【正文】 。這兩種密封的形式如上圖 所示。 轉輪結構形式及材質(zhì) 混流式轉輪由上冠、葉片和下環(huán)組成。下環(huán)上也裝有止漏裝置。大型轉輪因受制造和運輸條件的限制，采用分瓣的組合結構 。也有采用不銹鋼葉片和碳素鋼上冠和下環(huán)焊接的結構。 這次設計采用的轉輪是由各單個葉片，均帶有葉片根部的兩瓣上冠及兩瓣下環(huán)組成。上冠及下環(huán)在制造廠鑄造成兩瓣并加工好，僅在關鍵部位留下少量金屬在現(xiàn)場組裝完成2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 后削除。其尺寸根據(jù)已選定的轉輪型譜確定。 （ 1） 上冠 轉輪上冠形狀對效率和最大流量的影響較大，其形狀有直線型和上抬曲線型兩種。而上抬曲線型上冠，雖然制造加工稍麻煩些，但它使得轉輪流道在出口附近的過流面積大大增加，從而有利于提高水輪機的單位流量及水力效率，向上抬的曲線也不能太接近于水平位置，因有可能在小流量范圍內(nèi)上冠區(qū)域出現(xiàn)二次回流，所以上冠形狀在向上抬處的切線與水輪機中心線的夾角應控制在 85 左右，本次 設計中的夾角在 47 左右，增大了過流量，并無破壞上冠的光滑度。 （ 2） 下環(huán) 下環(huán)形狀及下錐角與水輪機的比轉速有關。對于中高比轉速的水輪機，下環(huán)形狀為圓錐或圓柱形，這有助于增加轉輪出口的過流斷 面面積，對提高過流量，降低轉輪出口水流速度，改善空化空蝕性能是有利的，但過大的下環(huán)錐角，將使下環(huán)曲線的曲率增大，脫流損失加大，而導致水力效率下降。轉輪是水輪機的關鍵部件，對水輪機的性能影響大，葉片表面光潔度不應低于 4，葉片型線要正確，相鄰葉片間的開口誤差相對于設計值不應大于 ? ，周圍平均開口誤差不大于 ? 。目前常 用的形式有間隙式、迷宮式、梳齒式和階梯式四種。 當水頭 200Hm? 時，采用梳齒式或階梯式止漏環(huán)。分瓣的大型轉輪可以在工地組裝焊接。對水質(zhì)干凈，轉 輪尺寸較小的轉輪，也可以直接在上冠下環(huán)上車制迷宮槽。固定止漏環(huán)有緊密配裝的抗磨板，設計允許在萬一需要拆卸時無需拆卸水輪機，轉輪下環(huán)部位的固定止漏環(huán)嵌在一個支持環(huán)上，支持環(huán)也是分成多瓣，固定在底環(huán)底部。固定與轉動部分的設計間隙略大于 。 泄水錐結構 泄水錐采用 A3 鋼板制造。本次使用 M48 螺釘與上冠把合，螺釘數(shù) 32，并焊接加強，避免運行中脫落。 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 導葉 及附屬部件 導葉 導葉的結構與導葉套筒、軸套、密封等形式有關。導葉的材料一般采用 ZG30 或 ZG20MnSi 整鑄，大型機組中也有采用鑄焊結構的。導葉相對高度比 b0/D1 為 。導葉過流表面型線要正確，制造中應用樣板檢查。使用于水流含泥沙較多的電站，還在導葉頭部堆焊抗磨材料。套筒結構與軸套材質(zhì)，密封結構和頂蓋的高度等有關。 本設計中的導葉套筒結構如下圖 所示： 圖 導葉套筒結構圖 表 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 230 d4 250 d1 560 h 52 d2 365 h2 230 d3 230 H 840 h3 105 **：劉家峽 2 號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 導葉軸套及軸頸密封 1） 導葉軸套 導葉軸套過去大多數(shù)采用鑄錫青銅，加注黃干油潤滑。現(xiàn)階段的實驗研究表明，聚甲醛或尼龍 1010 的吸水性小，尺寸較穩(wěn)定，比較適合在水輪機導葉、連桿等部位做自潤滑軸套的材料。本設計中的導葉軸套結構如下圖所示 圖 導葉中軸套結構圖 圖 導葉下軸套結構圖 表 導葉中軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 h 230 d1 230 h1 40 d2 250 h2 8 d3 δ 39。 1 d3 2） 導葉軸頸密封 圖 “ L”型密封圈 圖 “O”型密封圈 導葉中軸頸密封多數(shù)裝在導葉套筒的下端，目前不少機組中已改用 “L”型密封， “L”型密封圈與導葉中軸頸之間靠水壓貼緊封水，因此軸套和套筒上開有排水孔，形成壓差。 “L”型密封圈與導葉中軸頸之間靠水壓貼近封水，因此軸套和套筒上開有排水孔，形成壓差。密封圈的材料采用中硬耐油橡膠，模壓成型。 **：劉家峽 2 號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 表 中軸頸 “L”型密封 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 R5 5 D 237 h 18 d2 280 δ1 4 R2 2 δ 2 4 圖 導葉中軸頸 “L”型 密封 表 下軸頸 “O”型密封 圖 導葉下軸頸 “ O” 型 密封 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 D 190 d 10 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 環(huán)形部件設計 導水機構的環(huán)形部件有底環(huán)、頂蓋、支持蓋、控制環(huán)、軸承支架、推力軸承支架等。 底環(huán) 底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定于基礎環(huán)之 上，設計時主要考慮剛度，一般不作強度計算。 底環(huán)上部過流表面尺寸應符合各型轉輪的流道尺寸，形成光滑的過渡面。目前設計中與導葉相配端面上裝有抗磨板，用螺釘固定，圓弧部分則鋪焊 3 毫米厚不銹鋼或 Cr5Cu鋼板條。 在本次設計中，底環(huán)采用分瓣 焊接結構，材料選用 ZG30 鑄鋼，除此之外，底環(huán)上的導葉軸孔應與頂蓋同心，裝配時，先把頂蓋加工好后，按頂蓋同劃孔線，單獨鏜孔，滿足同心的要求。此外，還應考慮有一定的空間位置，便于檢修。 一般混流式水輪機中僅有頂蓋，對于本設計中的混流式水輪機水輪機來說，采用的是焊接結構頂蓋，材料選用 A3鋼板。所用鋼板厚度為 10 到 15 厘米不等。在頂蓋頂部有一組裝好的平板用以支持主軸密封箱，頂蓋頂部有加工出的環(huán)形槽用以安放控制環(huán)，頂蓋的外圈部分實際上是箱型截面，其上下兩個板面均有鏜孔，用以安裝導葉套筒與軸套，鏜孔間距要與底環(huán)配合。 控制環(huán) 控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動 機構轉動導葉的環(huán)形部件，可采用 ZG30 鑄鋼鑄造，但近來大量采用的是 A3 鋼板焊接結構。 本設計中的控制環(huán)采用整鑄結構。 圖 相關數(shù)據(jù)如下表所示： 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 表 控制環(huán)尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） Dy 4100 d2 230 Dc 4000 d3 460 Zo 24 h 90 d1 240 s 30 h1 85 h2 270 R 35 座環(huán)、基礎環(huán) 座環(huán)是反擊式水輪機的基礎部件，除了承受水壓力之外，還承受整個機組和機組段混凝土重量，因此要求有足夠的強度和剛度。轉輪的下環(huán)在其內(nèi)轉動。 本次采用的座環(huán)形式為與金屬蝸殼相連的帶蝶形邊形式，考慮到改善焊接性能，鑄焊結構中、上下環(huán)和固定導葉分別鑄造后組焊成一體，考慮到改善焊接性能，鑄件采用 ZG20MnSi 鑄鋼。由于蝸殼鋼板與蝶形邊厚度不一致，會出現(xiàn)接縫處座環(huán)側強度不夠的問題，需要采用加強措施，本設計中，采用在蝶形邊側按強度需要適當增加焊縫?？拷膊康募皞€固定導葉設計成空心，作為頂蓋自流排水的通道。上法蘭與座環(huán)焊接在一起，下法蘭直接與尾水管錐管段的里襯焊接。具體間隙值為徑向間隙 15mm，軸向間隙 45mm。其他型式軸承如稀油潤滑畢托管上油方式軸承，在中小型機組中雖有采用，近期已被斜油槽自循環(huán)的筒式軸承所代替。 本設計中采用稀油潤滑浸式分塊瓦軸承。主軸軸領旋轉，在油離心力作用下經(jīng)軸領下部徑向孔升入軸瓦，經(jīng)上部油箱返回連續(xù)循環(huán)。 常用的軸領分三種形式：（ 1）軸領與兩端帶法蘭的主軸鍛成一體，這種結構軸領與軸間空腔的機械加工量大；（ 2）主軸一端不帶法蘭，采用熱套方式將軸領緊固于軸身上，這種結構多用于傘式機組上；（ 3）軸領與軸身焊成一段，通常軸領采用與主軸同樣材質(zhì)的鑄件或鍛件，粗加工后焊于軸身，并經(jīng)退火處理，消除焊接應力。 本設計采用第三種軸領形式，且在軸領 下部開有成一定角度或徑向的通油孔。 軸領下部通油孔數(shù)目在 24~32 范圍內(nèi)，孔的直徑取 24~30mm。 分塊瓦軸承的間隙視機組大小而定，單邊間隙通常取 ~。冷卻器布置在油箱底部，設計中把托盤與軸領相配處圓筒 適當伸長，擋住一部分回油，改善冷卻效果。 