【正文】 16綜合效率特性曲線(xiàn)，依次得出各空蝕系數(shù)：， ， ， ， 。 各水頭下計(jì)算表H=σPσ+ΔσHs H=68mσPσ+ΔσHsH=70mσPσ+ΔσHsH=σPσ+ΔσHsH=73mσPσ+ΔσHsH=σPσ+ΔσHs 各個(gè)水頭下的關(guān)系曲線(xiàn) 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線(xiàn)(1)繪制等效率曲線(xiàn)，這里=，0. 90，作的水平線(xiàn)，每條水平線(xiàn)與6個(gè)不同H下的曲線(xiàn)分別有交點(diǎn)，將各點(diǎn)投影到HN坐標(biāo)圖上，再將各相等的點(diǎn)練成光滑的曲線(xiàn)，即為等效率曲線(xiàn)。 ，由查出N值，并計(jì)算Hs的值。然后，通過(guò)B點(diǎn)作線(xiàn)的垂線(xiàn)，即為發(fā)電機(jī)的功率限制線(xiàn)。其導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。其導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，致使機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)采用的是徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。④導(dǎo)葉在關(guān)閉位置時(shí)能停止水輪機(jī)運(yùn)行，并在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)防止產(chǎn)生飛逸 。即在所有工況下，水流應(yīng)平滑繞流導(dǎo)葉，導(dǎo)葉尾部不應(yīng)形成旋渦。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。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)度的關(guān)系曲線(xiàn)，并檢查導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的均衡性（即各曲線(xiàn)是否連續(xù)光滑）③確定不同導(dǎo)葉開(kāi)度下的β，λ值，并繪制β=f(), λ=f()曲線(xiàn)。：△=20~30mm。本次設(shè)計(jì)采用正曲率導(dǎo)葉，導(dǎo)葉形狀見(jiàn)附圖9。 導(dǎo)葉斷面型線(xiàn)示意圖(2)計(jì)算真機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度,包括最優(yōu)開(kāi)度、最大開(kāi)度及最大可能開(kāi)度等值。確定β與λ值的步驟為：將導(dǎo)葉置于全關(guān)狀態(tài)，此時(shí)要求β=70176。否則可適當(dāng)調(diào)整拐臂與連桿的長(zhǎng)度，在全關(guān)時(shí)，拐臂中心線(xiàn)與D0圓周切線(xiàn)夾角為φ0=22176。=f(),λ=f()、S=f()曲線(xiàn)及檢查光滑性。 ：△=0~10mm，本次設(shè)計(jì)取△=30mm. 。其型式的選擇主要是根據(jù)水電站的水頭進(jìn)行的，最大水頭在40m以?xún)?nèi)的機(jī)組，通常采用混凝土蝸殼，這類(lèi)蝸殼的斷面形狀呈“T”或“τ”形，其包角為135176。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的最大水頭為：=，所以采用金屬蝸殼。良好的蝸殼設(shè)計(jì)使蝸殼中水流流動(dòng)損失最小，同時(shí)還要合理地選擇參數(shù)。對(duì)于高水頭電站，一般選取完全包角的金屬蝸殼，包角Φ0=345176。270176。的蝸殼，有時(shí)為了減小蝸殼的進(jìn)口斷面寬度和便于蝸殼與進(jìn)水管的連接，還可采用Φ0=270176。若較大，則蝸殼和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的水力損失相應(yīng)增大，反之亦然。它影響到蝸殼的水力性能和材料消耗，甚至影響機(jī)組布置間距，尤其大尺寸的金屬蝸殼，當(dāng)提高K值后，斷面尺寸可以減小，不但可以節(jié)省鋼材，降低造價(jià)，有時(shí)還可以解決材料強(qiáng)度不足的矛盾，然而K值取得太高，可能引起機(jī)組效率下降，在高水頭水輪機(jī)尤其明顯，因此K值的選擇應(yīng)全面考慮這些因素。其中，為固定導(dǎo)葉外切圓半徑； 為座環(huán)蝶形邊半徑；h為蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線(xiàn)高度；α為蝶形邊錐角，一般取55176。計(jì)算得：=。式中：座環(huán)蝶形邊半徑；，座環(huán)系列尺寸，查表得: 。計(jì)算得：h=。