【正文】 bDdE 圖 29 稀油潤滑筒式軸承 控制環(huán) 控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉的環(huán)形部件，在本次設(shè)計(jì)中采用 ZG30 鑄造，由于該件尺寸太大，可采用分瓣鑄造的結(jié)構(gòu)。較厚的合金層不僅增加合金材料的消耗，也會(huì)導(dǎo)致瓦面受熱后相對(duì)變形增大，影響軸承間隙，增加磨損。 稀油潤滑筒式軸承 圖 25 水導(dǎo)軸承 （ 1）軸瓦高度 L 統(tǒng)計(jì)資料表明，軸瓦高度與直徑的比值都在 ～ 1 的范圍內(nèi)，一些試驗(yàn)資料表明軸承的摩擦系數(shù)在上述范圍內(nèi)數(shù)值最小。在本次設(shè)計(jì)中采用的是水壓式端面密封，其結(jié)構(gòu)見下圖23。md 1Db Zdbsas1R2f45176。由于受運(yùn)輸條件的限制，本次設(shè)計(jì)中的底環(huán)應(yīng)分四瓣鑄造，底環(huán)大 概結(jié)構(gòu)見下圖： 圖 20 底環(huán) 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 主軸 （ 1） 主軸 主軸是水輪機(jī)的主要部件，它的毛坯采用 ZG20MnSi 整鍛。目前已廣泛采用具有自潤滑功能的工 程塑料代替，這樣不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，而且節(jié)省了大量的有色金屬，降低成本。由于本機(jī)組屬于大型低水頭的機(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(jiǎn)單， 但 只適用于 40 米水頭以下的機(jī)組， 因?yàn)樗^太高會(huì)把 圓橡皮條 沖掉。其尺寸如下 表所示 ： 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 6 “λ”型密封 尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） D1 D2 D3 a b c 1061+1 1000+ 1030 10 d e f R 內(nèi)圓緊量 外圓緊量 9 44+ 2 3 — — 2 （ 5） 泄水錐 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)組屬于大型機(jī)組， 故 泄水錐采用鋼板焊接的泄水錐。轉(zhuǎn)輪體外圓采用球形結(jié)構(gòu)，以減少容積損失。厘米） 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） 由原始資料得： N== 103KW n=所以， )( 7 4 0 09 7 4 0 0 73 厘米公斤 ?????? nNM 根據(jù)扭力矩與主軸外徑的關(guān)系曲線查得 D=1155（ mm），根據(jù)薄壁軸的標(biāo)準(zhǔn)外徑系列，取標(biāo)準(zhǔn)植 D=1200（ mm） 主軸內(nèi)孔直徑按《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》上的公式計(jì)算： 4m a x4 4 9 6 1 0 2?n NDDd ?? 式中 ： D—— 主 軸外徑（厘米） 朱國俊：大峽水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 6 N—— 主軸傳遞的功率（千瓦） n—— 主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） τ max—— 最大許用應(yīng)力（公斤 /厘米 2） 初選主軸的材料為 ZG20MnSi,其τ max=550 公斤 /厘米 2 所以根據(jù)主軸內(nèi)孔直徑公式計(jì)算得： )( 34 厘米?? ?????d 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800mm 。 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： （一）根據(jù)給定水輪機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn) 輪 直徑進(jìn)行等參數(shù)進(jìn)行水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．按給定水輪機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn)輪直徑等參數(shù)，確定水輪機(jī)的主要特征尺寸，對(duì)水輪機(jī)埋入部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 2 2．確定水輪機(jī)主軸尺寸，并進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算； 3．根據(jù)機(jī)組的型式和電站的自然條件進(jìn)行主軸密封和水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)； 4．繪制水輪機(jī)總裝配圖及主要部件的組裝圖和部件圖。 水力機(jī)組是水電站的核心設(shè)備，是整個(gè)水電樞紐工程最終經(jīng)濟(jì)效益的歸宿。 這部分主要是根據(jù)接力器直徑 設(shè)計(jì) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有三部分 ，第一部分是對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ，其中包括了座環(huán)、主軸、接力器等由水輪機(jī) 設(shè)計(jì) 參數(shù)確定的部件。 ..................................... 36 第 4 章 強(qiáng)度校核 ................................................. 45 主軸的強(qiáng)度校核 ............................................. 45 基本參數(shù)的意義： .......................................... 45 軸身應(yīng)力計(jì)算： ............................................ 45 薄壁軸法蘭與軸身聯(lián)接處應(yīng)力的計(jì)算： ........................ 47 導(dǎo)葉強(qiáng)度的計(jì)算 ............................................. 52 致 謝 ......................................................... 56 參考文獻(xiàn) ........................................................ 57 附 錄 .......................................................... 58 附錄 1：導(dǎo)葉校核程序 ............................................ 58 附錄 2：導(dǎo)葉部分?jǐn)嗝鎻?fù)核程序 .................................... 63 附錄 3：程序中各符號(hào)所代表的 意義 ................................ 67 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 前 言 概述 水能不僅是清潔的能源，而且是可再生的資源。 在這次設(shè)計(jì)中，除了查閱手冊(cè)外，還查閱了一些國內(nèi)、外已建成的水電站的資料以作參考。 。由于本機(jī)組屬于大型機(jī)組，所以葉片和樞軸采用分別鑄造，然后用螺釘連接?；钊麠U的尺寸即要滿足強(qiáng)度的要求，還應(yīng)滿足操作油管布置的需要。由于對(duì)稱形導(dǎo)葉一般使用于具有不完全包角的高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 中，故本設(shè)計(jì)中采用對(duì) 稱形的葉形。本次設(shè)計(jì)中采用的套筒的尺寸大小如下 表 ： 表 11 導(dǎo)葉套筒 尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） db d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 230 560 365 230 250 260 480 40 8 d9 d10 h h1 h2 h3 Z H 參考 385 M24 52 40 230 105 8 840 其符號(hào)所代表的意義如 下圖 11所示： Hd5d2 h1d4h3h2d6z d 7d1d3h圖 11 導(dǎo)葉套筒 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 5） 導(dǎo)葉軸頸密封及其軸套 導(dǎo)葉軸頸密封多數(shù)裝在導(dǎo)葉套筒的下端，目前不少機(jī)組中已改用“ L”型密封，實(shí)踐證明，封水性能很好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。支持蓋和頂蓋見下圖： 朱國俊：大峽水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 20 頂蓋 圖 18 頂蓋 支持蓋 圖 19 支持蓋 底環(huán) 底環(huán)是一個(gè)扁平的環(huán)形部件，固定于座環(huán)上，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮剛度，不作強(qiáng)度計(jì)算。D 3D φD 2D PDD φD 3dh1m45176。RC 145176。其它型式軸承如稀油潤滑畢托管上油方式軸承，在中、小型機(jī)組中雖有采用， 但 近期 已被斜 油槽自循環(huán)的筒式軸承所代替。 朱國俊：大峽水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 26 β 圖 26 油槽 升角 （ 3）油槽截面尺寸和槽數(shù) 為了減少潤滑油在油槽中的阻力，并保證相鄰油槽間的瓦面上都能得到充分的潤滑油，形成油膜，故采用下圖 27 所示的 油槽 形狀 。擋油箱、溢流板、擋油管的作用是保證熱油都能經(jīng)過冷卻器后再經(jīng)回油管返回轉(zhuǎn)動(dòng)油盆，以改善冷卻效果。 （ 2） 轉(zhuǎn)臂與葉片用圓柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩，徑向位置由卡環(huán)定位，轉(zhuǎn)臂下部開口，用螺釘夾緊，便于裝拆和緊固卡環(huán)。 這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見 《 槳葉操作系統(tǒng)原理圖 》 。 