【正文】 筒式軸承所代替。在本次設計中采用的是空氣圍帶式密封，采用的壓縮空氣壓力是 4～ 7 公斤 /厘米 2，其所采用的圍帶的剖面尺寸見下圖 24： 水壓式密封排水壓力水 圖 23 水壓式端面密封 25 圖 24 空氣圍帶式密封 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 25 水導軸承 水輪機導軸承型式很多，目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承 。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(nèi)泄漏的檢修密封。這一種密封的結(jié) 構(gòu)形式很多，朱國俊：大峽水電站水輪機結(jié)構(gòu)設計及其 CAD 24 如盤根、墊料式密封，單層或雙層橡膠密封，徑向式端面碳精塊（尼龍塊）密封，水泵密封等等。RC 145176。d 1hDb Zc2cml2l1db水輪機端 圖 21 主軸 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 23 （ 2） 聯(lián)軸螺釘?shù)某叽纾海ǜ鶕?jù)主軸的外徑選?。? 表 18 聯(lián) 軸螺釘 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 螺釘 l l′ l0 l1 l2 l5 M120 4 600 545 300 120 130 510 l5′ db D h d1 d2 s 455 125 185 85 114 112 160 其符號所代表的意義見下圖 22： d2l 2l 0l 1dbC1d7R1l 3l39。15176。d 260176。D 3D φD 2D PDD φD 3dh1m45176。 主軸一端與發(fā)電機相連，另一端與轉(zhuǎn)輪相連。由于本機組是大型的軸流式水輪機，因此在主軸內(nèi)裝有操作油管，所以主軸必須要有中心孔。本次設計中的抗磨板采用 18毫米厚的 A3 鋼板。支持蓋和頂蓋見下圖： 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設計及其 CAD 20 頂蓋 圖 18 頂蓋 支持蓋 圖 19 支持蓋 底環(huán) 底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定于座環(huán)上，設計時主要考慮剛度，不作強度計算。 （ 2） 座環(huán)的鑄造應符合一般大部件的鑄造技術(shù)條件，其加工面的光潔度和公差要求參見下圖： 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 19 圖 17 座環(huán) 此外，還需對制造質(zhì)量提出如下要求： a)所有過流表面打磨光滑，相當于光潔度▽ 3； b)固定導葉進口端節(jié)距誤差不超過 ； c)頂蓋與底環(huán)把合面平行度誤差不超過 毫米 /米； d)分瓣結(jié)構(gòu)的合縫面光潔度為▽ 5，合縫面間隙一般不超過 毫米，局部允許有 ～ 毫米間隙（深度小于接合縫的 1/3，長度不超過接合縫總長的1/5）。本次設計中采用復合軸套， 即采用 HT18— 38 作套，內(nèi)表面涂復尼龍 1010 制成復合軸套 δ′值指復合軸套尼龍層厚度的參考值。下軸頸密封一般采用“ O”型橡皮圈密封結(jié)構(gòu)，其尺寸大小如下 表 ： 表 13 “ O”型密封圈 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db D d 230 190 10 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設計及其 CAD 16 其符號所代表的意義如下圖 13所示： Dd 圖 13 “ O”型密封圈 （ 6） 導葉軸套 導葉軸套大多數(shù)都采用鑄錫青銅鑄造，加注黃油潤滑。本次設計中采用的套筒的尺寸大小如下 表 ： 表 11 導葉套筒 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 230 560 365 230 250 260 480 40 8 d9 d10 h h1 h2 h3 Z H 參考 385 M24 52 40 230 105 8 840 其符號所代表的意義如 下圖 11所示： Hd5d2 h1d4h3h2d6z d 7d1d3h圖 11 導葉套筒 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 15 （ 5） 導葉軸頸密封及其軸套 導葉軸頸密封多數(shù)裝在導葉套筒的下端，目前不少機組中已改用“ L”型密封，實踐證明，封水性能很好，結(jié)構(gòu)簡單。套筒結(jié)構(gòu)與主軸材質(zhì)、密封結(jié)構(gòu)和頂蓋的高度有關(guān)。 圓橡皮條 和鴿尾槽的尺寸如下 表 ：（由于導葉體較高，可在中間加焊數(shù)段鋼筋，使橡皮條分段固定。 ddLr1r2R3R 1KKL 1L 2m m m m mr teeR2d0aabb cc ddYmax 圖 8 導葉葉形斷面 （ 2） 導葉的結(jié)構(gòu)系列尺寸和軸頸選擇 導葉的軸頸可按機組的轉(zhuǎn)輪直徑 D1，使用水頭 H1（指最高水頭），導葉的相對高度 b0/D1，從手冊中初選軸頸 db，選得 db =230（ mm），再根據(jù) db=230mm朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設計及其 CAD 12 從手冊中查得導葉結(jié)構(gòu)的其它尺寸 如下表 ： 表 9 導葉結(jié)構(gòu)的尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符 號 數(shù)值 （ mm） db da d1 dc d2 dm d3 d4 d5 hA 230 190 240 210 220 60 M48 58 190 hB hc h1 h2 h3 h4 h5 H 參考 R1 R2 260 385 25 225 90 20 8 1172 115 95 其符號所代表的意義見下圖 9： 由計算確定d chch2d 4d 3d5h3Hd 2h1hbh1h1 d1d bh4d 5hAd admR1R1R2R2 圖 9 導葉結(jié)構(gòu)尺寸 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 13 （ 3） 導葉的密封結(jié)構(gòu) 導葉關(guān)閉后，導葉體的立面應該很好的密封。由于對稱形導葉一般使用于具有不完全包角的高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 中，故本設計中采用對 稱形的葉形。 