【正文】 LP03。 根據(jù)座環(huán)結(jié)構(gòu)確定連接尺寸 ρ 圖 蝸殼與座環(huán)的連接結(jié)構(gòu)尺寸圖 由 1D 、 rH 查金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表得： aD = 、 bD = m、 K = 、 R = m 30 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ar = aD / 2 = m br = bD / 2= m AR = ar + K = m 0b = ?0b 1D = m 0B = 0b + = m 1h = R (1cos? ) = m 01 21Bhh ??= m 蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)計(jì)算 000 360 CQtr????? ?? ? = m 2200 hRa A ??? ? = m 000 ???aR = m 求蝸殼常數(shù) C 202000 ??? ?? aaC = 求臨界包角 S? = )( 22 AAA RhhRhRC ???????? = 176。 設(shè)計(jì)參數(shù) HL240/D41LJ200， 1D =2m， rH =， trQ =179。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。蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類(lèi)型。對(duì)于大中型水輪機(jī)： △ =20~30mm。AB 的一半即是大耳孔的中間位置，大耳孔移動(dòng)的弦長(zhǎng) 39。) 90 85 84 87 92 93 S/mm 0 28 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 0 0 0( ) , ( ) , ( )f a f a s f a??? ? ? 曲 線及其光滑性檢查 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 0maxa 時(shí)，得到小耳孔中心最大可能開(kāi)度的位置點(diǎn) B， AB 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 yD 的交點(diǎn)為 39。55%250 0m a x00 m a x0m a x00 ??? ??? ky aaa aaa ； 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉， 使 相鄰導(dǎo)葉間的開(kāi)度 0a 等于上述計(jì)算出的開(kāi)度值，量取角度 β， λ值 ，并填入表 中。從而可確定出初始位置。~ 80176。%25。 27 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 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。 表 導(dǎo)葉葉形斷面尺寸表 (單位： mm) ?a ?a ?b ?b ?c ?c ?d ?d ?e ?e ?d ?m ?m 5?k 26?f ?r 1261?R 822?R 2053?R 2611?L 2352?L 496?L 由非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知： 23500 ?D mm， 0 16Z? 及如圖 中所示的導(dǎo)葉 葉形斷面尺寸見(jiàn)表 ：（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(jiàn)表。 26 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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。 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(kāi)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(kāi)度 0ka 下的接力器行程 Smax，繪制接力器行程 S 與導(dǎo)葉任意開(kāi)度 0a 的關(guān)系曲線 0()s f a? ，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(kāi)度 0a 下的 β， λ值，并繪制 β=f(0a ), λ=f(0a )曲線。 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。 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。 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。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。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)。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)。連接 AB 即為設(shè)計(jì)水頭 min~rHH的功率限制線。在設(shè)計(jì)水頭 rH 到最大水頭 maxH 范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受發(fā)電機(jī)額定容量 fP 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 rH 到最小水頭 minH 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。1 P/kW σ+σ Hs /m 15400 18600 19200 23 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 根據(jù)表 中的數(shù)據(jù)，繪制所選水頭下的等吸出高度線 ()sH f N? ，見(jiàn)圖 。1 P/kW σ+σ Hs /m σ Q39。Q ， ? 值，然后根據(jù)公式：1 0 ( )900s i i i iHH???? ? ? ，式中 ?? 查得空化系數(shù)修正值與水頭的關(guān)系圖。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 11n ，再根據(jù)111111D n DH nHnn ? ? ? 2（ ）計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的水頭 H。 Hmax= 加權(quán)平均水頭： Hpj= 最小工作水頭： Hmin= 設(shè)計(jì)工作水頭： Hr= 當(dāng) H1=Hmax=： 11m(1) /minnr? ； 當(dāng) H2=Hr=， 計(jì)算得： 11m(2) /min? ； 當(dāng) H3=Hpj=，計(jì)算得： 11m(3) /minnr? ； 當(dāng) H4=65m，計(jì)算得： 11m(5) /minnr? ； 當(dāng) H5=Hmin=，計(jì)算得： =。 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： 1abG kD H? 19 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 式中： G— 水輪機(jī)質(zhì)量， t； H— 水頭，取 H= Hmax=； k— 系數(shù)，由混流式水輪機(jī)的 ,abk 值表，查得： k=； a— 與直徑 1D 有關(guān)的指數(shù)，查得混流式水輪機(jī)的 ,abk 值表，查得：a =； b— 與水頭有關(guān)的指數(shù)，查混流式水輪機(jī)的 ,abk 值表，查得： b= 計(jì)算得： G=。 