【文章內(nèi)容簡介】 機結(jié)構(gòu)設(shè)計11 水導(dǎo)軸承水導(dǎo)軸承的作用，一是承受機組在各種工況下運行時通過主軸傳過來的徑向力，二是維持已調(diào)好的軸線位置。按潤滑劑不同，水輪機導(dǎo)軸承型式很多，目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承。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承。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。干油潤滑軸承國內(nèi)運用不多。查《水輪機設(shè)計手冊》345 頁，對不同軸承的使用條件及優(yōu)缺點進(jìn)行比較，同時考慮各個軸承對水質(zhì)條件的要求，對所設(shè)計的水泵水輪機中，選用油外循環(huán)冷卻方式的筒式自潤滑水導(dǎo)軸承，主要由軸瓦、支座、旋轉(zhuǎn)油箱及箱蓋等組成。油循環(huán)的動力是靠油隨油箱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性以及軸瓦進(jìn)油口的特殊結(jié)構(gòu)提供的。另外，由于水泵水輪機雙向運行，故其水導(dǎo)軸承油冷卻循環(huán)路徑作為水輪機工況和水泵工況是不同的?？紤]到不同工況啟動時機組轉(zhuǎn)速上升的速度差別較大，為確保軸瓦安全，水輪機工況時，油是先冷卻后潤滑瓦面，再回到油箱里的，水泵工況，油是先潤滑瓦面，然后再循環(huán)至冷卻器進(jìn)行冷卻，再回到油箱的。結(jié)構(gòu)如下圖 313：其中相對應(yīng)的尺寸如下表:圖 313 水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)2022 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12表 313 水導(dǎo)軸承尺寸參數(shù)符號 數(shù)值（mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（mm）DP 1120 L 700Da 1750 H 900Db 1800 h 400Dd 1350 b 50（1）軸瓦高度L：統(tǒng)計資料表明，軸瓦高度與直徑的比值都在 ～1 的范圍內(nèi)，一些試驗資料表明軸承的摩擦系數(shù)在上述范圍內(nèi)數(shù)值最小。所以軸瓦高度L=（500～1000 ）毫米，參照《水輪機設(shè)計手冊 》中的366 頁表13—14 最終取L＝700mm。（2）油槽升角β：模型試驗的資料表明，油槽升角β 對上油量有一定的影響。目前設(shè)計中采用的油槽升角一般為50176?！?70176。，實踐表明上油效果很好。在體外冷卻的方式中，采用β＝50176。 ，所以本次設(shè)計中取β＝50176。（3）軸承間隙：軸承總的平均間隙一般可參照下面的經(jīng)驗公式?jīng)Q定： )( 米＝ PD??式中 DP——主軸直徑 （ 毫 米 ）＝＝ 37...?實踐表明，水輪機軸承間隙適當(dāng)放大對減少軸承磨損、降低軸承溫度有利，而對機組的運行穩(wěn)定性無明顯影響。（4）冷卻方式：稀油潤滑筒式軸承一般都裝有冷卻裝置，本水輪機軸承選擇體外冷卻的方式。這種冷卻方式目前采用較多，這種結(jié)構(gòu)中通常由冷卻器、擋油箱、溢流板、擋油管等組成。冷卻器多數(shù)采用黃銅管，在布置條件許可下排列成扁方形，可以降低擋油箱的高度。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)動油盆，以改善冷卻效果。此外，擋油箱還可以避免上部油箱中的循環(huán)油隨著主軸旋：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計13轉(zhuǎn)而飛濺出來。在本機組上，擋油箱采用鋼板焊接，把合在軸承體上。 主軸密封 主軸密封緊靠水輪機主軸下法蘭端面，在水導(dǎo)軸承下方由內(nèi)頂蓋支撐，其作用是有效地阻擋水流從主軸與頂蓋之間的間隙上溢，防止水導(dǎo)軸承及頂蓋被淹，維持軸承和機組的安全運行。