【文章內(nèi)容簡介】 所示： **：劉家峽 2號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 圖 導葉結構圖 導葉軸頸尺寸的選擇見下表： 表 軸頸尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） dc 210 H 1147 d2 220 hC 385 db 230 h1 25 d1 240 hB 260 d5 hA 190 da 190 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 導葉套筒 導葉套筒是固定導葉上中軸套的部件，一般都采用 HT2140 鑄鐵鑄造。套筒結構與軸套材質(zhì)，密封結構和頂蓋的高度等有關。目前多采用整體圓筒形式。 本設計中的導葉套筒結構如下圖 所示： 圖 導葉套筒結構圖 表 導葉套筒尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 d4 250 d1 560 h 52 d2 365 h2 230 d3 230 H 840 h3 105 **：劉家峽 2號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 導葉軸套及軸頸密封 1） 導葉軸套 導葉軸套過去大多數(shù)采用鑄錫青銅，加注黃干油潤滑。目 前已廣泛應用具有自潤滑性能的工程塑料代替，這樣不僅簡化結構，而且節(jié)省大量有色金屬，降低成本?，F(xiàn)階段的實驗研究表明，聚甲醛或尼龍 1010 的吸水性小，尺寸較穩(wěn)定，比較適合在水輪機導葉、連桿等部位做自潤滑軸套的材料。本設計中，采用鑄鐵 HT1838 作套，內(nèi)表面涂復尼龍 1010 制成復合軸套。本設計中的導葉軸套結構如下圖所示 圖 導葉中軸套結構圖 圖 導葉下軸套結構圖 表 導葉中軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 h 230 d1 230 h1 40 d2 250 h2 8 d3 δ 39。 1 d4 260 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 表 導葉下軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） da 190 h 190 d1 190 h1 8 d2 210 δ 39。 1 d3 2） 導葉軸頸密封 圖 “ L”型密封圈 圖 “O”型密封圈 導葉中軸頸密封多數(shù)裝在導葉套筒的下端，目前不少機組中已改用 “L”型密封， “L”型密封圈與導葉中軸頸之間靠水壓貼緊封水，因此軸套和套筒上開有排水孔，形成壓差。實踐證明，封水性能很好，結構簡單。 “L”型密封圈與導葉中軸頸之間靠水壓貼近封水，因此軸套和套筒上開有排水孔，形成壓差。密封圈與頂蓋配合端面，則靠壓緊封水，所以套筒與頂蓋端面配合尺寸應保證橡膠有一定的壓縮量。密封圈的材料采用中硬耐油橡膠，模壓成型。 “O”型密封圈用于導葉下軸頸，主要是防止泥沙進入，發(fā)生軸頸磨損。 **：劉家峽 2號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 表 中軸頸 “L”型密封 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 R5 5 D 237 h 18 d2 280 δ1 4 R2 2 δ 2 4 圖 導葉中軸頸 “L”型 密封 表 下軸頸 “O”型密封 圖 導葉下軸頸 “ O” 型 密封 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 D 190 d 10 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 環(huán)形部件設計 導水機構的環(huán)形部件有底環(huán)、頂蓋、支持蓋、控制環(huán)、軸承支架、推力軸承支架等。它們的受力比較復雜、制造要求較高。 