【正文】 主軸，也可以采用鋼板卷焊的大型薄壁軸軸身結(jié)構(gòu)。我國水輪機制造廠對主軸的結(jié)構(gòu)型式及尺寸已經(jīng)標準化，設(shè)計中采用的有兩種標準系列。但由于在法蘭上布置有聯(lián)軸螺栓孔，法蘭尺寸必須滿足其布置要求。主軸軸頸的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軸承型式有關(guān)，對于本次設(shè)計采用稀油潤滑的筒式導(dǎo)軸承，與主軸接觸部分的軸頸處直接精加工便可。主軸扭矩按下式計算式中： —主軸傳遞最大功率，=15464kW； —主軸轉(zhuǎn)速r/min，=。由[3]主軸軸徑系列，選取主軸直徑為300mm的厚壁軸。對大中型水輪機，主軸與轉(zhuǎn)輪廣泛采用精制螺栓的連接方式。螺栓一般均采用一級細牙螺紋，材料為35號鋼或40Cr鋼。 水輪機金屬蝸殼的設(shè)計蝸殼是水輪機的引水部件，分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。金屬蝸殼的優(yōu)點是強度高、加工方便，土建施工簡單以及便于和電站引水壓力鋼管連接。金屬蝸殼按其制造方法有焊接和鑄造兩種結(jié)構(gòu)型式。鋼板沿著整個圓周焊接到座環(huán)的上下蝶形邊上。整個蝸殼的裝配和焊接在工地安裝時進行。鋼板的厚度應(yīng)根據(jù)有關(guān)強度計算確定，通常蝸殼進口斷面厚度較大，愈接近鼻端厚度愈小。大中型水輪機的焊接蝸殼，因受鐵路運輸?shù)南拗?，一般均在電站進行裝配和焊接。(2)鑄造蝸殼在小型混流式水輪機中，一般采用整體鑄造的鑄鐵蝸殼。對高水頭大容量混流式水輪機，由于強度的要求，鋼板將很厚，制造工藝有一定的困難，因此采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，通常將座環(huán)和蝸殼鑄為一體。此時，習(xí)慣上在蝸殼上部及廠房混凝土之間隔以彈性墊層。在廠房的基礎(chǔ)上設(shè)有若干個均布的支墩用以安放蝸殼，并用千斤頂支撐和拉桿拉緊，把蝸殼牢固地固定在基礎(chǔ)上，以免澆注混凝土?xí)r蝸殼位置變動。 水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)輪是水輪機的心臟，它的設(shè)計、制造的優(yōu)劣直接影響水輪機的出力、效率和運行穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。(1)轉(zhuǎn)輪上冠上冠位于轉(zhuǎn)輪的上部，外形近似一個倒錐形，其邊線叫上冠的型線。在上冠的外緣上部裝有上部轉(zhuǎn)動止漏環(huán)。上冠的下部裝有空心的泄水錐，上冠的外側(cè)錐面均布著轉(zhuǎn)輪葉片，葉片的下部與下環(huán)相連。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一整體。葉片數(shù)一般為1024片，通常采用1418片（本次設(shè)計選用16片），葉片的形狀、光潔度和厚度，以及葉片數(shù)目，對轉(zhuǎn)輪的性能影響很大，尤其對效率和氣蝕的影響更大。(3)轉(zhuǎn)輪的下環(huán)下環(huán)位于葉片下端，將葉片連成整體，增加轉(zhuǎn)輪的強度和剛度，與上冠形成過流通道，在下環(huán)的輪緣上，安裝有下部轉(zhuǎn)動止漏環(huán)。本次設(shè)計采用的是ZG20MnSi。為防止水流向上和向下漏出，每一個水輪機都裝有上、下兩道止漏環(huán)。止漏環(huán)也稱為迷宮環(huán)，它的作用主要是用來減小轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間的漏水損失。(5)泄水錐泄水錐外形為錐體形，用螺栓連接在上冠的下方，用以引導(dǎo)由葉片出來的水流順利地向下渲泄，防止水流相互撞擊和向上旋轉(zhuǎn)所造成的水力損失，提高水輪機的效率。(6)減壓裝置減壓裝置一般分為兩部分，均為環(huán)形減壓板，分別裝在頂蓋下面和上冠的上方，用來減小作用在轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力，以減輕推力軸承的負荷。按止漏環(huán)構(gòu)成的間隙形狀的不同，止漏環(huán)可分為四種型式，即間隙式、迷宮式、梳齒式、階梯式。②迷宮式止漏環(huán)，止漏效果較好，與轉(zhuǎn)輪同心度高，制造、安裝均較方便，一般應(yīng)用在H200m的水質(zhì)清潔的水電站。