【正文】 R（球） h1 525 861 1834 6608 3500 1715 h2 h3 h4 D2 D4 α 1491 6965 728 6608 9100 110 其符號所代表的意義見下圖 2： 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 4 D 0 Z 0d 1b0 R1 d 2D 1 Z 1d 3球 dB 球 D 1/2R 2d 5h5h4rh3h1d 4 球 圖 1 轉(zhuǎn)輪流道尺寸 圖 2 轉(zhuǎn)輪室流道尺寸 導(dǎo)葉高度及分布圓直徑 由上一節(jié)可知，導(dǎo)葉高度為： b0==2800(mm)，分布圓直徑 D0=，所以 D0==8100（ mm），導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角 0176。 ～ 50176。 。由于本機(jī)組屬于高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，所以導(dǎo)葉選擇對稱型翼形，導(dǎo)葉數(shù) 目 Z=24。 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） Db Da k R 9250 10750 100 600 H1=b0+30 δ γ 2830 300 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 其符號所代表的意義見下圖 3： δγ 圖 3 座環(huán) 主軸直徑 主軸的外尺寸可以根據(jù)機(jī)組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計(jì)算： nN9 7 4 0 0M ? （公斤厘米） 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） 由原始資料得： N== 103KW n=所以， )( 7 4 0 09 7 4 0 0 73 厘米公斤 ?????? nNM 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(biāo)準(zhǔn)外徑系列，取標(biāo)準(zhǔn)植 D=1200（ mm） 主軸內(nèi)孔直徑按《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》上的公式計(jì)算： 4m a x4 4 9 6 1 0 2?n NDDd ?? 式中 ： D—— 主 軸外徑（厘米） 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 6 N—— 主軸傳遞的功率（千瓦） n—— 主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） τ max—— 最大許用應(yīng)力（公斤 /厘米 2） 初選主軸的材料為 ZG20MnSi,其τ max=550 公斤 /厘米 2 所以根據(jù)主軸內(nèi)孔直徑公式計(jì)算得： )( 34 厘米?? ?????d 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800mm 。 主要部件的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)輪 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、葉片操作機(jī)構(gòu)、葉片等組成。 （ 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(jī)械零件組合。由于本機(jī)組屬于大型機(jī)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(jī)構(gòu)，上部與主軸聯(lián)接，下部接泄水錐，形狀較為復(fù)雜。在本次設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)輪體采用 ZG20MnSi 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(jì)中，轉(zhuǎn)輪體與主軸聯(lián)接時(shí)，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(jī)構(gòu)與接力器 葉片操作機(jī)構(gòu)的型式很多，本次畢業(yè)設(shè) 計(jì)采用的是不帶操作架的結(jié)構(gòu)。在后面會專門有葉片操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 葉片操作機(jī)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(qiáng)度的要求，還應(yīng)滿足操作油管布置的需要。 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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） d1 D d2 t2 d3 t3 d4 Z d5 d6 d7 d8 d9 d10 d11 d12 d13 245 250 60 6 159 6 75 3 180 210 58 2” 62 135 M12 140 34 d14 h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 b R k k1 δ s=s1 s2 8 36 25 12 35 85 10 52 6 3 2 8 48 20 其符號所代表的意義如下 圖 4 和圖 5： 活塞與活塞桿 圖 4 活塞與活塞桿 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 8 圖 5 油管連接法蘭 圖 6 活塞環(huán) 表 5 活塞尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） dp H H1 2322 485 353 其符號所 代表的意義 見圖 6。 （ 4） 葉片密封 葉片密封采用“λ”型密封，因其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。其尺寸如下 表所示 ： 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 6 “λ”型密封 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） D1 D2 D3 a b c 1061+1 1000+ 1030 10 d e f R 內(nèi)圓緊量 外圓緊量 9 44+ 2 3 — — 2 （ 5） 泄水錐 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)組屬于大型機(jī)組， 故 泄水錐采用鋼板焊接的泄水錐。 接力器 由于本機(jī) 組 的轉(zhuǎn)輪直徑已達(dá) 7 米，屬于大型 機(jī)組，故采用單導(dǎo)管直缸接力器，其將布置在水輪機(jī)機(jī)墩內(nèi)，操作油壓采用 HP =25 公斤 /厘米 2。 接力器直徑Hc PDbHDd 10m a x1 /?? 