計(jì)算得：=。(2)由圓斷面過(guò)渡到橢圓斷面的臨界包角式中：座環(huán)蝶形邊半徑，=1860m； h蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線(xiàn)高度，h=。時(shí)，由于圓斷面已不能與座環(huán)蝶形邊相連接，故應(yīng)轉(zhuǎn)換為橢圓形狀，但這兩者的斷面面積相等。由設(shè)計(jì)條件查表得C0 = Kt * (Hr ^ (1 / 2)) 39。5 尾水管設(shè)計(jì) 尾水管概述尾水管是水輪機(jī)過(guò)流通道的一部分。也就是說(shuō)，裝置了尾水管能夠使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口水流能量有所降低，增加了轉(zhuǎn)輪前后的能量差。當(dāng)尾水管的軸線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)，稱(chēng)為直錐形尾水管。當(dāng)尾水管的中心線(xiàn)具有90176。進(jìn)口錐管是一豎直的圓錐擴(kuò)散管。本次設(shè)計(jì)采用的就是彎肘形尾水管。 彎肘形尾水管中的水流運(yùn)動(dòng)在彎肘形尾水管中水流由轉(zhuǎn)輪流出后首先進(jìn)入直錐管，然后進(jìn)入肘管，并在肘管中改變流向。這樣，原在彎管段內(nèi)具有較高壓力的水流進(jìn)入出口段時(shí)壓力要降低，液流加速而呈收縮狀。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效率區(qū)寬，可以在很大的水頭和流量范圍內(nèi)有效而可靠地工作。其主要部件有主軸、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)軸承、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、蝸殼、尾水管、止漏裝置、減壓裝置、密封裝置以及附屬裝置等。在頂蓋和導(dǎo)水部件控制機(jī)構(gòu)的控制環(huán)之間，裝有支持環(huán)，用來(lái)支持控制環(huán)。根據(jù)生產(chǎn)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，也可以采用鑄造法蘭、鍛造軸身并用環(huán)形電渣焊接的主軸，也可以采用鋼板卷焊的大型薄壁軸軸身結(jié)構(gòu)。但由于在法蘭上布置有聯(lián)軸螺栓孔，法蘭尺寸必須滿(mǎn)足其布置要求。主軸扭矩按下式計(jì)算式中： —主軸傳遞最大功率，=15464kW； —主軸轉(zhuǎn)速r/min，=。對(duì)大中型水輪機(jī)，主軸與轉(zhuǎn)輪廣泛采用精制螺栓的連接方式。 水輪機(jī)金屬蝸殼的設(shè)計(jì)蝸殼是水輪機(jī)的引水部件，分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類(lèi)型。金屬蝸殼按其制造方法有焊接和鑄造兩種結(jié)構(gòu)型式。整個(gè)蝸殼的裝配和焊接在工地安裝時(shí)進(jìn)行。大中型水輪機(jī)的焊接蝸殼，因受鐵路運(yùn)輸?shù)南拗?，一般均在電站進(jìn)行裝配和焊接。對(duì)高水頭大容量混流式水輪機(jī)，由于強(qiáng)度的要求，鋼板將很厚，制造工藝有一定的困難，因此采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，通常將座環(huán)和蝸殼鑄為一體。在廠(chǎng)房的基礎(chǔ)上設(shè)有若干個(gè)均布的支墩用以安放蝸殼，并用千斤頂支撐和拉桿拉緊，把蝸殼牢固地固定在基礎(chǔ)上，以免澆注混凝土?xí)r蝸殼位置變動(dòng)。(1)轉(zhuǎn)輪上冠上冠位于轉(zhuǎn)輪的上部，外形近似一個(gè)倒錐形，其邊線(xiàn)叫上冠的型線(xiàn)。上冠的下部裝有空心的泄水錐，上冠的外側(cè)錐面均布著轉(zhuǎn)輪葉片，葉片的下部與下環(huán)相連。葉片數(shù)一般為1024片，通常采用1418片（本次設(shè)計(jì)選用16片），葉片的形狀、光潔度和厚度，以及葉片數(shù)目，對(duì)轉(zhuǎn)輪的性能影響很大，尤其對(duì)效率和氣蝕的影響更大。本次設(shè)計(jì)采用的是ZG20MnSi。止漏環(huán)也稱(chēng)為迷宮環(huán)，它的作用主要是用來(lái)減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間的漏水損失。(6)減壓裝置減壓裝置一般分為兩部分，均為環(huán)形減壓板，分別裝在頂蓋下面和上冠的上方，用來(lái)減小作用在轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力，以減輕推力軸承的負(fù)荷。②迷宮式止漏環(huán)，止漏效果較好，與轉(zhuǎn)輪同心度高，制造、安裝均較方便，一般應(yīng)用在H200m的水質(zhì)清潔的水電站。