圖 7 單導管型式的直缸接力器 導葉 導葉的材料采用 ZG14Cr5Cu 鑄造 ，該材料適用于制造水輪機 導 葉，其強度極限為 σ≥ 570 兆帕。 接力器 由于本機 組 的轉(zhuǎn)輪直徑已達 7 米，屬于大型 機組，故采用單導管直缸接力器，其將布置在水輪機機墩內(nèi)，操作油壓采用 HP =25 公斤 /厘米 2。 （ 4） 葉片密封 葉片密封采用“λ”型密封，因其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便?；钊麠U的尺寸即要滿足強度的要求，還應滿足操作油管布置的需要。在后面會專門有葉片操作機構(gòu)的設計。在本次畢業(yè)設計中，轉(zhuǎn)輪體與主軸聯(lián)接時，采用的是轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭分開的結(jié)構(gòu)。在本次設計中轉(zhuǎn)輪體采用 ZG20MnSi 整鑄而成。由于本機組屬于大型機組，所以葉片和樞軸采用分別鑄造，然后用螺釘連接。葉片本體與樞軸的連接方式有兩種。 主要部件的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)輪 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、葉片操作機構(gòu)、葉片等組成。 座環(huán)高度 表 3 座環(huán)尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） Db Da k R 9250 10750 100 600 H1=b0+30 δ γ 2830 300 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 5 其符號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)機組的扭力矩初選，扭力矩按以下公式計算： nN9 7 4 0 0M ? （公斤 。 /ｓ） 額定轉(zhuǎn)速： （ rpm） 吸出高度： （ m） 安裝高程： （ m） 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 水輪機總體結(jié)構(gòu)設計 轉(zhuǎn)輪的流道尺寸 表 1 轉(zhuǎn)輪流道尺寸 參數(shù) 符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 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 其符號所代表的意義見下圖 1： 表 2 轉(zhuǎn)輪室的尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 計算參數(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 其符號所代表的意義見下圖 2： 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設計及其 CAD 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 導葉高度及分布圓直徑 由上一節(jié)可知，導葉高度為： b0==2800(mm)，分布圓直徑 D0=，所以 D0==8100（ mm），導葉轉(zhuǎn)角 0176。 （二）導水機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設計 1．根據(jù)機組的型式進行導水機構(gòu)的設計； 2．繪制導水機構(gòu)裝配圖及導葉 布置圖； 3．導葉強度計算。在本次畢業(yè)設計中 ， 由于 所有的圖紙都采用 CAD 軟件進行繪制， 所以不僅 提高了利用 CAD 軟件 繪圖的能力 ，也使得設計的質(zhì)量大為提高。 在這次設計中，除了查閱手冊外，還查閱了一些國內(nèi)、外已建成的水電站的資料以作參考。 電站裝機 4 臺，機組全為軸流轉(zhuǎn)槳式。因此，水輪機結(jié)構(gòu)設計得是否合理就成為 電站 能否有效運行得關(guān)鍵。 而水電站作為水能開發(fā)的主要手段，它 能否 經(jīng)濟 、 高效的運行 對 水能 的利用程度有很大的影響。 ..................................... 36 第 4 章 強度校核 ................................................. 45 主軸的強度校核 ............................................. 45 基本參數(shù)的意義： .......................................... 45 軸身應力計算： ............................................ 45 薄壁軸法蘭與軸身聯(lián)接處應力的計算： ........................ 47 導葉強度的計算 ............................................. 52 致 謝 ......................................................... 56 參考文獻 ........................................................ 57 附 錄 .......................................................... 58 附錄 1：導葉校核程序 ............................................ 58 附錄 2：導葉部分斷面復核程序 .................................... 63 附錄 3：程序中各符號所代表的 意義 ................................ 67 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 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。 由于本次設計采用了計算機繪圖，因此使得設計過程變得簡單快捷。 最后一 部分則是 根據(jù)設計手冊上 推薦的方法 對主要部件進行強度校核。第二部分是對導水機構(gòu)進行設計。 設計的主要內(nèi)容有三部分 ，第一部分是對水輪機進行總體結(jié)構(gòu)的設計 ，其中包括了座環(huán)、主軸、接力器等由水輪機 設計 參數(shù)確定的部件。熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 1 軸流式水輪機設計說明書 摘 要 這次畢業(yè)設