底環(huán) 底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定于基礎環(huán)之 上，設計時主要考慮剛度，一般不作強度計算。大多數(shù)底環(huán)都采用 ZG30 鑄鋼鑄造，大型機組中因受運輸條件限制，可分為兩半或更多分瓣數(shù)組合。 底環(huán)上部過流表面尺寸應符合各型轉(zhuǎn)輪的流道尺寸，形成光滑的過渡面。對于有泥沙磨損的電站，過流表面應采取一定的抗磨措施。目前設計中與導葉相配端面上裝有抗磨板，用螺釘固定，圓弧部分則鋪焊 3 毫米厚不銹鋼或 Cr5Cu鋼板條?？鼓グ宓暮穸纫话悴捎?16～ 20毫米，多數(shù)采用 Q235鋼，也有采用 Cr5Cu 鋼板的，其工藝較困難，有的機組中試用了尼龍抗磨板，工藝性較好。 在本次設計中，底環(huán)采用分瓣 焊接結構，材料選用 ZG30 鑄鋼，除此之外，底環(huán)上的導葉軸孔應與頂蓋同心，裝配時，先把頂蓋加工好后，按頂蓋同劃孔線，單獨鏜孔，滿足同心的要求。 頂蓋 頂蓋和支持蓋是水輪機的主要部件，要求有足夠的強度和剛度，因此多數(shù)設計成箱形結構。此外，還應考慮有一定的空間位置，便于檢修。頂蓋的材料可以采用鑄鐵 HT210和 HT240 和鑄鋼 ZG30，近來則廣泛用焊接結**：劉家峽 2號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 構。 一般混流式水輪機中僅有頂蓋，對于本設計中的混流式水輪機水輪機來說，采用的是焊接結構頂蓋，材料選用 A3 鋼板。頂蓋的設計基本上是一個帶很多徑向筋板的頂 部開敞的止水面板，它由全鋼板焊接結構，并且分為 4 瓣加工。所用鋼板厚度為 10 到 15 厘米不等。 經(jīng)過加工的頂蓋合縫法蘭由 20 個 8 厘米直徑的螺栓組合在一起，有錐形銷在組裝時定位。在頂蓋頂部有一組裝好的平板用以支持主軸密封箱，頂蓋頂部有加工出的環(huán)形槽用以安放控制環(huán)，頂蓋的外圈部分實際上是箱型截面，其上下兩個板面均有鏜孔，用以安裝導葉套筒與軸套，鏜孔間距要與底環(huán)配合。 頂蓋外圈的底面鋪焊不銹鋼護層，分瓣的固定止漏環(huán)的裝配與轉(zhuǎn)輪上冠相同，其結構與下環(huán)止漏環(huán)相似。 控制環(huán) 控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動 機構轉(zhuǎn)動導葉的環(huán)形部件，可采用 ZG30 鑄鋼鑄造，但近來大量采用的是 A3 鋼板焊接結構。大型機組中因受運輸條件限制，也可設計成分瓣結構，分瓣面應設計在應力最低部位。 本設計中的控制環(huán)采用整鑄結構。其結構如圖 。 圖 控制環(huán)結構圖 相關數(shù)據(jù)如下表所示： 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 表 控制環(huán)尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） Dy 4100 d2 230 Dc 4000 d3 460 Zo 24 h 90 d1 240 s 30 h1 85 h2 270 R 35 座環(huán)、基礎環(huán) 座環(huán)是反擊式水輪機的基礎部件，除了承受水壓力之外，還承受整個機組和機組段混凝土重量，因此要求有足夠的強度和剛度。而基礎環(huán)是混流式水輪機中座環(huán)與尾水管進口錐管段相連接的基礎部件，埋設二期混凝土內(nèi)。轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動。本次設計中座環(huán)和基礎環(huán)焊接在一起，以起到支撐和連接機組的作用。 本次采用的座環(huán)形式為與金屬蝸殼相連的帶蝶形邊形式，考慮到改善焊接性能，鑄焊結構中、上下環(huán)和固定導葉分別鑄造后組焊成一體，考慮到改善焊接性能，鑄件采用 ZG20MnSi 鑄鋼。座環(huán)與蝸殼連接處采用對接焊縫。