【正文】 ，取 ，不滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 確定轉(zhuǎn)輪直徑 轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算公式為： D1=32 rrPQH? 式中： P —水輪機(jī)的額定出力， 225000kW； **：劉家峽 2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 CFD 分析 11rQ —模型最優(yōu)工況點(diǎn)單位流量， 。20xx 屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 水輪機(jī)基本參數(shù) 單機(jī)容量： 225MW 擬用 水輪機(jī)型號(hào)： HL001(200)－ LJ－ 550 額定轉(zhuǎn)速： 125r/min 水輪機(jī) 設(shè)計(jì)流量： 259 m3/s 設(shè)計(jì)水頭： 110（ m） 吸出高度： （ m） 安裝高程： （ m） 參數(shù)計(jì)算 初選額定工況點(diǎn) 對(duì)已選定的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)，查出其模型綜合特性曲線。 該 水電站以 發(fā)電 為主，兼有 防洪 、 灌溉 、 防凌 、 供**：劉家峽 2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 CFD 分析 水 、 航運(yùn) 、 養(yǎng)殖 等效益。 3. 單周期活動(dòng)導(dǎo)葉內(nèi)部流動(dòng) CFD 分析。通過設(shè)計(jì)對(duì)專業(yè)知識(shí)有更深一步的理解，同時(shí)可以將大學(xué)幾年所學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通，理論與實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)能力，為將來 的 工作打下良好的基礎(chǔ)。水輪機(jī)是一個(gè)典型的機(jī)械系統(tǒng)，具有軸類零件、盤套類零件、箱體類零件、齒輪類零件等，具有較強(qiáng)的綜合性。 關(guān)鍵詞： 劉家峽水電站， 2號(hào)機(jī)組，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， Autocad， CFD分析20xx 屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） The Structural turbine Design of 2 in Liujiaxia Hydropower Station and the analysis of CFD ABSTRACT The content of this graduation design is mainly divided into two parts: the structure of water turbine guide vane design and single cycle CFD analysis of internal flow. Structure design of unit 2 in liujiaxia hydropower station as the design process of design is to design parts of the turbine through fully consulting the turbine design manuals and related information, including embedded turbine ponents, guide apparatus, rotating parts vacuum devices, shaft seal, guide bearing and other parts of the turbine. these tasks such as the spiral case and the draft tube of hydraulic design, the guide water body assembly drawing, the general assembly drawing of the turbine, turbine guide vane arrangement drawing and the parts of main axis design should be pleted. The main content of the design includes three parts. The first part is the basic data based on the given basic parameter of the turbine of hydroelectric station. The intention of the second part is to design the overall structure of the turbine. The third part is to design water distributor. CFD analysis is mainly based on the single cycle vanes internal flow CFD analysis to study the basin as a point of velocity, pressure and flow distribution. The AutoCAD and CFD is adopted to draw for the design. KEY WORDS: Francis turbine,Liujiaxia hydropower station, 2,structural design， AutoCAD ， the analysis of CFD **：劉家峽 2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 CFD 分析 目 錄 20xx 屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 言 選題的目的和意義 如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力行業(yè)作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)力和基礎(chǔ)行業(yè)得到蓬勃的發(fā)展。 CFD分析方面主要是通過對(duì)單周期導(dǎo)葉內(nèi)部流動(dòng)的 CFD分析來研究流域內(nèi)任一點(diǎn)的速度，壓力和流線分布。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括兩個(gè)部分。設(shè)計(jì)過程通過充分查閱水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料，對(duì)水輪機(jī)各個(gè)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括水輪機(jī)埋入部件 、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)部件、減壓裝置、主軸密封、水導(dǎo)軸承等部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。