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： m a x111( / m in )RR Hn n rD? 式中 ： —Rn 原型機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速； 11 —Rn 模型機(jī)最大可能開(kāi)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： 11Rn =； max—H 最大水頭， maxH =。故選用方案二，最終確定水輪機(jī)型號(hào)為 HL240/D41， 1D =2m， rn = min/r 。 值查出對(duì)應(yīng)的單位流量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。/s） P1t（ kW） 1 2 3 4 5 表 HL240/D41 較小 水頭下的輔助曲線 P1t=f(Q’1t)表 16 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) Hi Hi= Hi= n,1t=nD1/ iH n,1m=n,1tΔn,1 Δσ ηm(%) ηt(%) Qt（ m179。/s） P1t（ kW） 1 2 3 4 Hi Hi= Hi= n,1t=nD1/ iH n,1m=n,1tΔn,1 Δσ ηm(%) ηt(%) Qt（ m179。且在各水頭下， 3/221139。 水輪機(jī)允許吸 出高度 sH 按下式計(jì)算： HH s ）（ ?? ?????? 900/10 pivq, ——電站引用流量， pivq, =79m179。/s , ???? plvqQZQ m179。 00—mZZ， 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： 0 24mZ ? ；由非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知： 0 16Z? 。 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開(kāi)度 確定真機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑 D0 由真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 1D ，查得非對(duì)稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表，知 D0。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 1D 和 n 是合理的、正確的，否則應(yīng)重新選擇 1D 和 n 的值。1t(kW) 11 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 HL240/D41 輔助曲線 P39。,1 ???? rtr HD NP kW 表 HL240/D41 輔助曲線 P39。1ti=f(Q’1t) 找出 B 點(diǎn)位置為 Q=179。1ti=f(Q’1t)計(jì)算數(shù)據(jù)表 Ηm(%) ηt(%) Q39。,1 rtr HD PP ?，在輔助曲線上有 11,trQ 與之對(duì)應(yīng)，從而得到 11, 11, 11m r trQ Q Q? ? ?，將11, mrQ 的值返回到模型綜合特性曲線圖上與 11,mrn 線相交于 B 點(diǎn)，即為真實(shí)工況點(diǎn)。1,mrn 水平線上，在其上查找點(diǎn) 39。139。? ?11m 時(shí)，單位參數(shù)可不予修正。當(dāng) 39。 39。 39。 1 0 0 m? ? ??? 式中： 0? — 真機(jī)的最優(yōu)工況效率； 0m? — 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。 表 轉(zhuǎn)輪公稱直徑 1D 水輪機(jī)型號(hào) HL260/D74 HL240/D41 1D (cm) 180 200 確定額定轉(zhuǎn)速 n 額定轉(zhuǎn)速 nr: 1110 DHnn pjr ? 式中 : n110 — 設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速 , /minr ； —pjH 加權(quán)平均水頭 , pjH =； 1—D 真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑 , m。 ? — 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 ~ 。本次設(shè)計(jì)取 。 表 設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速 11rn 計(jì)算結(jié)果 水輪機(jī)型號(hào) HL260/D74 HL240/D41 11rn (r/min) 確定額定工況下的單位流量 11rQ 在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上作 11rn 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(jiàn)圖 。1039。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 所示。 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。 單機(jī)容量： ZpP pig ? 42021式 中 ： — 電 站 總 裝 機(jī) 容 量 , 已 知 ： ；?p l p lP P KW=40MW Z — 電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù) ,Z=2。 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=40 MW=4 萬(wàn) kW （ 2 臺(tái)） 最大工作水頭： Hmax= 加權(quán)平均水頭： Hpj= 最小工作水頭： Hmin= 設(shè)計(jì)工作水頭： Hr= 最大引用流量： pivq, =79 m179。 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。 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(mén)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。它是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門(mén)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)。 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。另外，水輪機(jī)的好壞影響到水電站能量的轉(zhuǎn)換效率。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。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。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)。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