【正文】 零件的分析 ...............................................................................................................42 毛坯的確定 ...............................................................................................................43 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) ...........................................................................................................43 典型零件的加工工藝路線 .......................................................................................45 結(jié) 論 ...........................................................................................................................................48 致 謝 ...........................................................................................................................................49 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................50 V 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒 論 課題背景 水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，它屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。早 在公元前 100 年前后，中國就出現(xiàn)了水輪機(jī)的雛形 —— 水輪，用于提灌和驅(qū)動(dòng)糧食加工器械?，F(xiàn)代水輪機(jī)則大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在水電站中，上游水庫中的水經(jīng)引水管引向水輪機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。 水輪機(jī)是一種將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。在大多數(shù)情況下，將這種機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，因此水輪機(jī)是為誰能利用和發(fā)電服務(wù)的。 水是人類在生活和生產(chǎn)中能依賴的最重要的自然資源之一，我們的祖先很早以前就和洪水 開展了斗爭(zhēng)并學(xué)會(huì)了利用水能。公園前二千多年的大禹治水，至今還為人們所稱頌。公元 37 年中國人發(fā)明了用水輪帶動(dòng)的鼓風(fēng)設(shè)備 水排，公元 260270 年中國人創(chuàng)造了水碾，公元 220300 年間發(fā)明了用水輪帶動(dòng)的水磨，這些水力機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。缺點(diǎn)是笨 重、出力小、效率低。真正大規(guī)模地對(duì)水力資源合理開發(fā)和利用，是在近代工業(yè)發(fā)展和有關(guān)發(fā)電、航運(yùn)等技術(shù)發(fā)展以后。 水利資源的綜合開發(fā)和利用，是指通過修建水利樞紐工程來進(jìn)行對(duì)河流水力資源在防洪、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電以及水產(chǎn)等發(fā)明的綜合利用。 我國的水電發(fā)展設(shè)備事業(yè)也是在新 中國成立以后才有了蓬勃發(fā)展， 1975年我國還只能自行設(shè)計(jì)制造 萬千瓦的新安江水電站，到現(xiàn)在我國已能自行設(shè)計(jì)制造單機(jī)容量 70萬千瓦的混流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及單機(jī)容量 17萬千瓦的軸流轉(zhuǎn)槳式 調(diào)節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)組。現(xiàn)在，我國的水力設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國設(shè)計(jì)、制造的水力發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)銷到美國、加拿大、菲律賓、土耳其、南斯拉夫、越南等國，受到了這些國家的歡迎。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理 水輪機(jī)作為一種動(dòng)力機(jī)械，必須保證水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪之前建立起轉(zhuǎn)輪進(jìn) 口所需的環(huán)量；在運(yùn)行中水輪機(jī) 必須能隨時(shí)調(diào)節(jié)水流的 流量以適應(yīng)負(fù)荷的變化；在停機(jī)時(shí)能截?cái)嗨鬟M(jìn)入轉(zhuǎn)輪。因此，反擊式水輪機(jī)在轉(zhuǎn)輪之前設(shè)置了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的過流部件。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在水輪機(jī)中起導(dǎo)向 、和關(guān)閉機(jī)器的作用。 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是由均勻的軸對(duì)稱地布置在轉(zhuǎn)輪外圈的導(dǎo)葉組成，導(dǎo)葉一般為16～ 32 個(gè)，視水輪機(jī)大小而定。 導(dǎo)葉是活動(dòng)的，可由傳動(dòng)機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)所有的導(dǎo)葉，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量和停機(jī)的作用。 明槽式水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，由于導(dǎo)葉的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)全處于水中，因此稱為內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。蝸殼式水輪機(jī)，導(dǎo)葉軸伸出頂蓋，因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在水輪機(jī)外部，稱為外調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。 