【導讀】本次設計是對富春江水電站的初步設計。初步設計主要是對水力機組的設計，進。行了水輪機、發(fā)電機和調速器的選擇。系統(tǒng)進行了設計。另外，在本次設計中還運用AutoCAD對廠房布置及油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、

　　

【正文】 防止轉輪體內的 壓力油經(jīng)葉片轉輪間的間隙處漏出轉輪體進入流道內，另一方面 防止轉輪流道內的壓力水經(jīng)上述間隙滲入轉輪體內。導葉的密封多采用 ? 密封。 主軸尺寸的計算 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 26 (1) 主軸外徑確定 由于富春江水電站水質良好，所以軸承的潤滑主要用水潤滑。 機組的扭矩： 97400 NM n? （公斤 ? 厘米） （ 1— 13） 式中 N— — 主軸傳遞功率 n — — 主軸轉速 （ r/min） M = 0 0 0 09 7 4 0 0 ??? （公斤 ? 厘米） 由圖 1212(根據(jù) [1]P319)取得： D? =1170mm, D?? =1250mm. 因為當 600D mm? 時選用薄軸，固選用 D =1170mm 。由表 123(根據(jù) [1]P319)的主軸各斷參數(shù)。 (1) 主軸 直徑 確定 1)主軸外徑： D=1170mm； 2)主軸內徑： 44 496102maxNDdD n??? （ 1— 14） 其中 : N— 主軸的傳遞功率 （ kw） D— 主軸外徑（ cm） max? — 最大許用應力取 450kg。 由公式（ 1— 14）代入數(shù)據(jù)得 cmd 11 761 85 649 61 0211 74 4 ?? ???? 由此 cmd ? 取內孔尺寸系列為 mmd 900? 主軸的其他尺寸 根據(jù)主軸外徑 D=11700mm，查得（根據(jù)文獻 [1]P312）得表 1— 22 主 軸的其他尺寸 根據(jù)主軸外徑 D=1000 mm，查 [1]312 頁 . 表 1— 22 水輪機薄壁軸尺寸系列 （單位 mm） D ?D bD pD 2D 3D d d? bd 1d 2d h 1h l 1l 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 27 1200 1830 1575 1220 1815 1300 1100 1100 125 130 188 240 270 60 85 2l s 1s a m R 1R 2R f c z c 1c 2c R3 12 300 360 35 2 120 30 350 2 20 16 20 4 5 導水機構主要參數(shù)的選擇 導葉現(xiàn)狀選擇 圓柱式導水機構的葉型，目前常用的有對稱型和非對稱型（正曲率）兩種標準葉型。對稱型導葉一般用于蝸殼具有不完全包角的高比速軸流式水輪機中，非對稱型（正曲率）導葉一般用于具有完全包角的蝸殼，并工作于較大開度的高中比速 HL 式水輪機和低比速 ZZ 式水輪機中。此次設計的水輪 機蝸殼包角為 180 度，所以需要選取對稱型導葉。 導葉數(shù)目 0Z 和分布圓直徑 0D 導葉數(shù)目 0Z 與轉輪直徑 0D 有關，查表（根據(jù)參考文獻 [1]P137,表 8— 5）得 Z0=32。導葉軸線分度圓直徑 D0=9300mm。 導葉高度 0b 表 1— 23 對稱導葉斷面尺寸 D1 D0 b c D e 0d m k r 8000 9300 32 1R 2R 3R f 1L 2L L a q t 207 184 422 503 536 1039 25 15 導葉開度 (根據(jù)參考文獻 [1]P144) (1) 最優(yōu)開度 優(yōu)0a 對于混流式水輪機或轉槳式水輪機都取設計水頭下的單位轉速與最優(yōu)效率點對應的開度值。 000000 ZD ZDaaMMM?優(yōu) （ 1— 15）則 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 28 mma 3 248260 ?????