【正文】 耐磨起見，軸頸可鍍鉻。本次設(shè)計(jì)中，固定導(dǎo)葉采用的是材料是Q235，活動導(dǎo)葉采用ZG20MnSi。 水輪機(jī)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概述水輪機(jī)導(dǎo)軸承的作用，一是承受機(jī)組在各種工況下運(yùn)行時由主軸傳來的徑向力。二是維持已調(diào)好的機(jī)組軸線位置，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。導(dǎo)軸承所受的徑向力，主要由轉(zhuǎn)動部分的重量不平衡、水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時水力不平衡以及由尾水管的振動引起。導(dǎo)軸承是水輪機(jī)的重要組成部分，它的工作質(zhì)量直接影響水輪機(jī)的運(yùn)行。導(dǎo)軸承的維護(hù)、檢修是水輪機(jī)的主要維護(hù)、檢修項(xiàng)目，常見的問題是軸承過熱，嚴(yán)重時會燒壞軸瓦；其次是軸承磨損，使間隙過大，影響運(yùn)行質(zhì)量，縮短軸承壽命。導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下問題：(1)應(yīng)盡量使軸承布置位置靠近轉(zhuǎn)輪，這樣轉(zhuǎn)輪懸臂值小，主軸臨界轉(zhuǎn)速高，工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定；(2)合理的供油系統(tǒng)和帶油結(jié)構(gòu)； (3)合理的循環(huán)油路，潤滑油在起潤滑作用的同時，應(yīng)不斷地帶走熱量，熱油經(jīng)冷卻后再回到軸瓦部分工作，所以潤滑油應(yīng)順一定的油路循環(huán)，并將熱、冷油分開；(4)潤滑油應(yīng)得到充分的冷卻，冷卻器可布置在油箱內(nèi)，也可單獨(dú)布置在軸承結(jié)構(gòu)外，如環(huán)境溫度不高，潤滑油亦可采用自然冷卻；(5)結(jié)構(gòu)要便于安裝、檢測和維修，一般都應(yīng)設(shè)在油面、油溫監(jiān)視及冷卻水示流裝置。 導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)型式水輪機(jī)導(dǎo)軸承隨機(jī)組布置形式分橫軸和立軸兩大類。橫軸機(jī)組的導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)基本上是通用的徑向稀油潤滑滑動軸承；而立軸機(jī)組導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)型式有水潤滑橡膠軸承、稀油潤滑筒式軸承及稀油潤滑油浸式軸承等。 (1) 水潤滑橡膠軸承水潤滑橡膠軸承利用清潔水潤滑，軸承體上鑲有6~12塊橡膠軸瓦，用螺釘把合，磨損后允許背面加墊調(diào)整，也可以單獨(dú)更換，潤滑水箱上部采用橡膠平板密封，便于檢修與維護(hù)。橡膠軸瓦離轉(zhuǎn)輪位置較一般稀油軸承近，并有一定吸振作用，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；但軸瓦間隙易隨溫度變化，剛性不如油軸承，振擺變化較大。這種軸承使用在電站水質(zhì)干凈，有清潔水源。(2) 稀油潤滑筒式軸承筒式軸承采用稀油潤滑，利用油盆旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生油壓，經(jīng)軸承體下部侵油盆的徑向孔和軸瓦面上的斜油槽自循環(huán)潤滑。它具有結(jié)構(gòu)簡單，平面布置緊湊，運(yùn)行可靠，剛性好，避免了水潤滑橡膠軸承的缺點(diǎn)，軸瓦采用巴氏合金直接澆注在軸承體上，軸承體由2~4瓣組成筒式。隨著機(jī)組增大，軸承體的安裝、調(diào)整和刮研都不如分塊瓦軸承方便。旋轉(zhuǎn)油盆固定在主軸上，油盆下部裝主軸密封。因此，密封檢修維護(hù)不如水潤滑橡膠軸承方便，軸承離轉(zhuǎn)輪的位置也相應(yīng)提高。一般使用在電站水質(zhì)不干凈、含沙量大，又無清潔水源的電站采用。這種軸承用于1100mm 較為合適。