這種止漏裝置的轉(zhuǎn)動和固定環(huán)的截面為梳齒狀，兩個環(huán)的截面形成交錯配合。本次設(shè)計采用的是迷宮式止漏環(huán)。由于轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用水頭和尺寸大小不同，它們的構(gòu)造型式和制造材料及方法都有所不同，歸結(jié)起來基本可以分為整鑄、焊接、和組合三種結(jié)構(gòu)型式。這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，由于應(yīng)用水頭和轉(zhuǎn)輪尺寸不同，制造時所采用的材料有所不同。鑄鋼的含碳量不宜過高，以提高其焊接性能。在我國轉(zhuǎn)輪直徑D1。(2)焊接結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)型式在國內(nèi)外被廣泛采用。焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪的材料對不同部位可采用不同的鋼種，對上冠和下環(huán)多采用低合金鋼，對葉片采用特殊合金鋼，這樣提高了抗蝕能力。本次設(shè)計采用鑄焊結(jié)構(gòu)，即：先鑄造，后焊接的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)水機構(gòu)中應(yīng)保證足夠的強度和剛度，導(dǎo)葉操作機構(gòu)動作靈活可靠，能使導(dǎo)葉獲得最大的操作力矩。導(dǎo)水機構(gòu)主要由導(dǎo)葉、導(dǎo)葉操作機構(gòu)、環(huán)形部件和軸套、密封等部件組成。外調(diào)節(jié)導(dǎo)水機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式一般有三種：徑向式、斜向式、軸向式導(dǎo)水機構(gòu)三種。 導(dǎo)葉傳動機構(gòu)型式導(dǎo)葉的傳動機構(gòu)型式最常用的有兩種：叉頭傳動機構(gòu)和耳柄傳動機構(gòu)。耳柄式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、加工、制造比較方便，成本比較低。本次設(shè)計采用的是耳柄傳動機構(gòu)，主要由導(dǎo)葉臂、分半鍵、端蓋、耳柄、旋套、連桿銷、剪斷銷和軸套組成。導(dǎo)葉受力較大，在大中型水輪機中均采用三個軸承，小型水輪機則一般采用兩個軸承，上下各一個。軸承套的材料取決于潤滑的方式，如采用油潤滑，則用錫基青銅，這也是國內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)。近年來，國內(nèi)各制造廠傾向于用尼龍1010材料，試驗表明，其吸水性小、尺寸穩(wěn)定、耐磨性能好，在運行中不用加油就能潤滑，因而大大簡化了結(jié)構(gòu)。用水潤滑，則在導(dǎo)葉軸頸受壓的一邊，水進不去，因此長期運轉(zhuǎn)，軸頸發(fā)生單邊磨損。 導(dǎo)水機構(gòu)的止漏裝置導(dǎo)水機構(gòu)的止漏裝置包括導(dǎo)葉軸承的止漏和導(dǎo)葉在全關(guān)閉時為防止蝸殼中的水流入下游而裝置的導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間和導(dǎo)葉與上下環(huán)之間的止漏設(shè)備。導(dǎo)葉軸頸的密封多數(shù)裝在導(dǎo)葉套筒下端，以前都采用牛皮的“U”型密封圈，封水性良好但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，目前較少采用。實踐證明，這種結(jié)構(gòu)封水性好，結(jié)構(gòu)簡單。為了形成壓力差在軸承套和套筒上開有排水孔，密封圈與頂蓋配合端面則靠壓緊封水。導(dǎo)葉下軸頸在采用工業(yè)塑料的潤滑軸承時，為了防止泥沙進入軸承發(fā)生軸頸磨損，一般需采用“O”型橡膠密封圈進行密封。為了導(dǎo)葉在調(diào)整下部端面間隙后仍保證密封圈有一定的壓縮量，設(shè)計時對放置“O”型圈槽的尺寸，應(yīng)按規(guī)定選定。 (a) “L”型密封 (b) “O”型密封機組停機時，導(dǎo)水機構(gòu)必須封水嚴密，否則不但會增加漏水量而且會加劇間隙氣蝕破壞，導(dǎo)葉關(guān)閉后如漏水嚴重時，有可能造成機組無法停機。