優(yōu) (2) 最大開度 max0a max0a = max0Ma mmZZDD MM 432 8410011 ????? (1— 16) max0ma 為設計水頭下單位轉速與單位流量限制值的交點所對應的開度， max0ma =41mm (3) 最大可能開度 導葉所能開的最大開度 最大可能0a = max0a =?= 接力器行程的確定 ? ? m a x0m a x ~ aS ? (根據(jù)參考文獻 [2]P223) 由于 1D ﹥ 5m,故取 mmaS m a x0m a x ???? 相對偏心距 根據(jù) 1D =8m，查表（參考 [1]P137,表 8— 5）得 L1=503mm,L2=536mm, 導葉的有效長度mmLLL 103953650321 ????? ， 相 對偏 心距 mmL LLn 0 3 1 0 3 9536503210 ????? (根據(jù)參考文獻 [8]P138)。 絕對偏心距 mmLL 335 3 65 0 321 ?????? 。 接力器直徑的選擇 導葉接力器直徑的選擇 當油壓裝置的額定油壓為 25? 510 Pa 時，采用標準導水機構且用兩個單缸接力器操作時，每個接力器的直徑按 下式計算： 01 m ax1cbd D HD?? (1— 17) 其中 ： ? — 計算系數(shù)，由表 45[3]得查得 ?? ； 0b — 導葉的高度 。代入數(shù)據(jù)得 mdc 62 ????? 根據(jù) ? 系數(shù)表（根據(jù)參考文獻 [2]P223,表 4— 6）得 ? =。于是，可選取相近且計長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 29 算值偏大的接力器系列直徑，取 cd =650mm. 接力器容積的確定 (1) 雙直缸接力器的總容積 max22 SdV cc ?? (根據(jù)參考文獻 [2]P223)(1— 18) 代入數(shù)據(jù)得 : max22 SdV cc ??= 32 m???? (2) 轉輪接力器容積的確定 mPDd z )( 1 ????? 1m a x )( DS z ?? ，由于 1D ﹥ 5m,故取 mDS z 1m a x ?? max24zzz SdV ??= 32 m???? 軸承形式的確定： 由于富春江水電站的平均含沙量少于 克 /升，故水輪機導軸承采用水潤滑橡膠導軸承。 水輪機的結構說明 綜上所述選 擇機組型號 ZZ560800，混凝 土蝸殼，其基本參數(shù) mH ? ，mH ? ， mHr ? ，設計流量 smQr ? ，額定功率 KWN ? ，額定轉速 rn? ，飛逸轉速 m rnR ?，安裝高程 ?? ，吸出高度mHS ?? 。 水輪機的葉片數(shù)為 4 片，活動導葉 Z0=32 片，用 20MnSi 剛鑄造，主軸為空心薄壁軸，內徑為 mmd 1170? ，外徑 mmd ?? ，軸承采用水潤滑橡膠軸承。 導水機構，共有 32 片導葉。導葉的分布圓直徑 mD ? ，導葉的高度 mb ? ，最優(yōu)開度 mma ? ，最大開度 max 53 mm? ，為了抗其氣蝕和磨損在導葉頂部堆焊耐磨焊條，尾部焊不銹鋼，導葉的傳動機構采用叉頭傳動，接力器采用兩個單杠搖擺長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 30 式接力器，蝸殼為混凝土蝸殼，包角 180? ?? ，尾水管為彎肘型，混凝土澆筑而成。 第二章 水輪發(fā)電 機選擇 發(fā)電 機的主要參數(shù) 額定功率 MWNr 60? 。 額定功率因數(shù) 發(fā)電機的額定功率因數(shù)是發(fā)電機的額定有功功率 rN 與額定容量 NS 的比值，cos N? = NNpS ，按常用的功率因數(shù)取為 。在輸出有功功率一定的條件下，提高功率因數(shù)可以提高發(fā)電機有效材料的利用率，減輕發(fā)電機的總重量，并可提高發(fā)電機的效率，單將使發(fā)電機的視在功率和穩(wěn)定性下降。 額定視在功率 KWNSNrN 75 00 00 0c o s ??? ? 