本設(shè)計(jì)中采用稀油潤滑筒式軸承。1—油箱蓋 2—油箱 3—冷卻器 4—軸承體 5—回油管 6—轉(zhuǎn)動油盆7—浮子信號器 8—溫度信號器 9—油盆蓋 稀油潤滑筒式軸承 密封裝置水輪機(jī)密封有兩種：工作密封和檢修密封。(1)工作密封 橡膠平板密封是利用橡膠平板與固定在主軸上的動環(huán)形成端面接觸，靠水壓壓緊接觸面進(jìn)行密封。這種密封性能較好，檢修方便，有單層和雙層平板密封兩種。前者，一般用作水潤滑軸承的上部密封，后者用作稀油潤滑軸承的下部密封或用于正常下游水位比軸承密封位置高的水潤滑軸承上部密封。密封面的一側(cè)是鋪焊有不銹鋼的鋼板，密封部位的加工光潔度不應(yīng)低于7。另一側(cè)是厚810mm的中硬耐油耐磨橡膠板。接觸寬度B一般取2530mm。用于水軸承上部密封的單層平板密封， kgf/。這是本次設(shè)計(jì)采用的工作密封方式。，靜環(huán)為一呈“凹”字形斷面的橡膠環(huán)（或尼龍環(huán)），在環(huán)的底部開有潤滑水孔。這種密封的接觸壓力、補(bǔ)償壓力和潤滑潤滑液膜都靠外引的清潔壓力水來形成。橡膠環(huán)和缸壁的配合要適當(dāng)，既能形成水壓又能使橡膠環(huán)移動，起到補(bǔ)償作用。 1—水壓式端面密封 水壓式端面密封 (2)檢修密封當(dāng)下游水位高于軸承密封（即水輪機(jī)允許吸出高度為負(fù)值）時，設(shè)有檢修密封，供停機(jī)或檢修軸承及其密封時使用，：=,所以本次設(shè)計(jì)就沒必要采用檢修密封。 水輪機(jī)的輔助裝置 尾水管補(bǔ)氣裝置尾水管補(bǔ)氣裝置有十字架補(bǔ)氣裝置及短管補(bǔ)氣裝置兩種結(jié)構(gòu)型式。本次設(shè)計(jì)采用的是十字架補(bǔ)氣裝置。 尾水管補(bǔ)氣裝置1—尾水管 2—補(bǔ)氣管 3—補(bǔ)氣筒這種裝置主要由橫管、中心管、環(huán)管和取氣口的補(bǔ)氣閥等部件組成。十字補(bǔ)氣裝置最好應(yīng)用在D14m的水輪機(jī)上。補(bǔ)氣的位置應(yīng)使所補(bǔ)入的空氣能順利的進(jìn)入主要的脈動區(qū)，這樣效果較好。經(jīng)分析表明，尾水管內(nèi)最大壓力脈動區(qū)一般離轉(zhuǎn)輪出口，且是偏心的。所以通常尾水管的補(bǔ)氣十字架離轉(zhuǎn)輪下環(huán)的距離；橫管與水平面夾角α=8176?！?1176。；橫管直徑為：當(dāng)D13m時，取d1=100150mm。橫管上的小補(bǔ)氣孔應(yīng)開在背水側(cè)，以免水流進(jìn)入管中造成堵塞?？卓陂_口的總面積不應(yīng)小于通氣管斷面面積，以保證進(jìn)氣暢通，開孔區(qū)，距機(jī)組中心。橫管一般采用34根。 真空破壞閥當(dāng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪區(qū)出現(xiàn)() kgf/低壓，當(dāng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)因事故而快速關(guān)閉時，由于水流的慣性和轉(zhuǎn)輪的水泵作用，在導(dǎo)葉后面的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，可能產(chǎn)生較高真空，引起下游尾水反沖而產(chǎn)生很大的沖擊力或出現(xiàn)抬機(jī)現(xiàn)象，嚴(yán)重時可將機(jī)組的主要部件損壞。真空破壞閥就是緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時向頂蓋下部補(bǔ)充空氣，破壞真空以減少上述有害的沖擊力或抬機(jī)現(xiàn)象，而起到一定的保護(hù)作用。大中型水輪機(jī)中真空破壞閥均裝在頂蓋或支持蓋上。為使補(bǔ)氣均勻，常沿圓周均布24只閥。裝置位置盡可能靠近機(jī)組中心提高空氣補(bǔ)進(jìn)速度。對于中、小型機(jī)組，有時因頂蓋內(nèi)位置狹窄布置不便，也可以將閥用管路引出布置在機(jī)坑內(nèi)。型號為HL260/D74LJ200的水輪機(jī)總裝圖見圖：SLH05。另外，在繪制了水輪機(jī)總裝圖之后，本次設(shè)計(jì)還繪制了導(dǎo)葉加工圖，見圖：SLH06。