由于蝸殼鋼板與蝶形邊厚度不一致，會出現(xiàn)接縫處座環(huán)側強度不夠的問題，需要采用加強措施，本設計中，采用在蝶形邊側按強度需要適當增加焊縫。座環(huán)的固定導葉斷面形狀、數(shù)量和分布位置按水力和強度計算確定?？拷膊康募皞€固定導葉設計成空心，作為頂蓋自流排水的通道。 基礎環(huán)用鋼板焊接而成，分成 4 瓣加工。上法蘭與座環(huán)焊接在一起，下法蘭直接與尾水管錐管段的里襯焊接。基礎環(huán)的下法蘭面與轉(zhuǎn)輪下環(huán)留有一定間隙，作為安放轉(zhuǎn)輪，調(diào)整水平用。具體間隙值為徑向間隙 15mm，軸向間隙 45mm。 **：劉家峽 2號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 水輪機軸承 水輪機軸承型式很多，目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承；稀油潤滑帶有轉(zhuǎn)動油盆、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。其他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，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)應用不多。 本設計中采用稀油潤滑浸式分塊瓦軸承。這種軸承運行中采用稀油潤滑，軸瓦下部浸入油內(nèi)。主軸軸領旋轉(zhuǎn)，在油離心力作用下經(jīng)軸領下部徑向孔升入軸瓦，經(jīng)上部油箱返回連續(xù)循環(huán)。這種軸承潤滑方式受力均勻，有自調(diào)能力，軸承的安裝，維護都較筒式軸承方便 ，但剛性略次于筒式軸承，它由 8~12 塊巴氏合金軸瓦組成，用支頂螺絲支撐在軸承體上，平面布置尺寸較大，主軸直徑超過 1 米優(yōu)先采用。 常用的軸領分三種形式：（ 1）軸領與兩端帶法蘭的主軸鍛成一體，這種結構軸領與軸間空腔的機械加工量大；（ 2）主軸一端不帶法蘭，采用熱套方式將軸領緊固于軸身上，這種結構多用于傘式機組上；（ 3）軸領與軸身焊成一段，通常軸領采用與主軸同樣材質(zhì)的鑄件或鍛件，粗加工后焊于軸身，并經(jīng)退火處理，消除焊接應力。退火前主軸內(nèi)孔灌以鑄鐵鐵屑或黃砂，兩端封閉，以減少內(nèi)孔氧化。 本設計采用第三種軸領形式，且在 軸領下部開有成一定角度或徑向的通油孔。當主軸旋轉(zhuǎn)時，此孔起著油泵的作用，將經(jīng)過冷卻器冷卻后的潤滑油輸送到軸瓦面及軸承體空腔內(nèi)，工作后的熱油經(jīng)軸承體上部油孔和頂部流向冷卻器，形成油循環(huán)。 軸領下部通油孔數(shù)目在 24~32 范圍內(nèi)，孔的直徑取 24~30mm。 擋油箱上部的軸領處，開有數(shù)個通氣孔，以平衡軸領內(nèi)外側壓力，防止油和油霧外溢。 分塊瓦軸承的間隙視機組大小而定，單邊間隙通常取 ~。 軸領內(nèi)側裝有擋油箱，保證機組靜止時瓦面約有 1/3~1/2 浸油高度。冷卻器布置在油箱底部，設計中把托盤與軸領相配處 圓筒適當伸長，擋住一部分回油，改善冷卻效果。 稀油潤滑浸式分塊瓦軸承 結構如下圖 所示。 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 圖 稀油潤滑浸式分塊瓦軸承 真空破壞閥 真空破壞閥的作用是：當導水機構緊急事故關閉時，由于水流的慣性和轉(zhuǎn)輪的水泵作用，在導葉后轉(zhuǎn)輪室內(nèi)可能產(chǎn)生較高真空，引起下游尾水反沖，產(chǎn)生很大的沖擊力或出現(xiàn)抬機現(xiàn)象。真空破壞閥就是在緊急關閉導葉時，補入空氣，破壞真空，減少上述有害的沖擊力或抬機現(xiàn)象，起到一定的保護作用。大中型水輪機中，真空破壞閥均安裝在頂蓋或支持蓋上。本設計中機組的真空破壞閥安裝在頂蓋內(nèi)，共 設置 2只，較靠近機組中心，以提高空氣補入速度。 其具體結構如圖 所示。 圖 真空破壞閥**：劉家峽 2號機組水輪機結構設計 及 CFD 分析