【文章內容簡介】 葉，使其在D0圓 確定β，λ值β為連桿與控制環(huán)小耳孔所在圓周切線方向的夾角，λ為連桿與導葉轉臂夾角。確定β與λ值的步驟為：將導葉置于全關狀態(tài)，此時要求β=70176。~ 80176。，λ90176。~100176。，否則可適當調整拐臂與連桿的長度，在全關時，拐臂中心線與D0圓周切線夾角為φ0=22176。，從而可確定出初始位置。所選開度值為： ； ； ； ； ； 轉動導葉（傳動機構隨之改變位置），讓相鄰導葉間的開度等于上述計算出的開度值，量取角度β，λ。調整后：，連桿長。=f(),λ=f()、S=f()曲線及檢查光滑性。 導葉運動關系值 及其光滑性檢查 確定大、小耳孔的相對位置及接力器行程S首先使導葉處于全關狀態(tài)，得到小耳孔中心全關位置點A，使導葉處于時，得到小耳孔中心最大可能開度的位置點B，的一半即是小耳孔的中間位置，將A，B兩點作射線與大耳孔圓的交點為，則的一半即是大耳孔的中間位置，大耳孔移動的弦長即是接力器行程S。 確定限位塊的位置限位塊在導水機構中的作用是為了減少水力損失及提高水輪機的抗空蝕能力，現(xiàn)在更多的是把它設計在非過流部件上，其位置的確定是在導葉最大可能開度下外推一個適當?shù)木嚯x△。對于大中型水輪機：△=20~30mm。 ：△=0~10mm，本次設計取△=30mm. 。導水機構運動圖見圖SLH02。4 水輪機金屬蝸殼水力設計 蝸殼類型的選擇蝸殼的功用是將水流均勻引入導水機構并形成一定的速度環(huán)量。蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。其型式的選擇主要是根據(jù)水電站的水頭進行的，最大水頭在40m以內的機組，通常采用混凝土蝸殼，這類蝸殼的斷面形狀呈“T”或“τ”形，其包角為135176。~270176。；當水頭超過40m時，一般選用鋼板焊接蝸殼，端面形狀有圓形及橢圓形兩種，包角一般為345176。~360176。因為本次設計的最大水頭為：=，所以采用金屬蝸殼。金屬蝸殼斷面形狀為圓形，斷面面積及半徑隨著由進口到尾部流量的減少而減小。本次設計中在135176。時，由于圓面積小到不能和座環(huán)蝶形邊連接，因此這部分斷面形狀由圓過渡到橢圓。良好的蝸殼設計使蝸殼中水流流動損失最小，同時還要合理地選擇參數(shù)。 金屬蝸殼的水力設計計算金屬蝸殼進行水力計算，就是在給定設計水頭，設計流量，導水機構高度及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，并繪制出蝸殼的單線圖，列出蝸殼斷面尺寸表，以便制造及作為蝸殼強度計算和水電站廠房設計的依據(jù)。 主要參數(shù)的選擇(1) 蝸殼包角Φ0的選擇蝸殼是指從蝸殼尾端到進口斷面的角度，它是蝸殼的主要參數(shù)之一，反映了蝸殼包圍導水機構的程度，它將會影響電站的投資及水輪機的效率。通常取座環(huán)特殊固定導葉出口邊作為蝸殼包角的起始斷面，取垂直于引水管道軸線的+X方向斷面作為蝸殼的進口斷面。對于高水頭電站，一般選取完全包角的金屬蝸殼，包角Φ0=345176。360176。，通常采用Φ0=345176。，而混凝土蝸殼的包角可在Φ0=135176。270176。內選擇。對低水頭大流量的水電站，通常采用Φ0=180176。的蝸殼，對廠房布置有特殊要求時，也可采用Φ0=135176。的蝸殼，有時為了減小蝸殼的進口斷面寬度和便于蝸殼與進水管的連接，還可采用Φ0=270176。的大包角蝸殼。本設計采用的是金屬蝸殼，蝸殼包角Φ0=345176。(2) 蝸殼進口流速的選擇蝸殼進口斷面的平均流速與蝸殼尺寸及蝸殼水力損失等因素有關。若較大，則蝸殼和導水機構中的水力損失相應增大，反之亦然。在流量相同的條件下， 越大，則斷面尺寸可減小，從而減小對電站的投資。通常情況下，是有水輪機的設計水頭來決定的，即：式中：K流速系數(shù)。在蝸殼的設計中，K值的選擇有很大意義。它影響到蝸殼的水力性能和材料消耗，甚至影響機組布置間距，尤其大尺寸的金屬蝸殼，當提高K值后，斷面尺寸可以減小，不但可以節(jié)省鋼材，降低造價，有時還可以解決材料強度不足的矛盾，然而K值取得太高，可能引起機組效率下降，在高水頭水輪機尤其明顯，因此K值的選擇應全面考慮這些因素。對于金屬蝸殼，一般取K=，本次設計取K=；設計水頭。 計算得：。 蝸殼與座環(huán)連接尺寸的確定金屬蝸殼與座環(huán)的連接結構，如圖11所示。