【正文】 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 抽水蓄能電站 在電網(wǎng)中擔任填谷調(diào)峰的關(guān)鍵作用，對 提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和電網(wǎng)靈活性有著十分重要的意義。 安裝在抽水蓄能電站的水泵水輪機 ，需要根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度在水輪機和水泵兩種工況間轉(zhuǎn)換運行，以此完成調(diào)頻調(diào)峰等重要任務。 本次畢業(yè)設(shè)計就是以該電站為對象，通過查閱相關(guān)資料及水輪機設(shè)計手冊，輔助以 CAD 繪圖工具，對其混流式水泵水輪機結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，繪制了總裝配圖，導水機構(gòu)裝配圖，導葉布置圖，主軸零件圖。 ....................................................... 39 參考文獻 ..................................................... 40 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1．前 言 概述 隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展 ,我國能源消耗不斷增大 ,環(huán)境污染不斷加劇 ,轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)、促進電力系統(tǒng)節(jié)能減排已成為全社會共同關(guān)注的焦點 。抽水蓄能電站作為目前解決盈余電能儲存問題的最有效方式，其調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用的作用日益突出，對于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量意義重大。水泵水輪機作為蓄能電站的核心設(shè)備，其機構(gòu)設(shè)計的合理性直接影響到運行效率、運行穩(wěn)定性等諸多方面，因此合理的結(jié)構(gòu) 設(shè)計是保障電站經(jīng)濟運行的首要前提。本次畢業(yè)設(shè)計通過查閱各種參考文獻和水輪機設(shè)計手冊，在掌握常規(guī)水輪機機組結(jié)構(gòu)的前提下，學習水泵水輪機的結(jié)構(gòu)特點。既可以將平時的專業(yè)理論知識進行系統(tǒng)的實踐練習，又能通過各種中外文文獻的學習，了解專業(yè)領(lǐng)域最新的研究方向。通過本次畢業(yè)設(shè)計，進一步提高自己的動手和創(chuàng)新能力，深入了解常規(guī)水輪機及水泵水輪機的結(jié)構(gòu)，拓寬視野，為自己即將到來的研究生學習奠定良好的基礎(chǔ)。 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 設(shè)計內(nèi)容 （一）根據(jù)給定的福建仙游蓄能電站基本資料進行水輪機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，確定水輪機的主要特征尺 寸，對水輪機主要部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計； ； 。高水頭水泵水輪機的軸面流道十分扁平，進口直徑D1 與出口直徑 D2 的比率一般為 2： 1或更大，相對導葉高度 b0 不超過 10%。 圖 21 流道圖 表 21 流道尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） D0 4743 R1 3636 D1 4158 R2 995 D2 1810 R3 60 Dk 1175 h1 1664 bo h2 1075 轉(zhuǎn)輪部分 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu) ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 轉(zhuǎn)輪是水輪機中直接將 水能轉(zhuǎn)換為機械能的部件，由于不受運輸條件的限制 (錯誤 !未找到引用源。圖 22為轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，尺寸如表 22所示 : 表 221 轉(zhuǎn)輪尺寸 轉(zhuǎn)輪連接 混流式轉(zhuǎn)輪與主軸常用的連接方式有兩種：連軸螺釘連接和鍵傳遞扭矩連接。 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） Da 3618 H 1792 Db 1060 L1 240 Dc 1866 ? 100 bo 圖 221 轉(zhuǎn)輪結(jié) 構(gòu) 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 表 222 轉(zhuǎn)輪法蘭尺寸 轉(zhuǎn)輪止漏裝置 止漏裝置的作用是減少機組的容積損失，常用的形式有縫隙式 、迷宮式和梳齒式三種，材料選用碳素鋼、不銹鋼或其他抗磨鋼板。 轉(zhuǎn)輪減壓裝置 福建仙游抽水蓄能電站屬于 500 米水頭段的高水頭電站，因此在上冠處設(shè)置減壓裝置，對于減小機組軸向水推力非常關(guān) 鍵。本參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） Dm 1030 h’ 96 Dn 1350 Φ 1 63 D’ 850 Φ 2 M100 h 130 圖 23 轉(zhuǎn)輪連接法蘭 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 次選用第一種減壓裝置，減壓板與頂蓋的間隙值為 30mm 以保證抬機需要。為了減小過流面的空蝕和磨損，設(shè)計自泄水孔流出的水經(jīng)泄水錐內(nèi)腔排入尾水管。 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 水輪機主軸是水輪發(fā)電機組中關(guān)鍵部件，特別是大型的抽水蓄能機組，其雙向運行性更是對主軸材料的性能提出 了更高的要求，既要保證高的強度和韌性，同時還要考慮焊接對材料碳當量的要求，以前國內(nèi)水輪機主軸常選用的 20SiMn 或 18MnMoNb 等材料，其性能已經(jīng)逐漸不能滿足工作要求。