，較高水頭，用不銹鋼整鑄最為理想。為防銹、耐磨起見，軸頸可鍍鉻。本次設(shè)計(jì)中，固定導(dǎo)葉采用的是材料是Q235，活動(dòng)導(dǎo)葉采用ZG20MnSi。5.6水輪機(jī)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.6.1概述水輪機(jī)導(dǎo)軸承的作用，一是承受機(jī)組在各種工況下運(yùn)行時(shí)由主軸傳來(lái)的徑向力，二是維持已調(diào)好的機(jī)組軸線位置，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。導(dǎo)軸承是水輪機(jī)的重要組成部分，它的工作質(zhì)量直接影響水輪機(jī)的運(yùn)行。導(dǎo)軸承的維護(hù)、檢修是水輪機(jī)的主要維護(hù)、檢修項(xiàng)目。導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：(1)應(yīng)盡量使軸承布置位置靠近轉(zhuǎn)輪；(2)合理的供油系統(tǒng)和帶油結(jié)構(gòu)；(3)合理的循環(huán)油路；(4)潤(rùn)滑油應(yīng)得到充分的冷卻；(5)結(jié)構(gòu)要便于安裝、檢測(cè)和維修。5.6.2導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)型式水輪機(jī)導(dǎo)軸承隨機(jī)組布置形式分橫軸和立軸兩大類。橫軸導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)基本上是通用的徑向稀油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承；立軸導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)型式有水潤(rùn)滑橡膠軸承、稀油潤(rùn)滑筒式軸承及稀油潤(rùn)滑油浸式軸承等。(1)水潤(rùn)滑橡膠軸承水潤(rùn)滑橡膠軸承利用清潔水潤(rùn)滑，軸承體上鑲有6~12塊橡膠軸瓦，用螺釘把合，磨損后允許背面加墊調(diào)整，也可以單獨(dú)更換，潤(rùn)滑水箱上部采用橡膠平板密封，便于檢修與維護(hù)。這種軸承使用在電站水質(zhì)干凈，有清潔水源。(2)稀油潤(rùn)滑筒式軸承筒式軸承采用稀油潤(rùn)滑，利用油盆旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生油壓，經(jīng)軸承體下部侵油盆的徑向孔和軸瓦面上的斜油槽自循環(huán)潤(rùn)滑。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平面布置緊湊，運(yùn)行可靠，剛性好，避免了水潤(rùn)滑橡膠軸承的缺點(diǎn)，軸瓦采用巴氏合金直接澆注在軸承體上，軸承體由24瓣組成筒式。這種軸承用于1100mm較為合適。本設(shè)計(jì)中采用稀油潤(rùn)滑筒式軸承，如圖5.3所示。1—油箱蓋2—油箱3—冷卻器4—軸承體5—回油管6—轉(zhuǎn)動(dòng)油盆7—浮子信號(hào)器8—溫度信號(hào)器9—油盆蓋圖5.3稀油潤(rùn)滑筒式軸承5.6.3密封裝置水輪機(jī)密封有兩種：工作密封和檢修密封。(1)工作密封a.橡膠平板密封橡膠平板密封是利用橡膠平板與固定在主軸上的動(dòng)環(huán)形成端面接觸，靠水壓壓緊接觸面進(jìn)行密封。這種密封性能較好，檢修方便，有單層和雙層平板密封兩種。前者，一般用作水潤(rùn)滑軸承的上部密封，后者用作稀油潤(rùn)滑軸承的下部密封或用于正常下游水位比軸承密封位置高的水潤(rùn)滑軸承上部密封。密封面的一側(cè)是鋪焊有不銹鋼的鋼板，密封部位的加工光潔度不應(yīng)低于7。另一側(cè)是厚810mm的中硬耐油耐磨橡膠板。接觸寬度B一般取2530mm，接觸面的安裝間隙一般取11.5mm。用于水軸承上部密封的單層平板密封，其封水壓力一般取11.5kgf/。b.水壓端面密封水壓端面密封的靜環(huán)為橡膠環(huán)（或尼龍環(huán)），在環(huán)的底部開有潤(rùn)滑水孔。這種密封的接觸壓力、補(bǔ)償壓力和潤(rùn)滑液膜都靠外引的清潔壓力水來(lái)形成。橡膠環(huán)和缸壁的配合要適當(dāng)，既能形成水壓又能使橡膠環(huán)移動(dòng)，起到補(bǔ)償作用。本次采用的正是水壓端面密封。(2)檢修密封當(dāng)下游水位高于軸承密封（即水輪機(jī)允許吸出高度為負(fù)值）時(shí)，設(shè)有檢修密封，供停機(jī)或檢修軸承及其密封時(shí)使用。此次設(shè)計(jì)采用了心形密封檢修密封和水壓斷面工作密封，如下圖。圖5.4水壓式端面密封和檢修密封裝置5.7水輪機(jī)的輔助裝置5.7.1混流式水輪機(jī)的補(bǔ)氣裝置混流式水輪機(jī)的補(bǔ)氣方式分為二類：一類是自然補(bǔ)氣，大部分水輪機(jī)均采用此種方式；另一類是強(qiáng)迫補(bǔ)氣（即壓縮空氣或射流泵補(bǔ)氣），尾水管內(nèi)壓力較高，自然補(bǔ)氣不能補(bǔ)入時(shí)采用此種方式。1—尾水管2—補(bǔ)氣管3—補(bǔ)氣筒圖5.5尾水管補(bǔ)氣裝置補(bǔ)氣的位置，常見的有三處。一是主軸中心孔補(bǔ)氣；二是尾水管補(bǔ)氣；三是頂蓋補(bǔ)氣。一些試驗(yàn)表明，水輪機(jī)在不穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行時(shí)，尾水管最低壓力區(qū)分布在距管壁1/41/8D之間。因此補(bǔ)氣入口應(yīng)設(shè)在這個(gè)范圍內(nèi)。如在主軸中心孔補(bǔ)氣，則應(yīng)在泄水錐外錐面壁上開通氣孔，改善補(bǔ)氣效果。尾水管補(bǔ)氣裝置有十字架補(bǔ)氣裝置及短管補(bǔ)氣裝置兩種結(jié)構(gòu)型式。本次設(shè)計(jì)采用十字架補(bǔ)氣裝置。5.7.2真空破壞閥當(dāng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪區(qū)出現(xiàn)(0.10.15)kgf/低壓，當(dāng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)因事故而快速關(guān)閉時(shí)，由于水流的慣性和轉(zhuǎn)輪的水泵作用，在導(dǎo)葉后面的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，可能產(chǎn)生較高真空，引起下游尾水反沖而產(chǎn)生很大的沖擊力或出現(xiàn)抬機(jī)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可將機(jī)組的主要部件損壞。真空破壞閥就是緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)向頂蓋下部補(bǔ)充空氣，破壞真空以減少上述有害的沖擊力或抬機(jī)現(xiàn)象，而起到一定的保護(hù)作用。大中型水輪機(jī)中真空破壞閥均裝在頂蓋或支持蓋