本次設(shè)計(jì)采用的是迷宮式止漏環(huán)。這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，由于應(yīng)用水頭和轉(zhuǎn)輪尺寸不同，制造時(shí)所采用的材料有所不同。在我國(guó)轉(zhuǎn)輪直徑D1。焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪的材料對(duì)不同部位可采用不同的鋼種，對(duì)上冠和下環(huán)多采用低合金鋼，對(duì)葉片采用特殊合金鋼，這樣提高了抗蝕能力。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活可靠，能使導(dǎo)葉獲得最大的操作力矩。外調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式一般有三種：徑向式、斜向式、軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)三種。耳柄式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、加工、制造比較方便，成本比較低。導(dǎo)葉受力較大，在大中型水輪機(jī)中均采用三個(gè)軸承，小型水輪機(jī)則一般采用兩個(gè)軸承，上下各一個(gè)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各制造廠(chǎng)傾向于用尼龍1010材料，試驗(yàn)表明，其吸水性小、尺寸穩(wěn)定、耐磨性能好，在運(yùn)行中不用加油就能潤(rùn)滑，因而大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的止漏裝置導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的止漏裝置包括導(dǎo)葉軸承的止漏和導(dǎo)葉在全關(guān)閉時(shí)為防止蝸殼中的水流入下游而裝置的導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間和導(dǎo)葉與上下環(huán)之間的止漏設(shè)備。實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)封水性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。導(dǎo)葉下軸頸在采用工業(yè)塑料的潤(rùn)滑軸承時(shí)，為了防止泥沙進(jìn)入軸承發(fā)生軸頸磨損，一般需采用“O”型橡膠密封圈進(jìn)行密封。 (a) “L”型密封 (b) “O”型密封機(jī)組停機(jī)時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)必須封水嚴(yán)密，否則不但會(huì)增加漏水量而且會(huì)加劇間隙氣蝕破壞，導(dǎo)葉關(guān)閉后如漏水嚴(yán)重時(shí)，有可能造成機(jī)組無(wú)法停機(jī)。~，而大型機(jī)組則不大于1~。本次設(shè)計(jì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)直缸接力器布置在機(jī)坑內(nèi)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)由兩個(gè)布置在水輪機(jī)機(jī)坑內(nèi)的接力器來(lái)操縱，工作時(shí)一個(gè)接力器產(chǎn)生推力，另一個(gè)接力器產(chǎn)生拉力，一推一拉可轉(zhuǎn)動(dòng)控制環(huán)，這種布置型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠。計(jì)算得：A= 7000 。上軸上部有鍵槽和調(diào)節(jié)螺釘孔。鑄造導(dǎo)葉多用ZGZG20MnSi，較高水頭，用不銹鋼整鑄最為理想。二是維持已調(diào)好的機(jī)組軸線(xiàn)位置，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：(1)應(yīng)盡量使軸承布置位置靠近轉(zhuǎn)輪，這樣轉(zhuǎn)輪懸臂值小，主軸臨界轉(zhuǎn)速高，工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定；(2)合理的供油系統(tǒng)和帶油結(jié)構(gòu)； (3)合理的循環(huán)油路，潤(rùn)滑油在起潤(rùn)滑作用的同時(shí)，應(yīng)不斷地帶走熱量，熱油經(jīng)冷卻后再回到軸瓦部分工作，所以潤(rùn)滑油應(yīng)順一定的油路循環(huán)，并將熱、冷油分開(kāi)；(4)潤(rùn)滑油應(yīng)得到充分的冷卻，冷卻器可布置在油箱內(nèi)，也可單獨(dú)布置在軸承結(jié)構(gòu)外，如環(huán)境溫度不高，潤(rùn)滑油亦可采用自然冷卻；(5)結(jié)構(gòu)要便于安裝、檢測(cè)和維修，一般都應(yīng)設(shè)在油面、油溫監(jiān)視及冷卻水示流裝置。