其作用是承受水輪機轉(zhuǎn)動部分的重量及軸向水推力所產(chǎn)生的拉力，同時傳遞轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的扭矩。 表 312 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 1100 d2 173 Da 1030 DФ 1660 h 225 da 60 Db 1425 h1 260 D0 600 Dp 1120 L 50 D2 1560 D2 1650 l1 75 f 2 D3 1200 l2 12 Z 20 d 1000 S 275 C 16 d′ 1000 S1 340 C1 20 db 115 a 30 C2 4 d1 118 m 2 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 312 主軸結(jié)構(gòu) ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 水導軸承 水導軸承的作用，一是承受機組在各種工況下運行時通過主軸傳過來的徑向力，二是維持已調(diào)好的軸線位置。稀油潤滑有轉(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 。油循環(huán)的動力是靠油隨油箱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性以及軸瓦進油口的特殊結(jié)構(gòu)提供的?？紤]到不同工況啟動時機組轉(zhuǎn)速上升的速度差別較大，為確保軸瓦安全，水輪機工況時，油是先冷卻后潤滑瓦面，再回到油箱里的，水泵工況，油是先潤滑瓦面 ，然后再循環(huán)至冷卻器進行冷卻，再回到油箱的。所以軸瓦高度 L=（ 500～ 1000）毫米，參照《水輪機設(shè)計手冊》中的 366 頁表 13—14 最終取 L＝ 700mm。目前設(shè)計中采用的油槽升角一般為 50176。實踐表明上油效果很好。所以本次設(shè)計中取 β＝ 50176。 （ 4）冷卻方式：稀油潤滑筒式軸承一般都裝有冷卻裝置，本水輪機軸承選擇體外冷卻的方式。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。 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 主軸密封 主軸密封緊靠水輪機主軸 下法蘭端面，在水導軸承下方由內(nèi)頂蓋支撐，其作用是有效地阻擋水流從主軸與頂蓋之間的間隙上溢，防止水導軸承及頂蓋被淹，維持軸承和機組的安全運行。 福建仙游 蓄能水電廠抽水蓄能機組具有水頭高、轉(zhuǎn)速高、容量大、運行工況復雜、起停頻繁等特點，因而決定了封堵其水泵水輪機轉(zhuǎn)動部分和固定部分間隙漏水的主軸密封的高性能。密封結(jié)構(gòu)如圖 314： 彈簧復位式浮動型雙端面機械密封工作原理： 密封供水經(jīng)減壓并過濾處理后進入操作腔 。 密封腔潤滑水來自尾水。 檢修密封 圖 314 非平衡水壓自調(diào)整軸向式分瓣機械型平面密封 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 主軸的密封除了正常運行中的工作密封外，還有 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。 在本次設(shè)計中采用的是空氣圍帶式密封， 它適用于采用稀油軸承的結(jié)構(gòu)，檢修時所需的操作地位較小。 采用的壓縮空氣壓力是 4～ 7公斤，其所采用的圍帶的剖面尺寸見下圖 。機組安裝時以它圖 315 檢修密封尺寸 ：福建仙游蓄能電站水泵水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 為基準，所以，座環(huán)既是承重件，又是過流件，又是基準件。 根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑（ 1000mm）從《水輪機設(shè)計手冊》 104 頁表 614 選出座環(huán)基本尺寸，再根據(jù)實際情況稍作改動，設(shè)計如下圖 32， 表 26 所示： 表 32 水輪機座環(huán)尺寸 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） 參數(shù)符號 數(shù)值（ mm） Db 5440 H1=b0+1025 410 Da 6572 H 1375 k 85 ?1 105 R 125 ?2 135 (座環(huán)邊的延伸角度根據(jù)蝸殼的具體尺寸而定 ) 作為焊接件的座環(huán)，除了符合相應的焊接規(guī)程保證其焊接質(zhì)量外，主要加工面的光潔度和公差也要達到精度要求，此外，對制造質(zhì)量還提出如下要求： 1) 考慮到其強度要求，鋼板厚度選取為 100mm，固定頂蓋連接螺釘處，鋼板厚度為 130mm。 5)合縫面 局部允許有 ～ 毫米凹陷部分（深度小于接合縫的1/3，長度不超過接合縫總長的 1/5），但不允許有突起。 其主要作用有： 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 1）形成流道并承受相應的流體壓力； 2)固定和支撐活動導葉及其連桿機構(gòu)； 3)支撐水導軸承； 4)支撐并組成機組的密封，包括主軸密封、檢修密封、上迷宮環(huán)等 此次結(jié)構(gòu)設(shè)計中，頂蓋采用 E284 焊接而成，鋼板厚度為 80mm,由于高水頭水泵水輪機導葉軸較長，導致頂蓋高度也增高，因此頂蓋外緣法蘭設(shè)計為雙層形式。 頂蓋結(jié)構(gòu)如圖 33： 圖 33 頂蓋結(jié)構(gòu) 底環(huán) 底環(huán)是 水輪機主要環(huán) 形部件之一，位于導葉下方，安裝在座環(huán)的下環(huán)上，它用來安裝導葉下軸承及支持導葉的下軸頸。對底環(huán)的重點要求是，導葉的下軸承孔與頂蓋導葉套筒同心，剛度應力達到要求。 本設(shè)計中，基礎(chǔ)環(huán)采用鋼板焊接形式，與尾水管進口錐管段螺栓把合連接。結(jié)構(gòu)如圖 35. 圖 35 基礎(chǔ)環(huán) 20xx 屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17