【正文】 油壓 λ —— 計算 系數(shù) 從 《水輪機設(shè)計手冊》中的表查得λ =， HP =25 公斤 /厘米 2， maxH =，/0b 1D = )(25 米?????cd 根據(jù)接力器直徑系列取 dc=750(mm),由于其采用單導(dǎo)管型式的直缸接力器，其主要特征尺寸如下 表： 朱國俊：大峽水電站水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其 CAD 10 表 7 接力器尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） dc d d1 Ф 1 Ф 2 Z2 d2 Ф 3 750 190 190 1450 1340 16 ф 52 220 Z3 d3 d4 dd H K S dc 8 M24 M190 3 300 550 420 其符號所代表的意義 見圖 7。 （ 1） 葉形 圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)的導(dǎo)葉葉形 ，通常有對稱形和非對稱形（正曲率）兩種標準葉形。由《水輪機設(shè)計手冊》中查得對稱形導(dǎo)葉葉形的斷面參數(shù)如下表 ： 表 8 導(dǎo)葉葉形的斷面尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） D1 D0 Z0 a b c d e d0 m k 7000 8100 24 r R1 R2 R3 f L1 L2 L q t 271 214 487 112 584 622 1206 25 15 其符號所代表的意義 見圖 8。由于本機組屬于大型低水頭的機組，因此采用 圓橡皮條直接鑲?cè)滕澪膊蹆?nèi)封水，這種結(jié)構(gòu)制造簡單， 但 只適用于 40 米水頭以下的機組， 因為水頭太高會把 圓橡皮條 沖掉。） 表 10 圓橡皮條和鴿尾槽的尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） d a b c 16 12 3 其符號所代表的意義如下圖 10 所示： 圖 10 導(dǎo)葉的密封結(jié)構(gòu) 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其 CAD 14 （ 4） 導(dǎo)葉套筒 導(dǎo)葉套筒是固定導(dǎo)葉上中軸套的部件，一般都采用 HT21— 40 鑄鐵鑄造。目前多數(shù)采用整體圓筒的模式，因為本次設(shè)計的機組的水頭不是很高，所以不考慮在導(dǎo)葉套筒上增設(shè)導(dǎo)葉止推裝置。其尺寸大小如下 表 ： 表 12 “ L” 型密封 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db d d1 d2 230 237 223 280 h δ 1 δ 2 18 4 4 其符號所代表的意義如下圖 12： hR2R5d2Dδ1δ 2 圖 12“ L” 型密封 導(dǎo)葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進入，發(fā)生軸頸磨損。目前已廣泛采用具有自潤滑功能的工 程塑料代替，這樣不僅簡化了結(jié)構(gòu)，而且節(jié)省了大量的有色金屬，降低成本。 a） 上軸套尺寸系列 如表 14所示 ： 表 14 上軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） dc d1 d2 d3 d4 210 210 230 270 h h1 h2 δ′ 105 8 12 1 其符號所代表意義如下圖 14 所示： 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 δˊδˊd3d2d1h2h1d4 圖 14 上軸套 b） 中軸套尺寸系列 如表 15所示 ： 表 15 中軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） db d1 d2 d3 d4 230 230 250 260 h h1 h2 d5 δ′ 230 40 8 8 1 其 符號所代表的意義如下圖 15所示 : 4d5δ ˊh2hh1d4d1d3 圖 15 中軸套 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其 CAD 18 c） 下軸套尺寸系列 如表 16所示 ： 表 16 下軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） da d1 d2 d3 190 190 210 h h1 δ′ 190 8 1 其符號所代表的意義如下圖 16所示 : δ ˊhh1d3d1d2 圖 16 下軸套 座環(huán) （ 1） 與混凝土蝸殼連接的座環(huán)型式很多，本設(shè)計中采用的是整體結(jié)構(gòu)的座環(huán)。 