目前水泵水輪機主軸密封常用的典型形式有 3 種，即平衡式流體靜壓徑向雙端面機械密封、非平衡水壓自調(diào)整軸向式分瓣機械型平面密封和彈簧復(fù)位式浮動型雙端面機械密封。福建仙游蓄能水電廠抽水蓄能機組具有水頭高、轉(zhuǎn)速高、容量大、運行工況復(fù)雜、起停頻繁等特點，因而決定了封堵其水泵水輪機轉(zhuǎn)動部分和固定部分間隙漏水的主軸密封的高性能。為了適應(yīng)電站較大吸出高度和較大密封表面線速度的功能，密封形式采用非平衡水壓自調(diào)整軸向式分瓣機械型平面密封。密封結(jié)構(gòu)如圖 314：彈簧復(fù)位式浮動型雙端面機械密封工作原理：密封供水經(jīng)減壓并過濾處理后進(jìn)入操作腔。在正常運行時,將不銹鋼移動環(huán)壓貼在旋轉(zhuǎn)抗磨環(huán)上。 密封腔潤滑水來自尾水。當(dāng)操作腔和密封腔的壓力達(dá)到平衡時,在不銹鋼移動環(huán)和旋轉(zhuǎn)抗磨環(huán)之間形成一層良好的潤滑水膜, 使不銹鋼移動環(huán)與旋轉(zhuǎn)抗磨環(huán)不發(fā)生干摩擦或過度摩擦,從而減少磨損量,并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。圖 314 非平衡水壓自調(diào)整軸向式分瓣機械型平面密封2022 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 檢修密封主軸的密封除了正常運行中的工作密封外，還有另一種是機組停機檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機坑內(nèi)泄漏的檢修密封。這種密封的結(jié)構(gòu)形式有空氣圍帶式、機械操作式或抬機密封等多種。在本次設(shè)計中采用的是空氣圍帶式密封，它適用于采用稀油軸承的結(jié)構(gòu)，檢修時所需的操作地位較小。在機組停機檢修或主軸密封損壞時，打開檢修密封操作閥，將壓縮空氣充入空氣圍帶使其抱緊法蘭軸面從而防止水淹水車室，在機組正常運行時或機組尚未完全停止時，不得投入檢修密封。采用的壓縮空氣壓力是 4～7 公斤，其所采用的圍帶的剖面尺寸見下圖。 座環(huán)圖 32 座環(huán)結(jié)構(gòu)圖 315 檢修密封尺寸：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計15座環(huán)的作用，是承受整個機組及其上部混凝土的重量以及水泵水輪機的軸向水推力，以最小的水力損失將水流引入導(dǎo)水機構(gòu)。機組安裝時以它為基準(zhǔn)，所以，座環(huán)既是承重件，又是過流件，又是基準(zhǔn)件。因此，在設(shè)計和制造時，必須保證它具有足夠的強度、剛度和良好的水力性能。根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑（1000mm）從《水輪機設(shè)計手冊》104 頁表 614 選出座環(huán)基本尺寸，再根據(jù)實際情況稍作改動，設(shè)計如下圖 32，表 26 所示： 表 32 水輪機座環(huán)尺寸參數(shù)符號 數(shù)值（mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（mm）Db 5440 H1=b0+1025 410Da 6572 H 1375k 85 ?1 105R 125 ?2 135(座環(huán)邊的延伸角度根據(jù)蝸殼的具體尺寸而定) 作為焊接件的座環(huán)，除了符合相應(yīng)的焊接規(guī)程保證其焊接質(zhì)量外，主要加工面的光潔度和公差也要達(dá)到精度要求，此外，對制造質(zhì)量還提出如下要求：1) 考慮到其強度要求，鋼板厚度選取為 100mm，固定頂蓋連接螺釘處，鋼板厚度為 130mm。2）所有過流表面打磨光滑至表面光潔度為 ，其余表面為 ；3）固定導(dǎo)葉進(jìn)口端節(jié)距誤差不超過 ，頂蓋與底環(huán)把合面平行度誤差不超過 毫米/米；4）座環(huán)分兩瓣，分瓣結(jié)構(gòu)的合縫面光潔度為 ，合縫面間隙一般不超過 毫米。5)合縫面局部允許有 ～ 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。 