水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用 反 擊式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用主要有兩個(gè)：其一，根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)機(jī)組出力的要求；其二， 形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量，以滿足不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)對(duì)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前水流環(huán)量的要求。 水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的分類 圖 11 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu) 圖 12 軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu) 圖 13 斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu) 按水流流經(jīng)導(dǎo)葉時(shí)與水輪機(jī)軸線的相對(duì)位置，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)一般可分為；徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（圖 11） ，該導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中水流方向與主軸垂直；軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 （圖 12） ， 則水流與主軸平行；斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（圖 13） ，水流與主軸斜交。 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是以水流沿著垂直于水輪機(jī)軸線的平面徑向流過導(dǎo)葉而得名，其導(dǎo)葉分布在與水輪機(jī)同心的圓柱面上，故亦稱圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和安裝，廣泛應(yīng)用于反擊式的水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)中。 在軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中，水流沿著與水輪機(jī)同心的各圓柱面軸向地流過導(dǎo)葉。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于貫流式水輪機(jī)中。 在斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中，水流沿著以水輪機(jī)軸為中心的圓錐面斜向流過導(dǎo)葉，由于導(dǎo)葉軸線均布在圓錐面上，故也稱圓錐式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于 燈泡貫流式和斜流式水輪機(jī)中。 不論水輪機(jī)采用何種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式，它的結(jié)構(gòu)性能均應(yīng)滿足下列要求： ，且應(yīng)留有不小于 5%的裕量； ，防止調(diào)節(jié)過程中導(dǎo)葉被硬物卡住時(shí)而引起零件的破壞； ，結(jié)構(gòu)上應(yīng)有防止導(dǎo)葉任意轉(zhuǎn)動(dòng)的限位裝置； 、連桿、轉(zhuǎn)壁等轉(zhuǎn)動(dòng)的活接頭以及摩擦面應(yīng)潤滑良好； 、底環(huán)之間以及導(dǎo)葉之間應(yīng)保證有良好的密封，使停機(jī)時(shí)的漏水損失最小； ； ，便于安裝、維護(hù)和檢修； ； ，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的過流部分表面應(yīng)有良好的抗汽蝕和抗磨損的措施。 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù) 0a 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 導(dǎo)葉開度 0a 是表征水輪機(jī)在流量調(diào)節(jié)過程中導(dǎo)葉安放位置的一個(gè)參數(shù)。它的大小等于導(dǎo)葉出口邊與相鄰導(dǎo)葉體之間的最短距離。當(dāng)導(dǎo)葉處于徑向位置時(shí)為最大徑向開度值 max0a 。 最大徑向開度是指導(dǎo)葉可能達(dá)到的最大開度，導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)在這種開度工作時(shí)水力損失很大，導(dǎo)葉進(jìn)口有很大的 沖角形成脫流。同時(shí)，如果導(dǎo)葉在徑向位置，則水流在轉(zhuǎn)輪前就不形成環(huán)量。而根據(jù)水輪機(jī)基本方程式，產(chǎn)生機(jī)械能就需要在轉(zhuǎn)輪出口有負(fù)環(huán)量。這樣，進(jìn)入尾水管的能量大大增加。又會(huì)形成很大損失。因此實(shí)際上是不允許在這種導(dǎo)葉位置下運(yùn)行的。但要有一個(gè)允許的最大開度。 對(duì)中小型水輪機(jī)往往由于結(jié)構(gòu)上的原因而加大值及減少導(dǎo)葉數(shù)，因而真機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)與模型已不保持幾何相似關(guān)系了。此時(shí)，只有使真機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)出水角與模型的相等來獲得導(dǎo)水機(jī)構(gòu)出口水流的相似關(guān)系。 0? 導(dǎo)葉出口邊處骨線與圓周方向的夾角稱為導(dǎo)葉出口角 d? 。由于導(dǎo)葉 的葉片數(shù)多，葉柵可視為稠密葉柵，水流的出流方向就是導(dǎo)葉出口角，稱為導(dǎo)葉出水角 0? 。 從流量調(diào)節(jié) 方程式看出，它也是決定流過水輪機(jī)流量的一個(gè)重要參數(shù)。 在開度 0? 相同的情況下，若出口角不同，則過流量各不相同 ， d? 大者 11Q 也大，而在三者出口角 d? 相同的情況下，盡管它們的開度各不相同 ,但過流量卻很接近。由此可見 ,決定流量變化及轉(zhuǎn)輪前流態(tài)的參數(shù)不是開度 0a ，而是導(dǎo)葉出口角度 d? 。 對(duì)某一固定形狀的導(dǎo)葉 ,開度 0? 和出口角 d? 應(yīng)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由于在測(cè)量中量 0? 值比較方便，故在實(shí)用中都以開度 0? 來表示導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)，而且在水輪機(jī)的綜合特性 曲線上也均作出的是等開度 0? 線。 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的外部輪廓形狀，包括轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口高度和標(biāo)稱直徑的比例關(guān)系，和比轉(zhuǎn)速都有一定的關(guān)系。