額定電壓 U= (根據(jù) [2]P151,表 2— 3) 頻率 f=50HZ 同步轉速 min/ rnN ? 飛逸轉速 min/ rnR ? 主要尺寸的確定 定子鐵芯內徑 iD 和鐵芯長度 tl 是水輪發(fā)電機的主要尺寸。在選擇應考慮下列因素：（ 1）電負荷和磁負荷應在合理的數(shù)值范圍內，參數(shù) dx 等應滿足要求。（ 2）應使轉子磁軛的機械應力與所選用的材料相適應。（ 3）定子轉子等最大部件的尺寸應滿足運輸條件。（ 4）機組總體布置合理。 定子內徑 iD 對多極電機在選擇主要尺寸時一般是先確定極距，再算出定子鐵芯內徑。 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 31 ??pDi 2? （ cm） 式中 ? 為極距（ cm）； p 為極對數(shù)，在這里為 48 對 在初步選擇極距時可以 根據(jù)經(jīng)驗公式41 2pSK N?? （ cm），式子中 1K 為系數(shù)在這里取 10（根據(jù)參考文獻 [9]P30）代入數(shù)據(jù)得 4827 50 0010 4 ?????，由此可得出??pDi 2? = 6 1 ??? 定子鐵芯長度 tl 當極距（或定子鐵芯內徑）確定以后，可以按下式求出 tl ： CnDSl Ni Nt 2?（ cm） 6 2 ????????? pSKC N 其中 6K 為系數(shù)；對于大型水輪發(fā)電機為 ~，在這里取 。代入數(shù)據(jù)得： 6 2 ????????? pSKC N= 4827 5 0 0 ??????? ?? CnDSl Ni Nt 2?= 750002 ???（ cm） (21) 發(fā)電機結構形式的選擇 水輪發(fā)電機主要結構形式有立式和臥式，通常小容量的水輪發(fā)電機對采用臥式結構，中容量水輪發(fā)電機采用立式或臥式結構，而大容量的水輪發(fā)電機則廣泛采用立式結構。發(fā)電機的結構形式對于電站主廠房高度，機組本身的技術經(jīng)濟指標和運行穩(wěn)定性以及維護檢修等都有影響，所以必須立足于全局，對各種因素進行綜合考慮。本設計方案水輪發(fā)電機采用立式布置結構。 立式機組可分為懸式和傘式兩種結構。發(fā)電機推力軸承位于轉子上部的統(tǒng)稱為懸式；位于轉子下方的統(tǒng)稱為傘式。 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 32 立式水輪發(fā)電機的安裝結構形式，可按NtinlD 的值來選擇： 當NtinlD ? 時，多采用懸式； 當NtinlD 時，多采用半傘式； 當NtinlD ? 時，采用全傘式。見（ [9]P28）。 根據(jù)NtinlD = ??? ，所以采用全傘式結構。 其他外形尺寸估算 發(fā)電機的外型尺寸與容量，轉速及安裝結構形式等有關。 徑向尺寸 1） 機座外徑 jD 當 Nn 214 minr ， jD = iD +(500~700) (mm) 當 Nn 214 minr ， jD = iD +(700~1000) (mm) (22) 對于本方案， jD = iD +500 (mm)= m195 0 01 6 1 0 ??? 2）定子鐵芯外徑 aD 當 min/ rn? ， mDD ia 7 3 2 0 ?????? ? 3）風罩內徑 2D ： KVAS N 20200? 時， mDD j ?? KVAS N 20200? 時， mDD j ?? 對于本方案， mDD j ?? =19+= 4）下機架跨距 SD 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 33 當 KVAS N 15000? 時， mmDD tS )500~200(?? 當 KVAS N 20200? 時， mmDD tS )1 2 0 0~5 0 0(?? 大型傘式機組取上限，式中 tD 為水輪機機坑直徑與轉輪直徑有關。 （參考 [3]P125，表 2— 49 查得） 對本方案而言 tD =10800mm， sD = tD +1200=10800+1200=12020 mm 5） 發(fā)電機機坑直徑 jhD ： 當