橡膠軸瓦離轉(zhuǎn)輪位置較一般稀油軸承近，并有一定吸振作用，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；但軸瓦間隙易隨溫度變化，剛性不如油軸承，振擺變化較大。隨著機(jī)組增大，軸承體的安裝、調(diào)整和刮研都不如分塊瓦軸承方便。這種軸承用于1100mm 較為合適。這種密封性能較好，檢修方便，有單層和雙層平板密封兩種。接觸寬度B一般取2530mm。這種密封的接觸壓力、補(bǔ)償壓力和潤(rùn)滑潤(rùn)滑液膜都靠外引的清潔壓力水來(lái)形成。本次設(shè)計(jì)采用的是十字架補(bǔ)氣裝置。經(jīng)分析表明，尾水管內(nèi)最大壓力脈動(dòng)區(qū)一般離轉(zhuǎn)輪出口，且是偏心的。橫管上的小補(bǔ)氣孔應(yīng)開(kāi)在背水側(cè)，以免水流進(jìn)入管中造成堵塞。真空破壞閥就是緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)向頂蓋下部補(bǔ)充空氣，破壞真空以減少上述有害的沖擊力或抬機(jī)現(xiàn)象，而起到一定的保護(hù)作用。對(duì)于中、小型機(jī)組，有時(shí)因頂蓋內(nèi)位置狹窄布置不便，也可以將閥用管路引出布置在機(jī)坑內(nèi)。金屬蝸殼在工作時(shí)主要產(chǎn)生以下幾種應(yīng)力：①蝸殼在承受內(nèi)水壓力時(shí)產(chǎn)生的薄壁應(yīng)力與水輪機(jī)本身的曲率半徑相比，水輪機(jī)蝸殼壁厚要小得多，因此可以把金屬蝸殼看成是一個(gè)薄壁容器。即在計(jì)算蝸殼強(qiáng)度時(shí)應(yīng)把水錘升壓產(chǎn)生的最大水壓力包括在內(nèi)。把蝸殼看作一個(gè)薄壁容器進(jìn)行計(jì)算，在和座環(huán)連接處，蝸殼斷面是不連續(xù)的。（一）蝸殼圓斷面部分：1. 厚度計(jì)算：式中：—環(huán)殼子午斷面中心點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—蝸殼各環(huán)節(jié)與座環(huán)連接處的C點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—圓形斷面環(huán)殼的子午斷面半徑，cm；—所選用材料的許用應(yīng)力Pa。 （Ⅲ） 式中：a.，將此時(shí)的代入式（Ⅲ）中，如此循環(huán)計(jì)算直到，此時(shí)的就為校核后的厚度。 計(jì)算程序及結(jié)果 計(jì)算程序本次設(shè)計(jì)采用的是VB編程，程序如下：Option ExplicitPrivate Sub Form_click()Dim v!, Ra1!, C!, h!, rB!, Ra2!, L!, k!, T, xi, pi!, ai!, Ri!, o, μ!Dim P, w, X!, Y!, Z!, R2i!, R1i!, i%, δ圓計(jì)!, δ圓實(shí)!, δ橢計(jì)!, δ橢實(shí)!, A!, B!, D!Dim σ1圓!, σ2圓!, σb圓!, σ總圓!, σ1橢!, σ2橢max!, σb橢!, σ總橢!, σ總橢1!, σ總橢2!Dim ξmax!, P1!, Hmax!, g!, ρ!, σ許!v = 39。蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線(xiàn)高度rB = 39。水輪機(jī)最大工作水頭ξmax = 39。16Mn的許用應(yīng)力μ = 39。 Tab(11)。Print Tab(31)。Print Tab(50)。Print Tab(70)。Print Tab(90)。外圓半徑 Ri = CInt(Ri * 1000) / 1000 δ圓計(jì) = ( + * ai / Ra1) * P1 * pi / σ許 δ圓計(jì) = CInt(δ圓計(jì) * 10000) / 10000 δ圓實(shí) = δ圓計(jì) + δ圓實(shí) = CInt(δ圓實(shí) * 10000) / 10000 σ1圓 = ((P1 * pi) / (2 * δ圓實(shí))) * (1 + ai / Ra1) σ1圓 = CInt(σ1圓 * 100) / 100 σ2圓 = (P1 * pi) / (2 * δ圓實(shí)) σb圓 = Sqr(3 / (1 μ ^ 2)) * (1 μ * (1 + ai / Ra1)) * σ2圓 σb圓 = CInt(σb圓 * 100) / 100 σ總圓 = σ1圓 + σb圓 Print δ圓計(jì)。 σ1圓。 σ總圓 Print Else o = 2 * rB / k P = Sqr( + o) +