實(shí)際上從定性地分析來看，對(duì)直徑一定的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)速越高流量就越大，導(dǎo)葉應(yīng)該做得高一些，否則就要增加開度 0a 。開度 0a 過大導(dǎo)葉片將會(huì)接 近于頸向開度，如前面所述這樣將增加導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 內(nèi)的流動(dòng)損失。反之， 對(duì)低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)，流量相對(duì)比較小。如果導(dǎo)葉過高，則對(duì)應(yīng)的開度將很小，水流從兩片導(dǎo)葉之間的窄縫中流出，也會(huì)引起較大的損失。因此，對(duì)應(yīng)于某一 比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)應(yīng)有一個(gè)最佳的導(dǎo)葉高度 和最佳出流角或開度。 0Z ，導(dǎo)葉軸線分布圓直徑 0D 及導(dǎo)葉弦長(zhǎng) L 導(dǎo)葉數(shù)影響進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的均勻度，數(shù)目多葉柵稠密度大出水流速分布均勻。而且單片導(dǎo)葉重量減輕。但是加工量增加，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。故而，對(duì)大型水輪機(jī)采用較多的導(dǎo)葉數(shù) 0Z ，較小的 0D 及較小的弦長(zhǎng) L。 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，相對(duì)值 ~?DD 。大的比值用于小型水輪機(jī)。對(duì)大型水輪機(jī)多采用 10/DD = 。但為了減少徑向尺寸，可采用 10/DD =，不過應(yīng)以導(dǎo)葉在最大可能的開度下不至于與轉(zhuǎn)輪葉片相碰為限。 近 年 來 許多 實(shí)踐 表 明， 某 些低 比 轉(zhuǎn)速 混 流式 水輪 機(jī) 由于 水 頭很 高（ H150m），蝸 殼和導(dǎo)葉內(nèi)流速很大，隨著導(dǎo)葉進(jìn)口處徑向尺寸的減小，流速更增加。這樣，導(dǎo)葉表面的磨損將很嚴(yán)重。另外高水頭水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的進(jìn)口邊如距導(dǎo)葉出口太近，導(dǎo)葉出來的不均勻水流可能使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)也影響機(jī)組效率。因此在材料強(qiáng)度允許的條件下，適當(dāng)加大導(dǎo)葉分布圓直徑以降低流經(jīng)導(dǎo)葉的流速，對(duì)增長(zhǎng)機(jī)組的工作周期和提高工作穩(wěn)定性能是有利的。 當(dāng) 0Z 和 0D 確定后，即可按導(dǎo)水機(jī)構(gòu)能緊密關(guān)閉的原則，確定葉柵密度和翼弦長(zhǎng)度 L。 水輪機(jī)的工作原理 發(fā)電機(jī)原理 一 .發(fā)電機(jī)概述 發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備 ，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。 發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。 發(fā)電機(jī)已實(shí)施出口產(chǎn)品質(zhì)量許可制度，未取得出口質(zhì)量許可證的產(chǎn)品不準(zhǔn)出口。 二 .發(fā)電機(jī)的分類可歸納如下： 發(fā)電機(jī)分：直流發(fā)電機(jī)和交 流發(fā)電機(jī) 交流發(fā)電機(jī)分：同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī) (很少采用 ) 交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。 三 .發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯 (或磁極、磁扼 )繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。 由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。 水輪發(fā)電機(jī) 的基本工作原理 水電廠的發(fā)電機(jī)都為同步電機(jī)，它能把原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，通過輸電線路等 設(shè)備 送往用戶。我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流通過，同步發(fā)電機(jī)就是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?。?dǎo)線放在空心圓桶鐵心槽里，鐵心時(shí)固定不動(dòng)的，稱為定子。磁力線是由磁極產(chǎn)生的，磁極時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的，稱為轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)最基本的部分。為了得到三相交流電，沿定子鐵芯內(nèi)圓每相隔 120度分別放三相繞組 AX,BY,CZ，轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組（又稱轉(zhuǎn)子繞組）。通過電 刷和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸，將勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生 恒定的磁場(chǎng)當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組不斷切割磁力線，就在其中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)線切割磁力線能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 電流通過，同步發(fā)電機(jī)就是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?。?dǎo)線放在空心圓桶鐵心槽里，鐵心是固定不動(dòng)的，稱為定子。磁力線是由磁極產(chǎn)生的，磁極是轉(zhuǎn)動(dòng)的，稱為轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)最基本的部分。為了得到三相交流電，沿定子鐵芯內(nèi)圓每相隔 120 度分別放三相繞組 AX,BY,CZ，轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組（又稱轉(zhuǎn)子繞 組）。通過電刷和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸，將勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組