【文章內容簡介】 特殊結構提供的。 另外，由于水泵水輪機雙向運行，故其水導軸承油冷卻循環(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)至冷卻器進行冷卻，再回到油箱的。結構如下圖 313： 其中相對應的尺寸如下表 : 圖 313 水導軸承結構 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 表 313 水導軸承尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） DP 1120 L 700 Da 1750 H 900 Db 1800 h 400 Dd 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，一些試驗資料表明軸承的摩擦系數(shù)在上述范圍內數(shù)值最小。所以軸瓦高度 L=（ 500～ 1000）毫米，參照《水輪機設計手冊》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驗公式決定： )(1 0 0 毫米＝ PD?? 式中 DP——主軸直徑 （毫米）＝＝ 0 0 01 1 2 ??? 實踐表明，水輪機軸承間隙適當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，這種結構中通常由冷卻器、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過冷卻器后再經回油管返回轉動油盆，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)油隨著主軸旋轉而飛濺出來。在本機組上，擋油箱采用鋼板焊接，把合在軸承體上。 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結構設計 12 主軸密封 主軸密封緊靠水輪機主軸 下法蘭端面，在水導軸承下方由內頂蓋支撐，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、非平衡水壓自調整軸向式分瓣機械型平面密封和彈簧復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、轉速高、容量大、運行工況復雜、起停頻繁等特點，因而決定了封堵其水泵水輪機轉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整軸向式分瓣機械型平面密封。密封結構如圖 314： 彈簧復位式浮動型雙端面機械密封工作原理： 密封供水經減壓并過濾處理后進入操作腔 。在正常運行時 ,將不銹鋼移動環(huán)壓貼在旋轉抗磨環(huán)上 。 密封腔潤滑水來自尾水。當操作腔和密封腔的壓力達到平衡時 ,在不銹鋼移動環(huán)和旋轉抗磨環(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 ,并帶走摩擦產生的熱量。 檢修密封 圖 314 非平衡水壓自調整軸向式分瓣機械型平面密封 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 13 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泄漏的檢修密封。這種密封的結構形式有空氣圍帶式、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構，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)結構 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水機構。機組安裝時以它圖 315 檢修密封尺寸 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結構設計 14 為基準，所以，座環(huán)既是承重件，又是過流件，又是基準件。因此，在設計和制造時，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)轉輪直徑（ 1000mm）從《水輪機設計手冊》 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 410 Da 6572 H 1375 k 85 ?1 105 R 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)，除了符合相應的焊接規(guī)程保證其焊接質量外，主要加工面的光潔度和公差也要達到精度要求，此外，對制造質量還提出如下要求： 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） 固定導葉進口端 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， 分瓣結構的合縫面光潔度為 ，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 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)設計成箱型結構，并考慮檢修而留有一定的空間位置。 其主要作用有： 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 15 1）形成流道并承受相應的流體壓力； 2)固定和支撐活動導葉及其連桿機構； 3)支撐水導軸承； 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 此次結構設計中，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葉軸較長，導致頂蓋高度也增高，因此頂蓋外緣法蘭設計為雙層形式。頂蓋最大直徑處已達 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 。 頂蓋結構如圖 33： 圖 33 頂蓋結構 底環(huán) 底環(huán)是 水輪機主要環(huán) 形部件之一，位于導葉下方，安裝在座環(huán)的下環(huán)上，它用來安裝導葉下軸承及支持導葉的下軸頸。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，導葉的下軸承孔與頂蓋導葉套筒同心，剛度應力達到要求。 結構見圖 34 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結構設計 16 圖 34 底環(huán)結構 底環(huán)主要尺寸如下： 外徑 4958mm 內徑 3896mm 高度 1498mm 材料 E284 基礎環(huán) 基礎環(huán)是混流式水輪機座環(huán)與尾水管進口椎管短段相連接的基礎部件 ，埋設于混泥土內，轉輪的下環(huán)在其內轉動。 本設計中，基礎環(huán)采用鋼板焊接形式，與尾水管進口錐管段螺栓把合連接。基礎環(huán)與轉輪下環(huán)間有一定間隙作為安裝中放置斜楔、調整轉輪水平用。結構如圖 35. 圖 35 基礎環(huán) 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 17 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入轉輪。在機組作為水泵抽水時，蝸殼收集轉輪所泵出的水流并將水流的動能轉換成壓能輸入引水鋼管。做為常規(guī)水輪機來說，只要結構條件和經濟條件允許，希望截面越大越好。而常規(guī)泵則希望蝸殼斷面擴散程度必須適當。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，設計時必須兼顧兩方面的技術要求。從結構尺寸看，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葉可以調節(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)、導葉和轉輪的檢查，還設有相應的管道和測孔。 接力器 本次畢業(yè)設計所選轉輪直徑為 米，屬 于大型機組，故本次畢業(yè)設計采用單導管直缸接力器，其將布置在水輪機機墩內，操作油壓采用 pH=25公斤 /厘米 178。 接力器直徑Hc PDbHDd 10m a x1 /?? 式中： 1D ——轉輪直徑 maxH ——最高水頭 10/Db ——導葉相對高度 HP ——調速系統(tǒng)的額定油壓 λ——計算系數(shù) 從《水輪機設計手冊》 中的表查得 λ=， HP =40 公斤 /厘米 178。， maxH取 535m， b0/D1 = ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結構設計 18 ?????cdm 根據(jù)接力器直徑系列取 dc=700(mm) 真空破壞閥 導葉突然關閉時，尾水管內的水流由于慣性將繼續(xù)流動，此時轉輪室 內會產生真空，由于壓強差，尾水管內的水流會回流到轉輪室，由于水流慣性很大，通常會產生抬機現(xiàn)象，影響機組穩(wěn)定運行，嚴重時會將機組整個抬起，水流灌入廠房造成嚴 重事故。所以需要在這種情況下進行補氣，消除轉輪室內真空。針對這種情況采用頂蓋加真空破壞閥的方法。 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文）