【正文】 部件，采用 HT21— 40鑄鐵鑄造。從《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》上 148 頁表 812 查得圓橡皮條和 鴿尾槽的尺寸如下表：（由于導(dǎo)葉體較高，可在中間加焊數(shù)段鋼筋，使橡皮條分段固定。 座環(huán)的尺寸和轉(zhuǎn)輪型號、直徑有關(guān)，其固定導(dǎo)葉的形狀又取決于水力和強(qiáng)度計(jì)算，所以座環(huán)尺寸變化的因素較多，不可能完全統(tǒng)一。 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 一、 繪制水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 ，確定水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道的 主要特征尺寸繪制轉(zhuǎn)輪流道圖 CAD 軟件繪制導(dǎo)葉單線圖，導(dǎo)葉布置圖 開度下實(shí)體造型 ，進(jìn)行流場分析； 二 、 應(yīng)力應(yīng)變分析 導(dǎo)葉 和帶裂紋導(dǎo)葉 有限元網(wǎng)格劃分 導(dǎo)葉 和帶裂紋導(dǎo)葉 固有頻率分析 導(dǎo)葉 和帶裂紋導(dǎo)葉 靜力 分析 三 、 外文翻譯 原始資料 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本參數(shù)如下： 水輪機(jī)型號 ZZ600LH300 出力（ kw） 2500 設(shè)計(jì)水頭（ m） 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 125 最大水頭（ m） 設(shè)計(jì)流量（ m3/s） 最小水頭（ m） 4 3 ` 2 水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 繪制軸面流道圖 查閱《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》得，型號為 ZZ600LH300 的水輪機(jī)模型流道尺寸和轉(zhuǎn)輪室尺寸分別如圖 21，圖 22所示，根據(jù)比例換算所得真機(jī)的流道尺寸和轉(zhuǎn)輪室尺寸如表 21，表 22 所示： D 0 Z 0d 1b0 R1 d 2D 1 Z 1d 3球 dB 球 D1 /2R2d 5h5h4rh3h1d 4 圖 21 ZZ600 流道尺寸 4 表 21 流道尺寸 參數(shù)符號 真機(jī)數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 真機(jī)數(shù)（ mm） D1 3000 R2 2832 Z1 4 d2 876 D0 3765 d3 876 Z0 20 d4 b0 1464 h1 717 dB 999 h2 276 R1 708 h3 324 軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室是 水輪機(jī)過流通道的一部分，轉(zhuǎn)輪室的外形和選用的轉(zhuǎn)輪型號有關(guān)。 近年來，水輪發(fā)電機(jī)組的容量、尺寸及轉(zhuǎn)速不斷提高。 0 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（ 論 文） 題 目 軸流式水輪機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 及導(dǎo)葉 應(yīng)力 分析 專 業(yè) 熱能與動力工程 班 級 動 094 班 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 教 授 2021 年 1 ` 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要是通過查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊，對型號為 ZZ600LH300 的水輪機(jī) 進(jìn)行 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 和對導(dǎo)葉進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析 ,并且對帶裂紋的導(dǎo)葉 進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析 。我國擁有世界上最為豐富的水能資源，但水能的開發(fā)率較低，為了滿足人民日漸增長的電力需求和化石能源的有限性之間的矛盾，積極開發(fā)水電，已經(jīng)成為我國的當(dāng)務(wù)之急。目前，工程中在軸流式轉(zhuǎn)輪的剛強(qiáng)度 分析中，大多利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用ANSYS 有限元分析計(jì)算方法，對該水輪機(jī)葉片在最大水頭下的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算。 由于本 水電站水頭較低 ，小于 40m，故而選擇與混凝土蝸殼連接的座環(huán)，考慮到電站的基本資料，現(xiàn) 對制造質(zhì)量提出如下要求： 6 1)此座環(huán)所選材料為 ZG30，采用 鑄造結(jié)構(gòu) ； 2)考慮到其強(qiáng)度要 求，鋼板厚度選取為 75mm； 2)所有過流表面打磨光滑至表面 粗糙度 為 ； 3)固定導(dǎo)葉進(jìn)口端節(jié)距誤差不超過 ； 4)頂蓋與底環(huán)把合面平行度誤差不超過 毫米 /米； 5)分瓣結(jié)構(gòu)的合縫面 粗糙度 為 ，合縫面間隙一般不超過 毫米，局部允許有 ～ 毫米凹陷部分（深度小于接合縫的 1/3，長度不超過接合縫總長的 1/5），但不允許有突起。由于本機(jī)組屬于 低水頭的機(jī)組，因此采用圓橡皮條直接鑲?cè)滕澪膊蹆?nèi)封水，這種結(jié)構(gòu)制造簡單，但只適用于 40 米水頭以下的機(jī)組，因?yàn)樗^太高會把圓橡皮條沖掉。對于軸流式水輪機(jī)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)套筒處得漏水由排水管集中到頂蓋下部的軸承支架內(nèi)，連同主軸密封處的漏水，由水泵抽水至電站集水井。 lc 410 18 其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖 214 圖 214導(dǎo)水機(jī)構(gòu) 裝配 導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu) 鑒于叉頭傳動機(jī)構(gòu)受力情況好， 所以本水電站采用叉頭傳動機(jī)構(gòu)。