式中： 1D —— 轉(zhuǎn)輪直徑 maxH —— 最高水頭 10/Db —— 導(dǎo)葉相對高度 HP —— 調(diào)速系統(tǒng)的額定油壓 λ —— 計(jì)算 系數(shù) 從 《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》中的表查得λ =， HP =25 公斤 /厘米 2， maxH =，/0b 1D = )(25 米?????cd 根據(jù)接力器直徑系列取 dc=750(mm),由于其采用單導(dǎo)管型式的直缸接力器，其主要特征尺寸如下 表： 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 10 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） dc d d1 Ф 1 Ф 2 Z2 d2 Ф 3 750 190 190 1450 1340 16 ф 52 220 Z3 d3 d4 dd H K S dc 8 M24 M190 3 300 550 420 其符號所代表的意義 見圖 7。 圖 7 單導(dǎo)管型式的直缸接力器 導(dǎo)葉 導(dǎo)葉的材料采用 ZG14Cr5Cu 鑄造 ，該材料適用于制造水輪機(jī) 導(dǎo) 葉，其強(qiáng)度極限為 σ≥ 570 兆帕。 （ 1） 葉形 圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的導(dǎo)葉葉形 ，通常有對稱形和非對稱形（正曲率）兩種標(biāo)準(zhǔn)葉形。由于對稱形導(dǎo)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(jī)熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 中，故本設(shè)計(jì)中采用對 稱形的葉形。由《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》中查得對稱形導(dǎo)葉葉形的斷面參數(shù)如下表 ： 表 8 導(dǎo)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） D1 D0 Z0 a b c d e d0 m k 7000 8100 24 r R1 R2 R3 f L1 L2 L q t 271 214 487 112 584 622 1206 25 15 其符號所代表的意義 見圖 8。 ddLr1r2R3R 1KKL 1L 2m m m m mr teeR2d0aabb cc ddYmax 圖 8 導(dǎo)葉葉形斷面 （ 2） 導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)系列尺寸和軸頸選擇 導(dǎo)葉的軸頸可按機(jī)組的轉(zhuǎn)輪直徑 D1，使用水頭 H1（指最高水頭），導(dǎo)葉的相對高度 b0/D1，從手冊中初選軸頸 db，選得 db =230（ mm），再根據(jù) db=230mm朱國俊：大峽水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 12 從手冊中查得導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)的其它尺寸 如下表 ： 表 9 導(dǎo)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） db da d1 dc d2 dm d3 d4 d5 hA 230 190 240 210 220 60 M48 58 190 hB hc h1 h2 h3 h4 h5 H 參考 R1 R2 260 385 25 225 90 20 8 1172 115 95 其符號所代表的意義見下圖 9： 由計(jì)算確定d chch2d 4d 3d5h3Hd 2h1hbh1h1 d1d bh4d 5hAd admR1R1R2R2 圖 9 導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)尺寸 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 3） 導(dǎo)葉的密封結(jié)構(gòu) 導(dǎo)葉關(guān)閉后，導(dǎo)葉體的立面應(yīng)該很好的密封。由于本機(jī)組屬于大型低水頭的機(jī)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(jī)組， 因?yàn)樗^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(dǎo)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） d a b c 16 12 3 其符號所代表的意義如下圖 10 所示： 圖 10 導(dǎo)葉的密封結(jié)構(gòu) 朱國俊：大峽水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 14 （ 4） 導(dǎo)葉套筒 導(dǎo)葉套筒是固定導(dǎo)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?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的機(jī)組的水頭不是很高，所以不考慮在導(dǎo)葉套筒上增設(shè)導(dǎo)葉止推裝置。本次設(shè)計(jì)中采用的套筒的尺寸大小如下 表 ： 表 11 導(dǎo)葉套筒 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 230 560 365 230 250 260 480 40 8 d9 d10 h h1 h2 h3 Z H 參考 385 M24 52 40 230 105 8 840 其符號所代表的意義如 下圖 11所示： Hd5d2 h1d4h3h2d6z d 7d1d3h圖 11 導(dǎo)葉套筒 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 5） 導(dǎo)葉軸頸密封及其軸套 導(dǎo)葉軸頸密封多數(shù)裝在導(dǎo)葉套筒的下端，目前不少機(jī)組中已改用“ L”型密封，實(shí)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） db d d1 d2 230 237 223 280 h δ 1 δ 2 18 4 4 其符號所代表的意義如下圖 12： hR2R5d2Dδ1δ 2 圖 12“ L” 型密封 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 ： 表 13 “ O”型密封圈 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db D d 230 190 10 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 16 其符號所代表的意義如下圖 13所示： Dd 圖 13 “ O”型密封圈 （ 6） 導(dǎo)葉軸套 導(dǎo)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