頂蓋與支持蓋 頂蓋與支持蓋是水輪機的主要部件，要求有足夠的強度和剛度，因此再此次 設(shè)計中采用了焊接頂蓋，材料 ZG30。底環(huán)都采用 ZG30 鑄造，而且由于本次設(shè)計對象所處的流域?qū)儆诙嗄嗌澈恿?，故在底環(huán)的過流表面應(yīng)鋪設(shè)抗磨板。由于受運輸條件的限制，本次設(shè)計中的底環(huán)應(yīng)分四瓣鑄造，底環(huán)大 概結(jié)構(gòu)見下圖： 圖 20 底環(huán) 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 主軸 （ 1） 主軸 主軸是水輪機的主要部件，它的毛坯采用 ZG20MnSi 整鍛。主軸與轉(zhuǎn)輪的連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計中采用轉(zhuǎn)輪上蓋與主軸法蘭分開的結(jié)構(gòu)。軸的尺寸如下 表 ： 表 17 主軸尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） D DФ Db Dp D2 D3 d d′ db d1 1200 1830 1575 1220 1815 1300 1100 1100 125 130 d2 h h1 l l1 l2 s s1 a m 188 240 270 60 85 12 300 360 35 2 R R1 R2 R3 f Z c c1 c2 120 30 350 5 2 20 16 20 4 其符號所代表的意義如下圖 21所示： 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其 CAD 22 d39。s1sl1lc1245176。md 1Db Zdbsas1R2f45176。RR160176。 5S Dh l39。 圖 22 聯(lián)軸螺釘 主軸密封 主軸部分的密封裝置分兩種，一種是機組正常運行中，橡膠軸承壓力水箱的密封，稀油軸承下部防止機組漏水的主軸密封。在本次設(shè)計中采用的是水壓式端面密封，其結(jié)構(gòu)見下圖23。這種密封的結(jié)構(gòu)形式有空氣圍帶式、機械操作 式 或抬機密封等多種。稀油潤滑帶有轉(zhuǎn)動油盤、斜油槽自循環(huán)的筒式軸承和稀油潤滑油浸式分塊瓦軸承。干油潤滑軸承國內(nèi)運用不多。 稀油潤滑筒式軸承 圖 25 水導(dǎo)軸承 （ 1）軸瓦高度 L 統(tǒng)計資料表明，軸瓦高度與直徑的比值都在 ～ 1 的范圍內(nèi)，一些試驗資料表明軸承的摩擦系數(shù)在上述范圍內(nèi)數(shù)值最小。 （ 2）油槽升角 β 模型試驗的資料表明，油槽升角 β 對上油量有一定的影響。在體外冷卻的方式中，采用 β ＝ 500，所以本次設(shè)計中取 β ＝ 500。 R2R1R1R1 圖 27 油槽截面 其尺寸如下表 19 所示： 表 19 油槽截面 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） a b c E 7 25 15 2 R1 R2 Z 1 8 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 （ 4）軸承體上合金澆注層槽形 軸承體內(nèi)壁加工有澆注巴式合金的縱向和環(huán)形槽，以保證合金與軸承體嚴密貼合，防止脫殼 。較厚的合金層不僅增加合金材料的消耗，也會導(dǎo)致瓦面受熱后相對變形增大，影響軸承間隙，增加磨損。Z1l1按中心線 Z 等分L1／2he Hl2LL2L1DP 圖 28 合金澆注槽 朱國?。捍髰{水電站水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其 CAD 28 （ 5）軸承間隙 軸承總的平均間隙一般可參照下面的經(jīng)驗公式?jīng)Q定： )(1 0 0 毫米＝ PD?? 式中 DP—— 主軸直徑 （毫米）＝＝ 0 0 01 2 0 ??? （ 6）冷卻方式與冷卻裝置的確定 稀油潤滑筒式軸承一般都裝有冷卻裝置，在本次設(shè)計中選用了體外冷卻的方式。冷卻器多數(shù)采用黃銅管，在布置條件許可下排列成扁方形，可以降低擋油 箱的高度。此外，擋油箱還可以避免上部油箱中的循環(huán)油隨著主軸旋轉(zhuǎn) 而飛濺出來 。 （ 7）確定稀油潤滑筒式軸承的尺寸 查《水輪機設(shè)計手冊》確定稀油潤滑筒式軸承的尺寸如下 表 21 所示 ： 表 21 稀油潤滑筒式軸承 尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） DP L Da Db Dd h H b δ 1220 750 1850 1900 1450 420 950 50 t E F t1 Z0 d0 Z2 d2 5 2 80 12 32 M42 6~8 M42 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 其符號所代表的意義如下圖 29 所示： t 1d0 Z0 d2 Z2e/ 2S1S2DaDPDbDdE 圖 29 稀油潤滑筒式軸承 控制環(huán) 控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉的環(huán)形部件，在本次設(shè)計中采用 ZG30 鑄造，由于該件尺寸太大，可采用分瓣鑄造的結(jié)構(gòu)。一種是帶操作架傳動的直連桿機構(gòu)；一種是不帶操作架的直連桿機構(gòu)；還有一種是帶操作架的斜連桿機構(gòu)。 帶操作架的直連桿機構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)一般用在葉片數(shù)為 4～ 6 的中小型機組中，其結(jié)構(gòu)特點如下： （ 1）葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時，轉(zhuǎn)臂水平，連桿垂直，動作 中操作架圓周分力較小。 （ 3） 連桿采用二塊夾板，連桿銷受力均勻。 （ 5） 操作架多數(shù)采用“工”字形或單層壁加筋結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點如下： （ 1）取消操作架 ，連桿和轉(zhuǎn)臂由接力器活塞直接帶動。 （ 3） 采用耳柄式的整體連桿。本次設(shè)計中采用的槳葉操作系統(tǒng)正是這種結(jié)構(gòu)，因為設(shè)計的對象是有 5個葉片的大型機組，且采用這種結(jié)構(gòu)可以減少維修的工作量和轉(zhuǎn)輪體的重量，符合現(xiàn)代轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪的發(fā)展要求。限制操作架的導(dǎo)向鍵的數(shù)量和接觸面積都比直連桿多。 （ 3）耳柄與操作架在固定螺帽處有卡板限位。本次設(shè)計對葉片操作系統(tǒng)的選擇已力求滿足上述要求。 原始資料： 水輪機型號： ZZ(F23)— LH— 700 轉(zhuǎn)輪直徑： 1D ＝ 7000mm 設(shè)計水頭： rH ＝ 23m 設(shè)計流量： rQ ＝ 額定轉(zhuǎn)速： rn =所以額定工況時的單位轉(zhuǎn)速和單位流量分別為： m in )/( 2823 39。 32211slsmHD rrr ＝???? 根據(jù) rr Qn 11 39。 查 ZZF23— LH— 7000 的模型綜合特性曲線得模型得最大開度： )(31)(m ax0 mma M ? 因為： 240 ?MZ 240 ?Z )(81000 mmD ? )(4070 mmD M ? 所以換算成真機的最大開口值為： )(6174078100310 0)m a x (0m a x0 mmDDaa MM ???? 真機的最大可能開度為： )( m a x0 mmaa ???＝最大可能 熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 取設(shè)計水頭下的單位轉(zhuǎn)速與最優(yōu)效率點對應(yīng)的開口值為最優(yōu)開口 ya0 ，根據(jù)設(shè)計水頭 rH 下的單位轉(zhuǎn)速 min )/(39。 （ 2） 配合間隙： 導(dǎo)葉立面間隙。 導(dǎo)葉與頂蓋及底環(huán)配合面的端面間隙。 局部間隙值。 ． 導(dǎo)水機構(gòu)的傳動部分。 叉頭傳動機構(gòu)主要由導(dǎo)葉 臂、連接板、叉頭、叉頭銷、連接螺桿、螺帽、分半鍵、剪斷銷、軸套、端蓋和補償環(huán)等組成。 先 根據(jù)第二章計算得出的接力器直徑選得的 叉頭傳動機構(gòu)的裝配尺寸如下 表 26 所示 。叉頭傳動機構(gòu) 結(jié)構(gòu) 圖 與尺寸如下： （ 1） 導(dǎo)葉臂結(jié)構(gòu)圖如下圖： HD 1f 1 4 5 176。d 4d 3keh1L1hD 2f1 4 5 176。d2d md R 圖 36 導(dǎo)葉臂 其符號所代表的尺寸大小如下 表