頂蓋2022 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16頂蓋是水輪機的主要部件之一，需要有足夠的強度和剛度，因此多數(shù)設(shè)計成箱型結(jié)構(gòu)，并考慮檢修而留有一定的空間位置。其主要作用有：1）形成流道并承受相應(yīng)的流體壓力；2)固定和支撐活動導(dǎo)葉及其連桿機構(gòu)；3)支撐水導(dǎo)軸承；4)支撐并組成機組的密封，包括主軸密封、檢修密封、上迷宮環(huán)等此次結(jié)構(gòu)設(shè)計中，頂蓋采用 E284 焊接而成，鋼板厚度為 80mm,由于高水頭水泵水輪機導(dǎo)葉軸較長，導(dǎo)致頂蓋高度也增高，因此頂蓋外緣法蘭設(shè)計為雙層形式。頂蓋最大直徑處已達(dá) 5m,受運輸條件限制，頂蓋采用兩瓣組合，為防止水流或泥沙的沖刷，在頂蓋的過流面鋪設(shè)抗磨板，并且頂蓋在制造時要求套筒孔與底環(huán)同心。頂蓋結(jié)構(gòu)如圖 33： 圖 33 頂蓋結(jié)構(gòu) 底環(huán)底環(huán)是水輪機主要環(huán)形部件之一，位于導(dǎo)葉下方，安裝在座環(huán)的下環(huán)上，它用來安裝導(dǎo)葉下軸承及支持導(dǎo)葉的下軸頸。底環(huán)也是形成流道的組成部件之一，由于受到運輸條件的限制，底環(huán)分兩瓣制造。對底環(huán)的重點要求是，導(dǎo)葉的下軸承孔與頂蓋導(dǎo)葉套筒同心，剛度應(yīng)力達(dá)到要求。結(jié)構(gòu)見圖 34 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計17圖 34 底環(huán)結(jié)構(gòu)底 環(huán) 主 要 尺 寸 如 下 ：外 徑 4958mm內(nèi)徑 3896mm高度 1498mm材料 E284 基礎(chǔ)環(huán)基礎(chǔ)環(huán)是混流式水輪機座環(huán)與尾水管進(jìn)口椎管短段相連接的基礎(chǔ)部件，埋設(shè)于混泥土內(nèi)，轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動。本設(shè)計中，基礎(chǔ)環(huán)采用鋼板焊接形式，與尾水管進(jìn)口錐管段螺栓把合連接?；A(chǔ)環(huán)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)間有一定間隙作為安裝中放置斜楔、調(diào)整轉(zhuǎn)輪水平用。結(jié)構(gòu)如圖 35. 圖 35 基礎(chǔ)環(huán)2022 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 蝸殼蝸殼是水輪機引水部件，安裝在座環(huán)與球閥之間，在機組作水輪機運行時，蝸殼在座環(huán)圓周方向提供均勻的流速不變的壓力水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪。在機組作為水泵抽水時，蝸殼收集轉(zhuǎn)輪所泵出的水流并將水流的動能轉(zhuǎn)換成壓能輸入引水鋼管。做為常規(guī)水輪機來說，只要結(jié)構(gòu)條件和經(jīng)濟(jì)條件允許，希望截面越大越好。而常規(guī)泵則希望蝸殼斷面擴(kuò)散程度必須適當(dāng)。兩種工況下蝸殼的特性存在著一些相互矛盾的因素，要讓同一蝸殼實現(xiàn)兩種工況的最優(yōu)化，設(shè)計時必須兼顧兩方面的技術(shù)要求。從結(jié)構(gòu)尺寸看，水泵水機的蝸殼接近常規(guī)水泵的蝸殼，但水泵水輪機有活動導(dǎo)葉可以調(diào)節(jié)水流而保持高效運行，這一點普通水泵是無法做到的。福建仙游電廠為 400m 段高水頭水泵水輪機,蝸殼采用金屬蝸殼，材料為 、座環(huán)、導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的檢查，還設(shè)有相應(yīng)的管道和測孔。 接力器本次畢業(yè)設(shè)計所選轉(zhuǎn)輪直徑為 米，屬于大