7 金屬蝸殼強(qiáng)度計(jì)算由于金屬蝸殼形狀及所受載荷均較復(fù)雜，為了使蝸殼的強(qiáng)度計(jì)算更能符合實(shí)際情況，就需要對其所受載荷進(jìn)行分析，并根據(jù)其幾何形狀確定計(jì)算時所需要的簡化受力圖形。金屬蝸殼在工作時主要產(chǎn)生以下幾種應(yīng)力：①蝸殼在承受內(nèi)水壓力時產(chǎn)生的薄壁應(yīng)力與水輪機(jī)本身的曲率半徑相比，水輪機(jī)蝸殼壁厚要小得多，因此可以把金屬蝸殼看成是一個薄壁容器。由于金屬蝸殼不承受壓在其上的任何外部載荷，可認(rèn)為蝸殼在工作中主要承受作用于其內(nèi)表面的水壓力，于是作用于其內(nèi)表面的水壓力是金屬蝸殼的主要載荷之一。蝸殼內(nèi)水壓力與水輪機(jī)工況有關(guān)。工況變化時，作用于蝸殼的水壓力也會隨之變化，當(dāng)機(jī)組緊急停機(jī)而使導(dǎo)葉突然關(guān)閉時會產(chǎn)生最大水壓力，將此時工況作為蝸殼強(qiáng)度計(jì)算時的計(jì)算工況。即在計(jì)算蝸殼強(qiáng)度時應(yīng)把水錘升壓產(chǎn)生的最大水壓力包括在內(nèi)。將它與內(nèi)水壓力一起作為計(jì)算載荷。②與座環(huán)連接處由于座環(huán)限制蝸殼變形而產(chǎn)生附加應(yīng)力從結(jié)構(gòu)相互關(guān)系來看，蝸殼和座環(huán)蝶形邊相連接。對于經(jīng)常采用的鋼板焊接蝸殼，蝸殼則焊接于座環(huán)蝶形邊上。把蝸殼看作一個薄壁容器進(jìn)行計(jì)算，在和座環(huán)連接處，蝸殼斷面是不連續(xù)的。則在上面所說的內(nèi)水壓力作用下，和座環(huán)連接的蝸殼邊緣就要產(chǎn)生變形，但是座環(huán)的剛度比蝸殼大，起著限制蝸殼變形的作用。因而和座環(huán)連接處的蝸殼邊緣，將產(chǎn)生附加應(yīng)力。 蝸殼強(qiáng)度計(jì)算蝸殼強(qiáng)度計(jì)算所用的水壓力為：P=（1+ξ）Hmaxρg式中：P—蝸殼內(nèi)水壓力，Pa； ξ—甩負(fù)荷時導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉瞬間，蝸殼中最大的壓力上升系數(shù)，通常取 ξ=~，本次設(shè)計(jì)取ξ=； ρ—水的密度，ρ=1000 kg/m3； Hmax—水輪機(jī)最大工作水頭，Hmax =；從蝸殼的水力計(jì)算知道，沿著圓周方向從進(jìn)口開始流量逐漸減少，因此蝸殼圓斷面面積也隨之變小，當(dāng)斷面小到一定程度時就不能和座環(huán)相聯(lián)接，于是將圓斷面改為橢圓形斷面，因此，蝸殼的薄壁應(yīng)力計(jì)算時，就分為圓形斷面和橢圓斷面兩種情況分別進(jìn)行。（一）蝸殼圓斷面部分：1. 厚度計(jì)算：式中：—環(huán)殼子午斷面中心點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—蝸殼各環(huán)節(jié)與座環(huán)連接處的C點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—圓形斷面環(huán)殼的子午斷面半徑，cm；—所選用材料的許用應(yīng)力Pa?？紤]到鋼板的磨損和銹蝕，蝸殼的實(shí)際厚度為：2. 校核：將所得的實(shí)際厚度代入下式： （I）式中：—蝸殼最大總應(yīng)力。，就為校核后厚度；,，將此時所得代入（I）式，如此循環(huán)計(jì)算直到，此時的就為校核后厚度。（二）蝸殼橢圓斷面部分：1．厚度計(jì)算： （I）式中：—橢圓環(huán)殼端面短半軸；—橢圓環(huán)殼斷面長半軸；—蝸殼各環(huán)節(jié)與座環(huán)連接處的C點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—環(huán)殼子午斷面中心點(diǎn)至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；2．校核： （Ⅱ） 式中：—蝸殼最大總應(yīng)力； a. ，將此時的代入式（Ⅱ）中，如此循環(huán)計(jì)算直到，此時的就為校核后的厚度。 （Ⅲ） 式中：a.，將此時的代入式（Ⅲ）中，如此循環(huán)計(jì)算直到，此時的就為校核后的厚度。