根據(jù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑查《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》第 185 頁圖 834及其表 852到表 854 得出控制環(huán)尺寸如下： 表 226 控制環(huán)尺寸（總體） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） DC 2400 Dy 2550 Z0 20 S 25 R 12 其中參數(shù)符號意義對應(yīng)圖 223： 圖 223 控制環(huán)（總體 ） 28 主軸及其附屬部分 主軸直徑計(jì)算 主軸的 外徑尺寸可以根據(jù)機(jī)組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計(jì)算： 厘米）（公斤 ?? nNM 97 400 式中 ： N——代表主軸傳遞的功率（千瓦） n——代表主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） 由原始資料： N==310 KW n=所以， )( 63 厘米公斤 ??????M 根據(jù)《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》上 319 頁圖 12—12 扭力矩與主軸外徑的關(guān)系曲 線查得 D200（ mm），主軸內(nèi)孔直徑按《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 320 頁上的公式 12—2 計(jì)算： 4m a x4 496 102?n NDDd ?? 式中 ： D——主軸外徑（厘米） N——主軸傳遞的功率（千瓦） n——主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） τmax——最大許用應(yīng)力（公斤 /厘米 2） 初選主軸的材料為 ZG20MnSi， 其中 τmax=550 （公斤 /厘米） 所以根據(jù)主軸內(nèi)孔直徑公式計(jì)算得： )( 34 厘米? ????? Dd 29 ` 但為了保證主軸有足夠的剛強(qiáng)度，可將主軸內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列取為400mm 。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 31 ` 承。軸領(lǐng)下部通油孔數(shù)目在 24~32 范圍內(nèi)，孔直徑取 30mm。本次設(shè)計(jì)中采用的是水壓式端面密封，這種密封方式檢修維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡單，工作壽命長， 其結(jié)構(gòu)見圖 230。葉片本體與樞軸的連接方式有兩種。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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 合一 的結(jié)構(gòu)。這樣，連通管能起到溢油和補(bǔ)充回油的作用。受運(yùn)輸條件的限制，頂蓋采用分四瓣組合。 深溪溝水電站機(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 。1rn ( /min) 1查模型特性曲線得： )()( mma Moy ? 所以真機(jī)得最優(yōu)開口為： )()( mmZZD Daa OOMOMMoyoy ??????? 所得 導(dǎo)葉布置圖和接力器行程曲線見 下圖： 42 圖 237 導(dǎo)葉布置圖 圖 238 接力器行程 圖 43 ` 3 應(yīng)力 分析 導(dǎo)葉模型建立 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用 NX UG 實(shí)體建模，建立導(dǎo)葉模型如圖： 圖 31 導(dǎo)葉模型圖 導(dǎo)葉周邊流道模型建立 本次設(shè)計(jì)導(dǎo)葉流道采用從固定導(dǎo)葉出口邊到轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊，由于此流道具有周期性，每個導(dǎo)葉工況幾乎一樣，所以 在進(jìn)行 CFD 計(jì)算時可以采用單周期的方法。出口邊界條件主要有壓力出口和質(zhì)量流量出口兩種邊界條件。 47 ` （ 1） 計(jì)算域流線如下圖： 圖 34 流線圖 （ 2）計(jì)算域壓力分布云圖 如下： 圖 35 壓力分布云圖 48 導(dǎo)葉的模態(tài)分析 與靜力分析 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的導(dǎo)葉模態(tài)分析和靜力分析都是通過 ANSYS 平臺軟件進(jìn)行的。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個計(jì)算或試驗(yàn)分析 過程稱為模態(tài)分析。但由于我具有堅(jiān)韌的性格和不 屈的精神，我在圖書館不斷尋找與之相關(guān)的書籍來研究，同時虛心向老師和師兄師姐們請教，終于通過自己的努力克服了這些弱點(diǎn)和困難。其次，對理論知識的靈活應(yīng)用是做好畢業(yè)設(shè)計(jì)及以后工作任務(wù)的前提保證，包括如何從已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中去學(xué)習(xí)教訓(xùn)，取長補(bǔ)短。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! z n% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 再次感謝 西安理工 大學(xué)和所有幫助過我并給我鼓勵的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們！ 58 參考文獻(xiàn) [1] 梁章堂 .水輪機(jī)選型于優(yōu)化探討 .中國水電設(shè)備技術(shù)及水電設(shè)備制造業(yè)發(fā)展的思考 [J] .甘肅水利水電技術(shù)， 2021 [2] 郝繼武，王春雷 轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)葉片密封的改進(jìn) .《大電機(jī)技術(shù)》 2021 年第三期 [3] 哈爾濱大電機(jī)研究所，《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊 M》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1976年 [4] 宋文武 .水力機(jī)械及工程設(shè)計(jì) .重慶大學(xué)出版社 .2021， 12 [5] 劉大愷 .《 水輪機(jī)（第三版） 》 .中國水利水電出版社 .河海大學(xué) . 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