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 34 第 3 章 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 導(dǎo)葉開度 根據(jù)水輪機(jī)的型號(hào)、轉(zhuǎn)輪直徑，確定最大可能開度所要求的接力器行程，從而確定傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。立面不裝密封橡皮條時(shí)，一般間隙為零，由于本機(jī)組是大型機(jī)組，因此允許在導(dǎo)葉高度約 1／ 4 的范圍內(nèi)有不大于 毫米的局部間隙。 叉頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各個(gè)部件的尺寸主要根據(jù)接力器直徑選定。c45 176。 圖 38 叉頭 叉頭尺寸如下 表 30： 表 30 叉頭尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參 數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） d1 d2 d3 d4 H h h1 M80 4 100D 95D 145 210 30 40 L L1 R r r1 c1 s 215 135 90 20 10 2 32 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 40 （ 4） 連接螺桿的結(jié)構(gòu)見下圖： rSLld3d1（ 左）C 4 5 176。 圖 42 剪斷銷 剪斷銷的尺寸如下 表 34： 表 34 剪斷銷的尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） D d d2 d3 d4 b b1 80dc4 30 79 90 80 6 5 r h1 h2 h l L 15 80 76 175 （ 8） 叉頭銷的結(jié)構(gòu)如下圖所示： d1C2 177。 主軸傳遞的扭矩： 73 ??? ＝＝KM （公斤 計(jì)算中用到的基本數(shù)據(jù)與尺寸如下： 計(jì)入升壓后的水頭： （米）39。 薄壁軸 法 蘭與軸身聯(lián)接處應(yīng)力的計(jì)算： S1/2δ PD 1δ 0*DD bD Fh1hLd Lρd spR CPS1/2S1αDD 0p 圖 46 主軸法蘭 （ 1） 計(jì)算法蘭實(shí)際預(yù)緊系數(shù) 按聯(lián)軸螺釘預(yù)緊應(yīng)力為 1200 公斤 /厘米 2求法蘭實(shí)際預(yù)緊系數(shù) ??? ? ? P z1200F0?? 朱國?。捍髰{水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 CAD 48 式中 F0—— 聯(lián)軸螺釘螺紋最弱斷面面積 4200 dF ?? 0d —— 聯(lián)軸螺釘最弱斷面直徑（厘米） 因?yàn)?)(12)(1200 cmmmd ?? ，且 （ 公 斤 ）67 ???? NP ，20＝z , ）（厘米 220 1 3412 ??? ?F ，所 以得到： ? ? 1 1 31 2 0 01 2 0 0 6360 ?????? ???P zF＝? （ 2） 計(jì)算法蘭 聯(lián)接接觸面寬度 大的預(yù)緊系數(shù)對(duì)應(yīng)大的法蘭接觸寬度 X，采用試算法確定法蘭聯(lián)接接觸面寬度 X，使與 X 對(duì)應(yīng)的法蘭預(yù)緊系數(shù) ? ???＝ 。1d 0R30176。d 2d nhh1C4 5 176。D 145 176。 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 表 26 叉頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配尺寸 參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） dc Z0 d1 dn 750 24 M80 4 100D/dc d d2 h h1 80D4/dc4 110D3/jd 80 100 然后 根據(jù)叉頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配尺寸查出 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 各個(gè) 零件 尺寸。根據(jù)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑與使用水頭查表得導(dǎo)葉的端面間隙為 ～ ，該間隙值是指上下端面間隙相等的單邊間隙值，具體設(shè)計(jì)選用時(shí)，即要考慮頂蓋剛度對(duì)導(dǎo)葉端面間隙的影響，還應(yīng)考慮導(dǎo)葉在水壓力作用下可能向上浮起，使間隙減少。 11 rHDnnrrr ???? )/(1 57 0)/( 6939。 帶操作架的斜連桿機(jī)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)多采用于葉片數(shù)較多的 轉(zhuǎn)輪中，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： （ 1）葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時(shí)，轉(zhuǎn)臂與連桿都有較大的傾斜角，運(yùn)動(dòng)中操作架受較大的圓周分力。 （ 4） 操作架上帶有耳柄，便于裝配中調(diào)整，耳柄 與操作架配合端面有 限位銷，防止耳柄固定時(shí)與夾板產(chǎn)生偏卡。在本機(jī)組上，擋油箱采用鋼