取兩次校核值中的最大者作為最終的輸出值。 另外，本次設(shè)計(jì)采用的蝸殼材料為16Mn,該材料的許用應(yīng)力為。根據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行蝸殼強(qiáng)度的計(jì)算，厚度的校核及設(shè)計(jì)。 計(jì)算程序及結(jié)果 計(jì)算程序本次設(shè)計(jì)采用的是VB編程，程序如下：Option ExplicitPrivate Sub Form_click()Dim v!, Ra1!, C!, h!, rB!, Ra2!, L!, k!, T, xi, pi!, ai!, Ri!, o, μ!Dim P, w, X!, Y!, Z!, R2i!, R1i!, i%, δ圓計(jì)!, δ圓實(shí)!, δ橢計(jì)!, δ橢實(shí)!, A!, B!, D!Dim σ1圓!, σ2圓!, σb圓!, σ總圓!, σ1橢!, σ2橢max!, σb橢!, σ總橢!, σ總橢1!, σ總橢2!Dim ξmax!, P1!, Hmax!, g!, ρ!, σ許!v = 39。進(jìn)口流速Ra1 = 39。座環(huán)螺旋邊半徑C = 39。金屬蝸殼系數(shù)h = 39。蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線高度rB = 39。計(jì)算得Ra2 = 39。查表得L = 39。蝶形邊長度Hmax = 39。水輪機(jī)最大工作水頭ξmax = 39。蝸殼中最大的壓力上升系數(shù)ρ = 1000 39。水的密度g = 39。重力加速度常數(shù)σ許 = 160 39。16Mn的許用應(yīng)力μ = 39。鋼板的泊松比P1 = ((1 + ξmax) * Hmax * ρ * g) / 1000000Print 蝸殼內(nèi)水壓力P1=。 P1。 (Mpa)Print 以下長度單位均為:m,應(yīng)力單位均為:MpaPrintPrint δ圓計(jì)。 Tab(11)。 δ圓實(shí)。Print Tab(21)。 σ1圓。Print Tab(31)。 σb圓。Print Tab(41)。 σ總圓。Print Tab(50)。 δ橢計(jì)。Print Tab(60)。 δ橢實(shí)。Print Tab(70)。 σ總橢1。 Tab(79)。 σ總橢2。Print Tab(90)。 σ總橢For i = 345 To 15 Step 15k = i / C If i = Then T = Sqr(2 * Ra1 * k h ^ 2) xi = k + T pi = Sqr(xi ^ 2 + h ^ 2) 39。圓形斷面環(huán)殼的子午斷面半徑 pi = CInt(pi * 1000) / 1000 ai = Ra1 + xi 39。圓心距（即環(huán)殼子午面斷面中心至水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的距離） ai = CInt(ai * 1000) / 1000 Ri = ai + pi 39。外圓半徑 Ri = CInt(Ri * 1000) / 1000 δ圓計(jì) = ( + * ai / Ra1) * P1 * pi / σ許 δ圓計(jì) = CInt(δ圓計(jì) * 10000) / 10000 δ圓實(shí) = δ圓計(jì) + δ圓實(shí) = CInt(δ圓實(shí) * 10000) / 10000 σ1圓 = ((P1 * pi) / (2 * δ圓實(shí))) * (1 + ai / Ra1) σ1圓 = CInt(σ1圓 * 100) / 100 σ2圓 = (P1 * pi) / (2 * δ圓實(shí)) σb圓 = Sqr(3 / (1 μ ^ 2)) * (1 μ * (1 + ai / Ra1)) * σ2圓 σb圓 = CInt(σb圓 * 100) / 100 σ總圓 = σ1圓 + σb圓 Print δ圓計(jì)。 Tab(10)。 δ圓實(shí)。 Tab(20)。 σ1圓。 Tab(30)。 σb圓。 Tab(40)。 σ總圓 Print Else o = 2 * rB / k P = Sqr( + o) +