【正文】 口動能的作用。尾水管的形狀對水輪機(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9度55分，厚度為15mm，采用鋼板45鋼。為方便檢修，直錐段設(shè)φ800進(jìn)人門。 頂蓋和支持蓋頂蓋和支持蓋是水輪機(jī)的主要部件之一，需要有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于本水電站為大型軸流式水輪機(jī)，因此采用焊接頂蓋。頂蓋的材料采用ZG30，基本厚度為130mm鋼板。受運(yùn)輸條件的限制，頂蓋采用分四瓣組合。頂蓋的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造要求較高，尤其是裝導(dǎo)葉套筒的孔應(yīng)與底環(huán)同心。其結(jié)構(gòu)如圖32所示：圖32 焊接頂蓋支持蓋是軸流式水輪機(jī)的主要部件之一，可以使得軸流式水輪機(jī)在檢修時候不必拆卸導(dǎo)葉和頂蓋。支持蓋要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，材料為ZG30。支持蓋如圖所示。圖33 支持蓋 底環(huán)底環(huán)是一個環(huán)形部件，固定于座環(huán)上，作為導(dǎo)葉安放的基座，在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)主要考慮剛度，可以不作強(qiáng)度計算。本水輪機(jī)底環(huán)采用ZG20MnSi鑄造。由于該水輪機(jī)底環(huán)屬于大型部件，受運(yùn)輸條件的限制，本次設(shè)計中的底環(huán)應(yīng)分四瓣鑄造。底環(huán)的結(jié)構(gòu)見下圖34 圖34 底環(huán) 導(dǎo)葉導(dǎo)葉為整鑄不銹鋼結(jié)構(gòu)，材料為ZG20MnSi，有較好的抗空蝕、抗磨損性能。導(dǎo)葉為對稱型導(dǎo)葉，導(dǎo)葉上軸頸210mm，中軸頸為230mm，下軸頸為190mm，瓣體高度為2550mm，總高為3906mm，導(dǎo)葉數(shù)為24個。與導(dǎo)葉三支點(diǎn)相對應(yīng)的上、中、下軸承采用大連三環(huán)的自潤滑軸承，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。導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)采用叉頭傳動機(jī)構(gòu)，主要由導(dǎo)葉臂、分半鍵、叉頭、叉頭銷、剪斷銷、連接螺桿、軸套螺帽和端蓋組成。與耳柄式相比，耳柄式工藝性好，結(jié)構(gòu)簡單，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，以保證在某個導(dǎo)葉被異物卡住后其他導(dǎo)葉能正常動作。此外，連接板或控制環(huán)與叉頭連接處，為了使連接螺桿保持水平，可以裝補(bǔ)償環(huán)進(jìn)行調(diào)整。 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪體外表面是過流通道的一部分，其內(nèi)部則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)，球形輪轂?zāi)苁谷~片和轉(zhuǎn)輪體表面配合良好，在各種葉片轉(zhuǎn)角下它們之間的間隙可以很小，從而減小容積損失。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)。 主軸水輪機(jī)主軸采用雙法蘭薄壁空心軸，材質(zhì)為ZG20MnSi。軸身外徑900mm，內(nèi)徑400mm。水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪采用20個M130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。 槳葉操作機(jī)構(gòu)及操作油管 槳葉操作機(jī)構(gòu)葉片操作機(jī)構(gòu)有很多種型式，本次設(shè)計采用帶操作架的直連桿機(jī)構(gòu)，由于其零件數(shù)較少，結(jié)構(gòu)簡單，相比之下可降低轉(zhuǎn)輪體高度。 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。 其他部分 水導(dǎo)軸承水輪機(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，本次設(shè)計中采用稀油潤滑分塊瓦式軸承，主要是因?yàn)橐韵略颍合∮蜐櫥謮K瓦式軸承雖然有密封在軸承下部，轉(zhuǎn)輪懸臂大，成本高，平面布置尺寸大等缺點(diǎn)，但鑒于其受力均勻，軸瓦研刮、調(diào)整方便，運(yùn)行安全可靠，在大中型機(jī)組中應(yīng)用較多。東西關(guān)水電站水質(zhì)干凈，有清潔水源，選擇分塊瓦式軸承雖然轉(zhuǎn)輪懸臂大，但其仍有不可掩蓋的優(yōu)點(diǎn)。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)際裝配時需將密封裝置調(diào)試到最佳工作條件。由于機(jī)組安裝高程為正值，所以不需要安裝檢修密封。 