其中，為固定導葉外切圓半徑； 為座環(huán)蝶形邊半徑；h為蝶形邊至導水機構水平中心線高度；α為蝶形邊錐角，一般取55176。；為蝶形邊錐角頂點所在半徑。，將在以下的計算中逐一介紹。圖中關于座環(huán)的尺寸，由[3]金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表可知以下參數(shù)： 蝸殼與座環(huán)的連接結構尺寸圖其他一些相關尺寸的計算如下：=R（1cosα）式中：R座環(huán)系列尺寸，查表得:R=200mm； α蝶形邊錐角，α=55176。計算得：=。式中： 導葉高度； 導葉的相對高度，由參考資料可知：=； 真機轉輪直徑，=。計算得：=。本次設計取 .4 =500（mm）計算得：=640mm。式中：座環(huán)蝶形邊半徑；，座環(huán)系列尺寸，查表得: 。計算得：=1860mm。式中：h蝶形邊至導水機構水平中心線高度； h1=R*（1cos55176。）=。計算得：h=。 蝸殼進口斷面尺寸的確定(1)蝸殼進口斷面半徑 式中：水輪機的額定（設計）流量，：==； 蝸殼包角，=345176。； 蝸殼進口流速，；計算得：=。(2)蝸殼進口斷面中心距式中：座環(huán)蝶形邊半徑，=1860mm； h蝶形邊至導水機構水平中心線高度，h=。計算得：=。(3)蝸殼進口斷面外徑計算得：=。 蝸殼其余斷面的計算 蝸殼其余斷面的計算是按照水流運動規(guī)律(1)金屬蝸殼系數(shù)C式中：蝸殼進口斷面中心距，=； 蝸殼進口斷面半徑，=。計算得：=。(2)由圓斷面過渡到橢圓斷面的臨界包角式中：座環(huán)蝶形邊半徑，=1860m； h蝶形邊至導水機構水平中心線高度，h=。計算得：=176。 圓形斷面尺寸的計算 所示 橢圓形斷面尺寸的計算 當〈=135176。時，如果此時蝸殼的斷面為圓形斷面，那么圓半徑為：當α=55176。時，由于圓斷面已不能與座環(huán)蝶形邊相連接，故應轉換為橢圓形狀，但這兩者的斷面面積相等。橢圓斷面蝸殼各節(jié)尺寸根據(jù)以下公式進行計算。圖 進口斷面及圓形斷面計算圖 計算程序及結果(1)計算程序本次金屬蝸殼的水力計算借助了計算機的VB編程，詳細計算程序如下Option ExplicitPrivate Sub Command1_Click()Dim D1!, Hr!, Qv!, b!, Ra1!, rb!, Kt!, a, k, r, C0, Ks, RA, h!, B0!, h1!, p0!, a0, R0, cDim i!, k1!, t!, xi!, pi!, ai!, ri!, rb1!, f!, e!, s!, l!, p1!, p2, z!, p3!D1 = : Hr = : Qv = : b = : Kt = 39。設計條件Ra1 = : rb = : k = : r = 39。由設計條件查表得C0 = Kt * (Hr ^ (1 / 2)) 39。流速系數(shù)RA = Ra1 + ka = 55 * / 180B0 = b * D1 + h1 = r * (1 Cos(a))h = h1 + B0 / 2p0 = ((345 * Qv) / (360 * * C0)) ^ (1 / 2) 39。包角取345度a0 = RA + (p0 ^ 2 h ^ 2) ^ (1 / 2)R0 = a0 + p0c = 345 / (a0 (a0 ^ 2 p0 ^ 2) ^ (1 / 2))Ks = c * (RA + * h (RA ^ 2 + * RA * h h ^ 2) ^ (1 / 2)) = Ks 39。臨界包角For i = 345 To 15 Step 15k1 = i / c If i = Ks Then t = (2 * RA * k1 h ^ 2) ^ (1 / 2) xi = k1 + t pi = (xi ^ 2 + h ^ 2) ^ (1 / 2) ai = RA + xi ri = ai + pi Print i, pi, ai, ri Elserb1 = RA h / Tan(a)f = k1 * (( + 2 * rb1 / k1) ^ (1 / 2) + )e = * f ^ 2s = * (Ra1 rb1) ^ 2l = * (e + s)z = * ( * h) ^ 2p2 = (l + z) ^ (1 / 2) * * hp1 = * h + * p2ai = rb1 + * p2ri = ai + p1p3 = ai + (p1 p2) * Print i, p1, ai, ri, p2, p3 End IfNext i = False = TrueEnd SubPrivate Sub Command2_Click() = True(2) 程序界面及計算結果（mm） （3）計算結果列表如下： HLA616LJ160的金屬蝸殼單線圖見圖SLH03。