【導(dǎo)讀】核準(zhǔn)通過，歸檔資料。未經(jīng)允許，請(qǐng)勿外傳！站的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。本次設(shè)計(jì)是在給定水輪機(jī)基本參數(shù)的前提下，通過查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，由于大峽水電站的機(jī)組是轉(zhuǎn)槳式的，所以在這一部分中還包括了葉片。第二部分是對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這部分主要是根據(jù)接力器。直徑設(shè)計(jì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)。最后一部分則是根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)上推薦的方法對(duì)主。要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。其中，導(dǎo)葉的校核采用編程計(jì)算。由于本次設(shè)計(jì)采用了計(jì)算機(jī)繪圖，因此使得設(shè)計(jì)過程變得簡(jiǎn)單快捷。

　　

【正文】 e is programmed to calculate among it . Due to the using of puter in drawing, the process of design bee simple and rapid. KEY WORDS : Kaplan turbine ,structural design , puter produced drawing , strength checking 1 目 錄 第 1 章 前 言 .................................................... 1 概述 ........................................................ 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .................................................... 1 原始資料 .................................................... 2 第 2 章 水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................ 3 轉(zhuǎn)輪的流道尺寸 .............................................. 3 導(dǎo)葉高度及分布圓直徑 ........................................ 4 座環(huán)高度 .................................................... 4 主軸直徑 .................................................... 5 主要部件的結(jié)構(gòu) .............................................. 6 轉(zhuǎn)輪 ....................................................... 6 接力器 ..................................................... 9 導(dǎo)葉 ...................................................... 10 座環(huán) ...................................................... 18 頂蓋與支持蓋 .............................................. 19 底環(huán) ...................................................... 20 主軸 ...................................................... 21 主軸密封 .................................................. 23 水導(dǎo)軸承 .................................................. 25 控制環(huán) ................................................... 29 葉片操作系統(tǒng) ............................................... 31 帶操作架的直連桿機(jī)構(gòu) ...................................... 31 不帶操作架 的直連桿機(jī)構(gòu) .................................... 32 帶操作架的斜連桿機(jī)構(gòu) ...................................... 32 2 第 3 章 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................... 34 導(dǎo)葉開度 ................................................... 34 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..................................... 35 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的裝配尺寸： ...................................... 35 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的配合公差與間隙： ................................ 36 ．導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分。 ..................................... 36 第 4 章 強(qiáng)度校核 ................................................. 45 主軸的強(qiáng)度校核 ............................................. 45 基本參數(shù)的意義： .......................................... 45 軸身應(yīng)力計(jì)算： ............................................ 45 薄壁軸法蘭與軸身聯(lián)接處應(yīng)力的計(jì)算： ........................ 47 導(dǎo)葉強(qiáng)度的計(jì)算 ............................................. 52 致 謝 ......................................................... 56 參考文獻(xiàn) ........................................................ 57 附 錄 .......................................................... 58 附錄 1：導(dǎo)葉校核程序 ............................................ 58 附錄 2：導(dǎo)葉部分?jǐn)嗝鎻?fù)核程序 .................................... 63 附錄 3：程序中各符號(hào)所代表的 意義 ................................ 67 1 第 1 章 前 言 概述 水能不僅是清潔的能源，而且是可再生的資源。目前水力發(fā)電在全世界范圍內(nèi)得到了優(yōu)先開發(fā) ，尤其是挪威、巴西等國，水力資源 的 開發(fā)幾乎達(dá)到了百分百。 而水電站作為水能開發(fā)的主要手段，它 能否 經(jīng)濟(jì) 、 高效的運(yùn)行 對(duì) 水能 的利用程度有很大的影響。 水力機(jī)組是水電站的核心設(shè)備，是整個(gè)水電樞紐工程最終經(jīng)濟(jì)效益的歸宿。因此，水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得是否合理就成為 電站 能否有效運(yùn)行得關(guān)鍵。 大峽水電站 位于甘肅省蘭州市以東中心河道距離 65km處，是一個(gè)以發(fā)電為主，兼有灌溉、航運(yùn)等綜合效益的大型工程 。 電站裝機(jī) 4 臺(tái)，機(jī)組全為軸流轉(zhuǎn)槳式。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 針 對(duì)大峽水電站的 具體情況對(duì)其 水輪機(jī)結(jié)構(gòu) 進(jìn)行 設(shè)計(jì) ，在設(shè)計(jì)中不僅對(duì)其總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，還特別對(duì)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)槳式機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 在這次設(shè)計(jì)中，除了查閱手冊(cè)外，還查閱了一些國內(nèi)、外已建成的水電站的資料以作參考。