【正文】 (1)計算與繪制等開度線的步驟如下：①計算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上過各作水平線與各等開度線相交，記下各點(diǎn)的a0、Q11及值。得到的等開度線如綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線所示。水輪機(jī)主要部件有：①埋入部件：座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、尾水管、蝸殼；②導(dǎo)水機(jī)構(gòu)以及頂蓋、底環(huán)；③轉(zhuǎn)動部件：轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)、主軸，并對主軸進(jìn)行強(qiáng)度校核；④其他部件：主軸密封、水導(dǎo)軸承、真空破壞閥和補(bǔ)氣裝置。上下環(huán)板采用Q345BZ35抗層狀撕裂鋼板，12個固定導(dǎo)葉采用ZG06Cr13Ni4Mo不銹鋼制造。 基礎(chǔ)環(huán)是水輪機(jī)的基礎(chǔ)部件，形成轉(zhuǎn)輪室，同是又是安裝和拆卸水輪機(jī)是落放轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)。 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。 基坑里襯為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，不分瓣，材料為10mm厚鋼板Q235B。外徑為3440mm，內(nèi)徑為1000mm，開有24個套筒孔以及兩個真空破壞閥放置孔?，F(xiàn)場測試后在底環(huán)上加焊限位塊。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?？刂骗h(huán)最大外徑為2210mm，內(nèi)徑為1610mm，大耳環(huán)分布圓直徑為2010mm，小耳環(huán)分布圓直徑為1860mm。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。轉(zhuǎn)輪直徑2340mm，最大外徑2630mm，高度1255mm。 主軸 水輪機(jī)主軸采用雙法蘭厚壁空心軸，材質(zhì)為35鋼整鍛。 其他部件 水導(dǎo)軸承 水導(dǎo)軸承采用稀油潤滑油浸式筒式軸承。軸承液位信號器應(yīng)根據(jù)軸承實(shí)際運(yùn)行情況現(xiàn)場設(shè)定，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。 檢修密封為置于主軸工作密封下方的空氣圍帶，充、放氣自動控制，～，在機(jī)組停機(jī)和檢修時使用。 真空破壞閥設(shè)置2個真空破壞閥，在緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時補(bǔ)入空氣，破壞真空，保護(hù)機(jī)組。而與金屬蝸殼連接的座環(huán)又分為帶蝶形邊的座環(huán)和無蝶形邊的座環(huán)。上下環(huán)板采用Q345BZ35抗層狀撕裂鋼板，12個固定導(dǎo)葉采用ZG06Cr13Ni4Mo不銹鋼制造根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑D1和水頭，查文獻(xiàn)【1】表615 金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表 轉(zhuǎn)輪直徑D1=2340mm，H170，H70，查上表，采用插值運(yùn)算。常見蝸殼分為金屬蝸殼和混泥土蝸殼。 （1） 進(jìn)口斷面流量 進(jìn)口斷面半徑 進(jìn)口斷面中心距 h為座環(huán)固定導(dǎo)葉的高度，蝸殼系數(shù) 蝸殼常數(shù) （2） 中間斷面i 由文獻(xiàn)【2】公式（512），得 中間斷面與進(jìn)口斷面相差， 。查文獻(xiàn)【1】表74，得間=30mm，環(huán)=10mm。對于低水頭大流量的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機(jī)的效率有顯著影響。查文獻(xiàn)【2】HL220軸面流道和標(biāo)準(zhǔn)混泥土肘管，尺寸如圖46所示： 圖 46 尾水管直錐段和肘管 基坑里襯及地板裝置 基坑里襯用鋼板Q235B鋼板卷焊而成。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、圓錐式和徑向式山中類型。本設(shè)計為混流式機(jī)組，選擇徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。