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 圖 稀油潤滑浸式分塊瓦軸承 真空破壞閥 真空破壞閥的作用是：當導水機構緊急事故關閉時，由于水流的慣性和轉輪的水泵作用，在導葉后轉輪室內(nèi)可能產(chǎn)生較高真空，引起下游尾水反沖，產(chǎn)生很大的沖擊力或出現(xiàn)抬機現(xiàn)象。大中型水輪機中，真空破壞閥均安裝在頂蓋或支持蓋上。 其具體結構如圖 所示。 大中型導水機構，按其導葉軸線布置位置可以分為圓柱式、圓錐式、徑向式三種形式。 導葉傳動機構的型式較多，其中常用的兩種為叉頭傳動機構和耳柄傳動機構。本設計采用叉頭式傳動機構。導葉臂與導葉用分半鍵連接，直接傳遞操作力矩。由于采用了分半鍵，因此在調(diào)整導葉體上下端面間隙時，導葉上下移動，而其他傳動件位置不受影響。此外，連接板或控制環(huán)與叉頭連接處，為了使連接螺桿保持水平，可以裝補償環(huán)進行調(diào)整。以下為叉頭傳動機構零件的結構和尺寸。C 1 45176。d1（左）d3lLS 圖 連接螺桿 表 連接螺桿尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） d1 M90X4 b 32 d2 100 b1 8 d3 84 r 2 S 85 c 3 l 215 分半鍵 根據(jù)上軸直徑 dc =210mm，查《水輪機設計手冊》上 169 頁的表 834，選用 b型分半鍵，得分半鍵尺寸如下表 ： 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 圖 分半鍵 表 分半鍵尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） dc 210 b dm 60 K 5 L 225 c B 58 b1 l1 285 h2 25 l2 230 h3 40 h 10 h4 10 剪斷銷 叉頭傳動機構中，導葉臂和連接板上裝有剪斷銷，如果導葉間因異物卡住，有關傳動件的操作力將急劇增大，應力增高的 ，剪斷銷首先剪斷，保護其他傳動件不受損壞。R 1 圖 剪斷銷 表 剪斷銷尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） D 70 r d 30 h1 d2 69 h2 13 d3 75 h 70 d4 70 l 66 b 5 L 153 b1 4 叉頭銷 根據(jù)叉頭傳動機構尺寸中 dn=90，從《水輪機設計手冊》上 170頁的表836查出剪斷銷機構及尺寸如下圖 、表 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 圖 叉頭銷 表 叉頭銷尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值 （ mm） dn 90 H 183 d 90 h2 10 d1 85 b d2 89 R 2 d3 81 c 3 h 108 r 2 h1 40 叉頭銷軸套 根據(jù)連接板 d2=100mm，從《水輪機設計手冊》上 168 頁的表 833查出叉頭銷軸套尺寸如下表 ： **：劉家峽 2 號機組水輪機結構設計及 CFD 分析 圖 軸套 表 軸套尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） dn 90 h 98 d2 100 h1 8 d1 105 c 端蓋 根據(jù)軸頸 db=250mm，從《水輪機設計手冊》上 171 頁的表 837 查出端蓋尺寸如下表 ： 其中參數(shù)符號意義對應圖 圖 端蓋 2021 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 表 端蓋尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） db 230 h1 38 d1 370 R 105 d2 212 Φ1 M36 d3 90 Φ2 26 d4 52 Φ3 64 d5 260 d6 130 h 48 本設計的叉頭式傳動機構結構示意圖如圖 所示 。上下止漏環(huán)控制環(huán)內(nèi)徑等環(huán)件的同軸度等。 2）確定最大可能開度 0ka 下的接力器行程 maxS ，繪制接力器行程 S 與導葉任意開度 0a 的關系曲線 0()S f a? ，并檢查導水機構運行時的均衡性（即各曲線是否連續(xù)光滑）； 3）確定不同導葉開度 0a 下的 ? 、 ? 值，并繪制 0()fa?? 及 0()fa?? 曲線。 4）確定控制環(huán)大耳孔、小耳孔的相對位置，及相應的推拉桿位置，使得大耳孔在 2 個極限位置時，推拉桿的偏斜角度為最小。 7）確定固定導葉的