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用 CAD 軟件進(jìn)行 繪圖已成為設(shè)計(jì)的主要手段之一。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ， 由于 所有的圖紙都采用 CAD 軟件進(jìn)行繪制， 所以不僅 提高了利用 CAD 軟件 繪圖的能力 ，也使得設(shè)計(jì)的質(zhì)量大為提高。 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： （一）根據(jù)給定水輪機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn) 輪 直徑進(jìn)行等參數(shù)進(jìn)行水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．按給定水輪機(jī)型號(hào)和轉(zhuǎn)輪直徑等參數(shù)，確定水輪機(jī)的主要特征尺寸，對(duì)水輪機(jī)埋入部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2 2．確定水輪機(jī)主軸尺寸，并進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算； 3．根據(jù)機(jī)組的型式和電站的自然條件進(jìn)行主軸密封和水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)； 4．繪制水輪機(jī)總裝配圖及主要部件的組裝圖和部件圖。 （二）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1．根據(jù)機(jī)組的型式進(jìn)行導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 2．繪制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配圖及導(dǎo)葉 布置圖； 3．導(dǎo)葉強(qiáng)度計(jì)算。 （三）葉片操作系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．根據(jù)機(jī)組的布置型式進(jìn)行葉片操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 2．繪制葉片操作系統(tǒng)裝配圖及葉片操作系統(tǒng)原理圖； 原始資料 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)如下： 單機(jī)容量： 水輪機(jī)型號(hào)： ZZF23LH700 設(shè)計(jì)水頭： 23(m) 設(shè)計(jì)流量： （ｍ179。 /ｓ） 額定轉(zhuǎn)速： （ rpm） 吸出高度： （ m） 安裝高程： （ m） 3 第 2 章 水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)輪的流道尺寸 表 1 轉(zhuǎn)輪流道尺寸 參數(shù) 符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） D1 Z1 D0 Z0 b0 dB R1 7000 5 8100 24 2800 3150 1652 R2 d2 d3 d4 h1 h2 h3 6636 3269 3045 3045 1715 861 2086 其符號(hào)所代表的意義見下圖 1： 表 2 轉(zhuǎn)輪室的尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 計(jì)算參數(shù) 數(shù)值 （ mm） R1 R2 R3 R4 R（球） h1 525 861 1834 6608 3500 1715 h2 h3 h4 D2 D4 α 1491 6965 728 6608 9100 110 其符號(hào)所代表的意義見下圖 2： 4 D 0 Z 0d 1b0 R1 d 2D 1 Z 1d 3球 dB 球 D 1/2R 2d 5h5h4rh3h1d 4 球 圖 1 轉(zhuǎn)輪流道尺寸 圖 2 轉(zhuǎn)輪室流道尺寸 導(dǎo)葉高度及分布圓直徑 由上一節(jié)可知，導(dǎo)葉高度為： b0==2800(mm)，分布圓直徑 D0=，所以 D0==8100（ mm），導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角 0176。 ～ 50176。 。由于本機(jī)組屬于高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，所以導(dǎo)葉選擇對(duì)稱型翼形，導(dǎo)葉數(shù) 目 Z=24。 座環(huán)高度 表 3 座環(huán)尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） Db Da k R 9250 10750 100 600 H1=b0+30 δ γ 2830 300 5 其符號(hào)所代表的意義見下圖 3： δγ 圖 3 座環(huán) 主軸直徑 主軸的外尺寸可以根據(jù)機(jī)組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計(jì)算： nN97 40 0M ? （公斤厘米） 式中 ： N—— 代表主軸傳遞的功率（千瓦） n— — 代表主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） 由原始資料得： N== 103KW n=所以， )( 73 厘米公斤 ?????? nNM 根據(jù)扭力矩與主軸外徑的關(guān)系曲線查得 D=1155（ mm），根據(jù)薄壁軸的標(biāo)準(zhǔn)外徑系列，取標(biāo)準(zhǔn)植 D=1200（ mm） 主軸內(nèi)孔直徑按《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》上的公式計(jì)算： 4m a x4 496 102?n NDDd ?? 式中 ： D—— 主 軸外徑（厘米） 6 N—— 主軸傳遞的功率（千瓦） n—— 主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） τ max—— 最大許用應(yīng)力（公斤 /厘米 2） 初選主軸的材料為 ZG20MnSi,其τ max=550 公斤 /厘米 2 所以根據(jù)主軸內(nèi)孔直徑公式計(jì)算得： )( 34 厘米?? ?????d 但為了保證主軸有足夠的剛強(qiáng)度，可將主軸內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列取為800mm 。 主要部件的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)輪 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、葉片操作機(jī)構(gòu)、葉片等組成。 （ 1） 葉片 葉片由 本體和樞軸構(gòu)成。葉片本體與樞軸的連接方式有兩種。一種是用分別整體鑄造；一種是采用分開鑄造，加工后用螺釘或銷釘?shù)葯C(jī)械零件組合。由于本機(jī)組屬于大型機(jī)組，所以葉片和樞軸采用分別鑄造，然后用螺釘連接。 （ 2） 轉(zhuǎn)輪體 轉(zhuǎn)輪體上裝有全部葉片和操作機(jī)構(gòu)，上部與主軸聯(lián)接，下部接泄水錐，形狀較為復(fù)雜。在本次設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)輪體采用 ZG20MnSi 整鑄而成。轉(zhuǎn)輪體外圓采用球形結(jié)構(gòu)，以減少容積損失。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)輪體與主軸聯(lián)接時(shí)，采用的是轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭分開的結(jié)構(gòu)。 （ 3） 葉片操作機(jī)構(gòu)與接力器 葉片操作機(jī)構(gòu)的型式很多，本次畢業(yè)設(shè) 計(jì)采用的是不帶操作架的結(jié)構(gòu)。在后面會(huì)專門有葉片操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 葉片操作機(jī)構(gòu)接力器的活塞直徑根據(jù)操作油壓確定?；钊麠U的尺寸即要滿足強(qiáng)度的要求，還應(yīng)滿足操作油管布置的需要。 7 表 4 活塞桿的尺寸 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號(hào) 數(shù)值 （ mm） d1 D d2 t2 d3 t3 d4 Z d5 d6 d7 d8 d9 d10 d11 d12 d13 245 250 60 6 159 6 75 3 180 210 58 2” 62 135 M12 140 34 d14 h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 b R k k