20xx 屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（ 論 文） 題 目 劉家峽 2 號(hào)機(jī)組水輪機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與 CFD分析 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 **：劉家峽 2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 CFD 分析 劉家峽 2 號(hào)機(jī)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與 CFD 分析 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩部分：水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和單周期導(dǎo)葉內(nèi)部流動(dòng)的 CFD 分析。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面是以劉家峽水電站的 2號(hào)機(jī)組為設(shè)計(jì)對(duì)象。 然后完成 總裝配結(jié)構(gòu)圖、導(dǎo)葉布置圖、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配圖和控制環(huán)零件圖等設(shè)計(jì)任務(wù)。第一部分是根據(jù)給定的電站基本資料進(jìn)行水輪機(jī)的基本參數(shù)計(jì)算，第二部分是進(jìn)行水輪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第三部分是對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)主要采用 AutoCAD 和 CFD 軟件繪圖。而水能資源是高效、清潔、可再生、廉價(jià)的能源，優(yōu)先開發(fā)水電，加快水電建設(shè)，是客觀所需的，也是世界各國(guó)開發(fā)利用能源的重要經(jīng)驗(yàn)。作為 水電機(jī)組實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的核心部件，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪性能的優(yōu)劣對(duì)水電機(jī)組的運(yùn)行乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和安全具有非常重要的意義 .因此設(shè)計(jì)高效率、高空蝕性能、高穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)研究和設(shè)計(jì)者的追求目標(biāo)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)給定的劉家峽 2 號(hào)機(jī)基本資料進(jìn)行水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，確定水輪機(jī)的主要特征尺寸，對(duì)水輪機(jī)主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)； 、導(dǎo)葉布置圖、導(dǎo)葉布置圖及主要部件零件圖。 劉家峽水電站的基本情況 劉家峽水電站 位于甘肅省永靖縣境內(nèi)的黃河干流上 ， 上距黃河源頭2019km， 下距省會(huì)蘭州市約 100 km， 是我國(guó)自己調(diào)試管理的 第一座百萬千瓦級(jí)大型水力發(fā)電站 。 劉家峽水電站共有五臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)量為 1160MW， 其中 1~4 號(hào)機(jī)組為 225 MW， 5 號(hào)機(jī)組為 260MW。由于所選機(jī)組為 001HL ，查出其額定工況點(diǎn)單位流量 Q11r= m3/s，模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n11o=68r/min, 對(duì)應(yīng)的模型效率 M? =，暫取效率修正值 3%??? ，則額定工況的原型水輪機(jī)的效率 ?????? ??? M 。 代入數(shù)據(jù)，得 1D =。本次設(shè)計(jì)機(jī)組為大型機(jī)組， 所以最終取非標(biāo)準(zhǔn)值 1D =。 對(duì)混流式水輪機(jī)，按 Moody 公式換算。其應(yīng)用水頭范圍很廣：大中型的水頭從 30~700m ；小型的也有 5~200m 。 低水頭大容量 混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速低，尺寸大，要重視大型零部件的加工、運(yùn)輸以及結(jié)構(gòu)剛度問題。 混流式水輪機(jī)本體主要由埋入部分、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。 為了減輕空蝕和泥沙磨損對(duì)水輪機(jī)部件的破壞，需對(duì)過流部件采取一定的措施，如在頂蓋和底環(huán)過流面上鋪焊不銹鋼抗磨層，導(dǎo)葉立面合縫處堆焊不銹鋼或其它耐磨材料。 劉家峽水電站水輪發(fā)電機(jī)組采用立軸混流式結(jié)構(gòu)，水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針，機(jī)組主軸設(shè)計(jì)上應(yīng)采用允許最小直徑，使水導(dǎo)軸承與主軸密封盡量與實(shí)用的一樣小，以 節(jié)約花費(fèi)，主軸兩端帶有整體法蘭。根據(jù)圖 模型流道尺寸，參考圖中尺寸比例，使用 CAD 作圖即畫出如圖 所示真機(jī)轉(zhuǎn)輪流道尺寸圖。 由相對(duì)高度 b0/D1=，求得：導(dǎo) 葉高度 H=1040mm（不包括上下軸頸）。通過它，將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)。軸身采用鋼板卷焊的大型薄壁軸目前也有采用。 主軸上部與發(fā)電機(jī)連接，下部與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪連接，一般都采用法蘭盤連接。 主軸直徑 D 按其傳遞的扭矩大小選定： 9 7 4 0 0 ( )rK rNM kgf cmn?? 式中： rN — 主軸傳遞功率， 225000kW； rn — 額定轉(zhuǎn)速， 125 /minr 。 主軸內(nèi)徑按下式計(jì)算： ? ?44 496102 ()r NDd D cmn ??? 對(duì)于大中型機(jī)組，主軸材料為 20MnSi鋼時(shí)，厚壁軸取 2[ ] 370 /kgf cm? ? ，薄壁軸取 2[ ] 450 /kgf cm? ? 。 與主軸成一體的上下法蘭尺寸選取見下表： 表 主軸法蘭尺寸系列表 序號(hào) D h Db db d0 尺寸 (mm) 3650 400 3000 240 420 主軸承受扭矩和軸向拉力（包括軸向水推力及計(jì)算斷面以下的轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量引起的拉力），還應(yīng)校核拉、扭應(yīng)力。 20xx 屆熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 主軸密封 （ 1） 端面密封 油軸承的主軸密封裝置在軸承下面，地位狹窄，造成檢修工作不便，因此工作條件很差，所以要求密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修量小，而端面密封就具有以上優(yōu)點(diǎn)。這種密封基本代替了機(jī)械式端面密封，同時(shí)也改變了彈簧力不均的缺陷，利用水壓力替代彈簧力，就現(xiàn)有運(yùn)行機(jī)組反應(yīng)效果較好。 圖 水壓式主軸密封 這種密封形式為壓力水自 外部引