5 尾水管設計 尾水管概述尾水管是水輪機過流通道的一部分。水流流經轉輪，完成了能量交換后，將從轉輪的出口邊流出轉輪。這時，水流被引入尾水管再流向下游。尾水管的功用是除了將水流引向下游外，還可以回收一部分水流能量，使轉輪能多發(fā)一些電能。也就是說，裝置了尾水管能夠使水輪機轉輪出口水流能量有所降低，增加了轉輪前后的能量差。尾水管的形狀對不同比轉速水輪機的性能存在不同程度的影響，尤其對高比轉速水輪機影響更為明顯。 尾水管的基本類型 尾水管主要有3種類型：直錐形、彎肘形和彎形尾水管。(1)直錐形尾水管。當尾水管的軸線為直線時，稱為直錐形尾水管。這是一種最簡單的擴散形尾水管。這種尾水管廣泛地使用在中小型水電站中（轉輪直徑在D1＜~）。(2)彎肘形尾水管。當尾水管的中心線具有90176?；蚪咏?0176。的轉彎時，則稱為彎肘形尾水管。它由三部分組成：進口錐管，肘管段及出口擴散管。進口錐管是一豎直的圓錐擴散管。肘管是一個90176。的彎管，它的進口斷面為圓形，出口斷面為矩形。出口擴散管是一個水平放置的斷面為矩形的擴散管。本次設計采用的就是彎肘形尾水管。幾乎所有大、中型立式水輪機都使用這種尾水管，因為對于大型水輪機組，如采用直錐形尾水管，將會帶來巨大的挖深，因而是不經濟的。因此，盡管彎肘形尾水管的水力損失大些，水力性能不如直錐形尾水管，但由于挖深較小，大型水輪機仍全部采用彎肘形尾水管。(3)彎形尾水管這種尾水管一般適用于臥式水輪機，在這就不做詳細介紹。 彎肘形尾水管中的水流運動在彎肘形尾水管中水流由轉輪流出后首先進入直錐管，然后進入肘管，并在肘管中改變流向。水流流經彎曲部分時，流場發(fā)生變化，壓強沿離開曲率中心的方向增大而流速則相對降低，亦即水流由直錐段進入肘管轉彎時，靠近外壁處壓力增大，流速降低，而內壁則壓力減小，流速增大。因此，內壁處液流收縮而外液流則擴散，形成渦流滯水區(qū)。水流經肘管流入水平擴散段時，由于離心力的作用逐漸消失使斷面壓力分布又趨于均勻。這樣，原在彎管段內具有較高壓力的水流進入出口段時壓力要降低，液流加速而呈收縮狀。而靠近內壁原來壓力較低流速較高的水流在水平擴散段會有壓力增加流速降低，使液流呈擴散狀而形成另一渦流滯水區(qū)。本設計按HL260/D74水輪機尾水管流道尺寸相似換算繪制尾水管單線圖，見圖SLH04。6混流式水輪機結構設計 概述 混流式水輪機是水輪機中應用最為廣泛的一種型式。它結構簡單，高效率區(qū)寬，可以在很大的水頭和流量范圍內有效而可靠地工作。在我國已建成的水電站中，它亦是應用最多的一種型式。混流式水輪機的結構，由于布置方式、單機容量、應用水頭的不同，會有不同程度的差異，但水輪機作為一種把水能變?yōu)闄C械能的動力機械，每一種結構型式都具有把水能轉換為機械能所必需的四大部分?；炝魇剿啓C的大致結構和組成，見本次設計水輪機結構圖。其主要部件有主軸、轉輪、導軸承、導水機構、座環(huán)、基礎環(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。位于水輪機中心的是轉輪及與其直接相連的水輪機主軸，在轉輪四周布置著導水部件的導葉，導葉與其上面的控制機構相連結。導葉的下軸頸裝在其下面的底環(huán)內，而底環(huán)安裝在座環(huán)的下環(huán)上。導葉的上軸頸裝在頂蓋內，頂蓋被安裝在座環(huán)的上環(huán)上，它將轉輪蓋住。在頂蓋和導水部件控制機構的控制環(huán)之間，裝有支持環(huán)，用來支持控制環(huán)。 水輪機主軸的設計水輪機主軸是水輪機轉動部分的一個重要部件，通過它，將水輪機轉輪的機械能傳遞給發(fā)電機，它把水輪機產生的扭矩傳給發(fā)電機軸，同時承受轉輪的軸向水壓力及轉動部件的重力。主軸由上法蘭，軸身和下部法蘭三部分組成。主軸的毛坯通常采用ZG3ZG40或20MnSi整鍛。根據(jù)生產條件和技術經濟比較，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構。大型水輪機主軸都采用空心軸，這不僅可以消除軸心部分材料組織疏松等材質缺陷，便于進行軸身質量檢查，同時在結構上也有這個需要