由于轉(zhuǎn)輪直徑D1=2340mm，中小型機(jī)組，采用耳柄式傳動機(jī)構(gòu)。對混流式水輪機(jī)來說，還需檢查導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪葉片是否相碰。 圖53 導(dǎo)葉 根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑，查文獻(xiàn)【1】表61導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸系列，不能直接查出的，采用插值運(yùn)算。得到最終尺寸為：Lh=370mm，Lc=300mm，Dc=1870mm。真機(jī)最大開度 b. 真機(jī)的最大可能開度 c. 查模型綜合特性曲線中最優(yōu)工況點(diǎn)對應(yīng)的開度為模型轉(zhuǎn)輪的最優(yōu)開度=28，得真機(jī)的最優(yōu)開度； ：0mm、90mm、110mm、130mm、142mm、163mm。（4）根據(jù)小耳環(huán)從中間位置到全關(guān)位置和最大可能開度位置所轉(zhuǎn)過的角度，得到大耳環(huán)的全關(guān)位置和最大可能開度位置。還需檢查導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪葉片是否相碰。由dc查文獻(xiàn)【1】表822 上軸套尺寸系列，得到上軸套各部分尺寸如下圖55。由da查文獻(xiàn)【1】表824 上軸套尺寸系列，得到下軸套各部分尺寸如下圖57。選擇“L”型密封。 (2)下軸頸密封。當(dāng)上浮力超過導(dǎo)葉自重時，需在設(shè)置止推裝置，以防止導(dǎo)葉上抬，碰撞頂蓋和影響連桿受力。 圖59 止推壓板 導(dǎo)葉的套筒結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉套筒是固定上中軸套的部件，本機(jī)采用整體套筒。嚴(yán)重時甚至?xí)斐蓹C(jī)組無法正常停機(jī)。 導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)采用耳柄傳動機(jī)構(gòu)，工藝性好，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，結(jié)構(gòu)所空間小，但受力情況不如叉頭式，適合中小機(jī)組。 導(dǎo)葉臂選擇a型帶止推槽導(dǎo)葉臂，材料為ZG270500。 圖512 耳柄水輪機(jī)在關(guān)閉導(dǎo)葉過程中如導(dǎo)葉間有硬物卡住，有關(guān)傳動零件的操作力矩將急劇增大，剪斷銷剪斷，從而避免整個傳動機(jī)構(gòu)的破壞。 旋套旋套可以改變連桿的實(shí)際長度，從而調(diào)整導(dǎo)葉的立面間隙。 圖513 剪斷銷 圖514 旋套 頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 頂蓋除了封堵水流形成流道外，還起支持和固定水輪機(jī)一部分零件的作用，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。綜合各方面因素得到頂蓋的尺寸如圖515所示。得到下環(huán)各部分尺寸如圖516所示。設(shè)計中還需考慮控制環(huán)的支撐和防止運(yùn)行中控制環(huán)跳動的問題。導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)葉套筒、軸套，密封形式等有關(guān)。20101860370300 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的零件公差通過分析導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部分的工作原理，明確各零部件之間的相互運(yùn)動關(guān)系，參照機(jī)械設(shè)計手冊確定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部分的配合。轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括上冠設(shè)計和下環(huán)設(shè)計。（4）考慮密封間隙和減壓孔設(shè)計。本文采用1）方式?！?0176。目前常用的型式有縫隙式、迷宮式，臺階式和梳齒式。 水輪機(jī)主軸是水輪機(jī)關(guān)鍵部件之一，用來傳遞水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩（功率），使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電能；同時承受軸向水推力及轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量。