真空破壞閥當(dāng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)緊急關(guān)閉時，由于水流的慣性和轉(zhuǎn)輪的水泵作用，在導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪室內(nèi)可能產(chǎn)生較高的真空，引起下游尾水反沖，產(chǎn)生很大的沖擊力，甚至出現(xiàn)抬機(jī)現(xiàn)象。真空破壞閥就是在緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時補(bǔ)入空氣，破壞真空，起一定的保護(hù)作用。東西關(guān)水電站機(jī)組尺寸較大，故而我們在頂蓋加設(shè)真空破壞閥，來作為補(bǔ)氣閥和空氣閥。 繪制軸面流道圖查閱《水輪機(jī)設(shè)計手冊》，得到ZZ500的模型流道圖如下：按比例放大，即可得到真機(jī)的軸面流道圖。 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)。由于東西關(guān)電站的最大水頭小于40m，故采用與混凝土連接的蝸殼。而與混凝土連接的蝸殼又分為單個支柱型、半整體型、整體型。本電站采用整體型比較方便。根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑（6400mm）從《機(jī)械設(shè)計手冊》選出座環(huán)的基本尺寸，如表41所示： 表41 水輪機(jī)座環(huán)尺寸參考符號數(shù)值（mm）參考符號數(shù)值(mm)Db8440K100Da7670H12580其中參數(shù)符號對應(yīng)圖42所示的座環(huán)： 圖42 水輪機(jī)座環(huán) 蝸殼蝸殼的作用是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周圍。當(dāng)水頭在40米以下時，水輪機(jī)的蝸殼常用鋼筋混凝土在現(xiàn)場澆注而成；水頭高于40米時，則常采用拼焊或整鑄的金屬蝸殼。由于東西關(guān)水電站的設(shè)計水頭為17米，最低水頭m，故蝸殼的形式為拼焊的混凝土““形斷面的蝸殼，包角為180176。，為防止水流沖刷及滲漏現(xiàn)象，在混凝土蝸殼和座環(huán)的連接部位還加有鋼板襯板。 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)輪出口動能的作用。尾水管的形狀對水輪機(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9度55分，厚度為15mm，采用鋼板45鋼。為方便檢修，直錐段設(shè)φ800進(jìn)人門?；永镆r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《水輪機(jī)設(shè)計手冊》，得基坑里襯尺寸如下：D機(jī)=9000mm，=8mm。 水機(jī)構(gòu)總體設(shè)計水輪機(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。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、圓錐式和徑向式三種類型?；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。對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本要求如下：（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，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，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)動或旋轉(zhuǎn)；（5） 導(dǎo)葉軸頸，銷軸和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)各摩擦面必須保持良好的潤滑；（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)動力矩見具有最優(yōu)比例關(guān)系；（8）設(shè)計承受水流沖擊的零件時，其強(qiáng)度必須特別加以注意。本設(shè)計為軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，選擇徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。根據(jù)水頭范圍選擇對稱型葉型。根據(jù)水輪機(jī)型號和水頭選擇導(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=6400mm大型機(jī)組，采用叉頭式傳動機(jī)構(gòu)。以特征尺寸db查設(shè)計手冊對套筒、軸套和傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。 導(dǎo)葉布置圖的繪制 繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的目的，繪制關(guān)系曲線，檢查接力器行程與導(dǎo)葉開度的均衡性；、值，繪制、曲線，檢查、值的范圍是否符合要求；；（一般限位塊與最大可能開度位置時導(dǎo)葉的距離，大中型為20～30mm,小型為5～10mm）