【正文】 上止漏環(huán)的固定部分裝在頂蓋上，轉(zhuǎn)動部分裝在上冠上；下止漏環(huán)的固定部分裝在座環(huán)或底環(huán)上。 (4)止漏環(huán) 止漏環(huán)由兩部分組成，一部分 為固定部分，另一部分為轉(zhuǎn)動部分。下環(huán)的材料多為一般低合金鑄鋼。 本次葉片材料采用 的是 ZG20MnSi。 36 畢業(yè)設(shè)計說明書 葉片數(shù)一般為 10~ 24 片，通常采用 14~ 18 片（本次 設(shè)計選用 16 片），葉片的形狀、光潔度和厚度，以及葉片數(shù)目，對轉(zhuǎn)輪的性能影響很大，尤其對效率和氣蝕的影響更大。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一整體。上冠的下部裝有空心的泄水錐，上冠的外側(cè)錐面均布著轉(zhuǎn)輪葉片，葉片的下部與下環(huán)相連。在上冠的外緣上部裝有上部轉(zhuǎn)動止漏環(huán)。 (1)轉(zhuǎn)輪上冠 上冠位于轉(zhuǎn)輪的上部，外形近似一個倒錐形，其邊線叫上冠的型線。 水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)輪是水輪機的心臟，它的設(shè)計、制造的優(yōu)劣直接影響水輪機的出力、效率和運行穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。在廠房的基 礎(chǔ)上設(shè)有若干個均布的支墩用以安放蝸殼，并用千斤頂支撐和拉桿拉緊，把蝸殼牢固地固定在基礎(chǔ)上，以免澆注混凝土?xí)r蝸殼位置變動。其形式主要是根據(jù)水電站的水頭進行的，對于水頭大于 40m的水輪機，由于強度需要，一般采用金屬蝸殼。 此次 水輪機 設(shè)計 ，主軸與轉(zhuǎn)輪采用 了 螺栓加鍵 的連接方式 。 水輪機主軸 選取 ZG45，主軸直徑為 415mm的厚壁軸。主軸扭矩按下式計算 : ??9550 ( )rPM N mn 35 畢業(yè)設(shè)計說明書 式中： rP —主軸傳遞最大功率， rP =21270kW； n—主軸轉(zhuǎn)速， n =。主軸軸頸的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軸承型式有關(guān)，對于本次設(shè)計采用稀油潤滑的筒式導(dǎo)軸承，與主軸接觸部分的軸頸處直接精加工便可。但由于在法蘭上布置有聯(lián)軸螺栓孔，法蘭尺寸必須滿足其布置要求。 大型水輪機主軸都采用空心軸，這不僅可以消除軸心部分材料組織疏松等材質(zhì)缺陷，便于進行軸身質(zhì)量檢查，同時在結(jié)構(gòu)上也有這個需要。主軸的毛坯通常采用 ZG45 整鍛。 水輪機主軸的設(shè)計 水輪機主軸是水輪機轉(zhuǎn)動部分的一個重要部件，通過它，將水輪機轉(zhuǎn)輪的機械能傳遞給發(fā)電機，它把水輪機產(chǎn)生的扭矩傳給發(fā)電機軸，同時承受轉(zhuǎn) 輪的軸向水壓力及轉(zhuǎn)動部件的重力。導(dǎo)葉的下軸頸裝在其下面的底環(huán)內(nèi)，而底環(huán)安裝在座環(huán)的下環(huán)上。 混流式水輪機的主 要部件有主軸、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)軸承、導(dǎo)水機構(gòu)、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、蝸殼、尾水管、止漏裝置、減壓裝置、密封裝置等。 5 混流式水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 概述 混流式水輪機結(jié)構(gòu)簡單，高效率區(qū)寬，可以在很大的水頭和流量范圍內(nèi)有效而可靠地工作。 彎肘形尾水管中的水流運動 水流由轉(zhuǎn)輪流出后首先進入直錐管，然后進入肘管，并在肘管中改變流向，經(jīng)擴散管流向下游。 (3)彎形尾水管 這種尾水管一般適用于臥式水輪機。幾乎所有大、中型立式水輪機都使用這種尾水管，因為對于大型水輪機組，如采用直錐形尾水管，將會帶來巨大的挖深，因而是不經(jīng)濟的。的彎管，它的進口斷面為圓形，出口斷面為矩形。進口錐管是一豎直的圓錐擴散管。的轉(zhuǎn)彎時，則稱為彎肘形尾水管。當(dāng) 尾水管的中心線具有 90176。這種尾水管廣泛地使用在中小型水電站中（轉(zhuǎn)輪直徑在 D1＜ ~ ）。當(dāng)尾水管的軸線為直線時，稱為直錐形尾水管。 尾水管的基本類型 尾水管主要分為 3種：直錐形、彎肘形和彎形尾水管。裝置了尾水管，能夠使水輪機轉(zhuǎn)輪出口水流能量有所降低，增加了轉(zhuǎn)輪前后的能量差。水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口邊流出轉(zhuǎn)輪，水流被引入尾水管再流向下游。 ) 17 105 18 90 19 75 20 60 21 45 22 30 23 15 33 畢業(yè)設(shè)計說明書 繪蝸殼單線圖 根據(jù)表 ，見圖 SLP03。 iiii aa ??? 當(dāng) Si ??? 