根據(jù)主軸的外徑D=400mm查文獻(xiàn)【1】水輪機(jī)厚壁軸尺寸系列選取螺柱直徑以及其余各部分尺寸。主軸傳遞的最大功率:水輪機(jī)的正常轉(zhuǎn)速：水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速: 軸向水推力： （kg）轉(zhuǎn)輪重量： （kg）軸自重：（kg）總軸向力：（kg）軸身外徑：（cm）軸身內(nèi)徑：（cm）軸發(fā)蘭直徑：（cm）法蘭聯(lián)軸螺釘分布圓直徑： （cm）法蘭厚度：（cm）聯(lián)軸螺釘數(shù)：Z=12 軸身應(yīng)力的計算在這次設(shè)計中的主軸材料35鋼，查材料需用應(yīng)力表可得到該軸身的許用應(yīng)力：τ=80MPa=816（公斤厘米2） [σ]=159MPa=1621（公斤厘米2）主軸傳遞的扭矩：軸身斷面積：()軸身抗扭斷面模數(shù)： ==11920； ()水輪機(jī)的軸向水推力為： （kg）混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量的估算：主軸重量： =（噸）水輪機(jī)總的軸向力：P===(公斤)軸身應(yīng)力為：扭應(yīng)力：τ== （公斤）816（公斤）由軸向力引起的軸身拉應(yīng)力：==（公斤）則軸的相當(dāng)應(yīng)力為：= =（公斤）本設(shè)計選用的是35鋼，許用應(yīng)力[σ]=1621（公斤厘米2）可見，σnp[σ]故設(shè)計的主軸軸身滿足強(qiáng)度要求。干油潤滑軸承在國內(nèi)應(yīng)用不多。本設(shè)計采用稀油潤滑的筒式軸承。另一種是機(jī)組停機(jī)檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機(jī)坑內(nèi)泄漏的檢修密封。由于渦帶強(qiáng)烈擾動，引起機(jī)組振動或出力擺動。為防止尾水倒灌時保護(hù)機(jī)組不受損害，補(bǔ)氣系統(tǒng)設(shè)置兩道補(bǔ)氣閥，分別為浮球閥和差壓空氣閥，浮球閥在正常工作時處于常開狀態(tài)，水位上升時依靠浮力自動關(guān)閉。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，減少上述有害的沖擊力或抬機(jī)現(xiàn)象，起到一定的保護(hù)作用。 圖75 真空破壞閥、討論和建議本次畢業(yè)設(shè)計的課題來源是在指導(dǎo)教師提出可選課題后，結(jié)合自己的專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)工作的需要，選擇山美水電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計。整個設(shè)計過程采用CAD作圖，與傳統(tǒng)的手繪相比提高了作圖設(shè)計的效率和質(zhì)量。在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，我收獲了很多，學(xué)到了很多。傳統(tǒng)的“大概像、隨便畫”在這行不通。整個畢業(yè)設(shè)計做下來以后，可以說CAD已經(jīng)不是問題了，作圖速度也有了極大的提高。有的結(jié)構(gòu)實(shí)在想象不來就用UG畫三維圖，看懂之后再返回來畫二維的。本次畢業(yè)設(shè)計的資料比較有限，很多資料都過時了，比如說我們的設(shè)計手冊，當(dāng)中的很多結(jié)構(gòu)材料現(xiàn)在的設(shè)計中已經(jīng)基本不用了。（4） 解決問題的能力提高了。在以后的學(xué)習(xí)尤其是工作中，我們不可能每遇到一個問題就到處問，我們必須學(xué)會查資料和總結(jié)，擁有自己的主見和思想。選型設(shè)計過程中為了趕進(jìn)度，很多問題沒有分析到位。我想這是我本次畢設(shè)的最大收獲。我們水動的學(xué)生對水輪機(jī)結(jié)構(gòu)這塊比較熟悉，但是整個電站是有許多部分組成的，電氣、水工、輔助設(shè)備這些一個都不能少。梁老師為人謙和的品質(zhì)、廣博深厚的學(xué)識、靈活敏捷的思維、勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、孜孜不倦的探求精神和風(fēng)趣幽默的談吐使我受益匪淺，終身難忘。正是有了趙老師的督促，使我在整個畢設(shè)過程中都有一種緊迫感，整個畢設(shè)過程都感覺很充實(shí)。在此我要對趙老師表示衷心的感謝。妹妹在我的求學(xué)之路上也給予了巨大的鼓勵。63