時按圓斷面公式計算 ρρ 圖 進口斷面及圓形斷面的計算 22 hCRCX iAii ????? 22 hXii ??? iAi XRa ?? ， iii aR ??? 32 畢業(yè)設(shè)計說明書 編寫 Excel 表格計算蝸殼斷面尺寸 表 蝸殼斷面尺寸計算表 （單位： m) 斷面號 (176。 根據(jù)座環(huán)結(jié)構(gòu)確定連接尺寸 ρ 圖 蝸殼與座環(huán)的連接結(jié)構(gòu)尺寸圖 由 1D 、 rH 查金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表得： aD = 、 bD = m、 K = 、 R = m 30 畢業(yè)設(shè)計說明書 ar = aD / 2 = m br = bD / 2= m AR = ar + K = m 0b = ?0b 1D = m 0B = 0b + = m 1h = R (1cos? ) = m 01 21Bhh ??= m 蝸殼進口斷面參數(shù)計算 000 360 CQtr????? ?? ? = m 2200 hRa A ??? ? = m 000 ???aR = m 求蝸殼常數(shù) C 202000 ??? ?? aaC = 求臨界包角 S? = )( 22 AAA RhhRhRC ???????? = 176。 確定蝸殼包 角及進口斷面平均流速 0C 取 0? =345176。 設(shè)計參數(shù) HL240/D41LJ200， 1D =2m， rH =， trQ =179。 因為本次設(shè)計的最大水頭為： maxH =， D1 2m所以采用金屬蝸殼包角為345176。設(shè)計中在臨界包角時，由于圓面積小到不能和座環(huán)蝶形邊連接，因此這部分?jǐn)嗝嫘螤钣蓤A過渡到橢圓。~ 360176。蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。 HL240/D41LJ200 導(dǎo)水機構(gòu)運動圖見圖 SLP02。對于大中型水輪機： △ =20~30mm。AB 即是接力器行程 S。AB 的一半即是大耳孔的中間位置，大耳孔移動的弦長 39。,AB，則 39。) 90 85 84 87 92 93 S/mm 0 28 畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 0 0 0( ) , ( ) , ( )f a f a s f a??? ? ? 曲 線及其光滑性檢查 確定大、小耳孔的相對位置及接力器行程 S 首先使導(dǎo)葉處于全關(guān)狀態(tài)，得到小耳孔中心全關(guān)位置點 A，使導(dǎo)葉處于 0maxa 時，得到小耳孔中心最大可能開度的位置點 B， AB 的一半即是小耳孔的中間位置，將 A，B 兩點作射線與大耳孔圓 yD 的交點為 39。 表 導(dǎo)葉運動關(guān)系值 導(dǎo)葉位置 ia 全關(guān) 25% max0a 50% max0a 75% max0a y0a max0a ia /mm 0 55 110 165 220 231 β/(176。55%250 0m a x00 m a x0m a x00 ??? ??? ky aaa aaa ； 轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉， 使 相鄰導(dǎo)葉間的開度 0a 等于上述計算出的開度值，量取角度 β， λ值 ，并填入表 中。220215 。從而可確定出初始位置。~100176。~ 80176。 確定 β， λ 值 β為連桿與控制環(huán)小耳孔所在圓周切線方向的夾角， λ為連桿與導(dǎo)葉轉(zhuǎn)臂夾角 。%25。分別做出ky aaaa 00m a x0m a x0 。 27 畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 導(dǎo)葉斷面型 線示意圖 (2)對于中小型機組，需簡化結(jié)構(gòu)，模型與真機之間的幾何相似。 23500 ?D mm 1700?yD mm 1600?cD mm 0 16Z? 315?cl mm 240?Hl mm φ=22176。 表 導(dǎo)葉葉形斷面尺寸表 (單位： mm) ?a ?a ?b ?b ?c ?c ?d ?d ?e ?e ?d ?m ?m 5?k 26?f ?r 1261?R 822?R 2053?R 2611?L 2352?L 496?L 由非對稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知： 23500 ?D mm， 0 16Z? 及如圖 中所示的導(dǎo)葉 葉形斷面尺寸見表 ：（單位： mm） 真機導(dǎo)水機構(gòu)的裝配尺寸， 根據(jù) 導(dǎo)水機構(gòu)裝配尺寸系列表得到以下參數(shù)，見表。 導(dǎo)水機構(gòu)運動圖的繪制步驟 確定真機基本結(jié)構(gòu)及布置導(dǎo)葉圖 (1)確定真機導(dǎo)水機構(gòu)尺寸參數(shù)： 00,DZ及真機導(dǎo)葉形狀尺寸。 26 畢業(yè)設(shè)計說明書 ⑥ 導(dǎo)葉關(guān)閉時，相鄰導(dǎo)葉間的密封位置及導(dǎo)葉端面密封條的分布圓直徑，或端面密封所需的最小平面尺寸。 ⑤ 確定導(dǎo)葉限位塊的位置，檢查傳動件在不同位置下是否相撞，尤其是在剪斷銷斷裂時是否會造成連桿與導(dǎo)葉臂相撞。 繪制導(dǎo)水機構(gòu)運動圖有以下目的： ① 確定最大可能開度下所需的接力器行程，從而最終確定各傳動機構(gòu)的尺寸參數(shù)； ② 確定最大可能開度 0ka 下的接力器行程 Smax，繪制接力器行程 S 與導(dǎo)葉任意開度 0a 的關(guān)系曲線 0()s f a? ，并檢查導(dǎo)水機構(gòu)運行時的均衡性（即各曲線是否連續(xù)光滑） ③ 確定不同導(dǎo)葉開度 0a 下的 β， λ值，并繪制 β=f(0a ), λ=f(0a )曲線。 ⑦ 對多泥沙河流中的水輪機導(dǎo)水機構(gòu)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇上采取措施，以 減小泥沙 磨損。 ⑤ 導(dǎo)水機構(gòu)應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，各部件之間的摩擦面應(yīng)有良好的潤滑。 ③ 在 導(dǎo)葉全關(guān) 狀態(tài)下，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間的 間隙（立面間隙），導(dǎo)葉上端面與頂蓋的間隙以及導(dǎo)葉下端面與底環(huán)的間隙（端面間隙）要合理， 要求 既能保證機組可靠地停機和水輪機的調(diào)相運行，又能便于導(dǎo)葉的安裝及調(diào)整。 在結(jié)構(gòu)上導(dǎo)水機構(gòu)應(yīng)滿足以下要求： ① 導(dǎo)水機構(gòu)過流部件應(yīng)與模型水輪機 過流 部件保持幾何相似。 25 畢業(yè)設(shè)計說明書 導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 在導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，許多結(jié)構(gòu)尺寸和傳動關(guān)系 決定了 導(dǎo)水機構(gòu)的傳動運動關(guān)系，以達(dá)到設(shè)計要求。 ③ 按電力系統(tǒng)所需要的功率調(diào)節(jié)通過水 輪機的過流量。 導(dǎo)水機構(gòu)的作用 導(dǎo)水機構(gòu)的作用是： ① 形成或改變進入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量。這種導(dǎo)水機構(gòu)主要用于全貫流式水輪機，其功用和缺點與斜向式導(dǎo)水機構(gòu)較相似，且因?qū)~的排擠使流速大為增加，造成較大的水力損失，性能不如斜向式導(dǎo)水機構(gòu)優(yōu)越。 (3)軸向式導(dǎo)水機構(gòu)：水流沿著與水輪機同心的各個圓柱面軸向地流過導(dǎo)葉。這種導(dǎo)水機構(gòu)主要用于斜流式水輪機和燈泡式水 輪機。 (2)斜向式導(dǎo)水機構(gòu)：水流沿著以水輪機軸為中心線的圓錐面斜向地流過導(dǎo)葉。此時由于導(dǎo)葉軸線均布在水輪機同心的圓柱面上，故又稱圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)。 此次設(shè)計 水輪機機型為 HL240/D41LJ200， 運轉(zhuǎn)綜合特性曲線見圖 SLP01。連接 AB 即為設(shè)計水頭 min~rHH的功率限制線。在 minH 下，根據(jù)公式Pmin 32 2min 11 1 Q D H ?? ，式中： 11Q 為最小水頭對應(yīng)的 11mn =型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上的 5%功率限制線的交點所對應(yīng)的流量 Q =179。在設(shè)計水頭 rH 到最大水頭 maxH 范圍內(nèi)，水輪機功率受發(fā)電機額定容量 fP 的限制，所以這一段功率限制線為一條垂直線；在設(shè)計水頭 rH 到最小水頭 minH 范圍內(nèi)，水輪機功率受水輪機的最大過流能力限制。 (2)繪制等吸出高度線 在圖 中，分別令 iH const? ，作 siH =1m， ， H 下，等吸出高度線 ()sH f N? 的交點，分別記下各個交點對應(yīng)的 H 和 N，在水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線上描出對應(yīng)的點，然后把點用光滑曲線連接起來，從而得到真機的等吸出高度線。1 P/kW σ+σ Hs /m 15400 18600 19200 23 畢業(yè)設(shè)計說明書 根據(jù)表 中的數(shù)據(jù)，繪制所選水頭下的等吸出高度線 ()sH f N? ，見圖 。1 P/kW σ+σ Hs /m σ Q39。1 P/kW σ+σ Hs /m σ Q39。數(shù)據(jù)記入表 。Q ， ? 值，然后根據(jù)公式：1 0 ( )900s i i i iHH???? ? ? ，式中 ?? 查得空化系數(shù)修正值與水頭的關(guān)系圖。 圖