為了減少漏水，必須提高導(dǎo)葉的加工精度，使導(dǎo)葉上下端面和頂蓋、底環(huán)之間，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間的間隙盡可能的小。~，而大型機組則不大于1~。當(dāng)活塞移動時，通過推拉桿轉(zhuǎn)動控制環(huán)。本次設(shè)計導(dǎo)水機構(gòu)直缸接力器布置在機坑內(nèi)，導(dǎo)水機構(gòu)控制環(huán)由兩個布置在水輪機機坑內(nèi)的接力器來操縱，工作時一個接力器產(chǎn)生推力，另一個接力器產(chǎn)生拉力，一推一拉可轉(zhuǎn)動控制環(huán)，這種布置型式結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠。選擇調(diào)速器的工作容量時， 應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔恳员ＷC機組可靠地開關(guān)導(dǎo)葉，關(guān)機時間應(yīng)能滿足調(diào)節(jié)保證計算的要求。計算得：A= 7000 。此類調(diào)速器已包括接力器。上軸上部有鍵槽和調(diào)節(jié)螺釘孔。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，大、中型水輪機導(dǎo)葉，采用鍛焊結(jié)構(gòu)越來越多。鑄造導(dǎo)葉多用ZGZG20MnSi，較高水頭，用不銹鋼整鑄最為理想。本次設(shè)計中，固定導(dǎo)葉采用的是材料是Q235，活動導(dǎo)葉采用ZG20MnSi。二是維持已調(diào)好的機組軸線位置，提高機組運行的穩(wěn)定性。導(dǎo)軸承是水輪機的重要組成部分，它的工作質(zhì)量直接影響水輪機的運行。導(dǎo)軸承設(shè)計時應(yīng)注意以下問題：(1)應(yīng)盡量使軸承布置位置靠近轉(zhuǎn)輪，這樣轉(zhuǎn)輪懸臂值小，主軸臨界轉(zhuǎn)速高，工作可靠，運行穩(wěn)定；(2)合理的供油系統(tǒng)和帶油結(jié)構(gòu)； (3)合理的循環(huán)油路，潤滑油在起潤滑作用的同時，應(yīng)不斷地帶走熱量，熱油經(jīng)冷卻后再回到軸瓦部分工作，所以潤滑油應(yīng)順一定的油路循環(huán)，并將熱、冷油分開；(4)潤滑油應(yīng)得到充分的冷卻，冷卻器可布置在油箱內(nèi)，也可單獨布置在軸承結(jié)構(gòu)外，如環(huán)境溫度不高，潤滑油亦可采用自然冷卻；(5)結(jié)構(gòu)要便于安裝、檢測和維修，一般都應(yīng)設(shè)在油面、油溫監(jiān)視及冷卻水示流裝置。橫軸機組的導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)基本上是通用的徑向稀油潤滑滑動軸承；而立軸機組導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)型式有水潤滑橡膠軸承、稀油潤滑筒式軸承及稀油潤滑油浸式軸承等。橡膠軸瓦離轉(zhuǎn)輪位置較一般稀油軸承近，并有一定吸振作用，提高了運行穩(wěn)定性；但軸瓦間隙易隨溫度變化，剛性不如油軸承，振擺變化較大。(2) 稀油潤滑筒式軸承筒式軸承采用稀油潤滑，利用油盆旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生油壓，經(jīng)軸承體下部侵油盆的徑向孔和軸瓦面上的斜油槽自循環(huán)潤滑。隨著機組增大，軸承體的安裝、調(diào)整和刮研都不如分塊瓦軸承方便。因此，密封檢修維護不如水潤滑橡膠軸承方便，軸承離轉(zhuǎn)輪的位置也相應(yīng)提高。這種軸承用于1100mm 較為合適。1—油箱蓋 2—油箱 3—冷卻器 4—軸承體 5—回油管 6—轉(zhuǎn)動油盆7—浮子信號器 8—溫度信號器 9—油盆蓋 稀油潤滑筒式軸承 密封裝置水輪機密封有兩種：工作密封和檢修密封。這種密封性能較好，檢修方便，有單層和雙層平板密封兩種。密封面的一側(cè)是鋪焊有不銹鋼的鋼板，密封部位的加工光潔度不應(yīng)低于7。接觸寬度B一般取2530mm。這是本次設(shè)計采用的工作密封方式。這種密封的接觸壓力、補償壓力和潤滑潤滑液膜都靠外引的清潔壓力水來形成。 1—水壓式端面密封 水壓式端面密封 (2)檢修密封當(dāng)下游水位高于軸承密封（即水輪機允許吸出高度為負值）時，設(shè)有檢修密封，供停機或檢修軸承及其密封時使用，：=,所以本次設(shè)計就沒必要采用檢修密封。本次設(shè)計采用的是十字架補氣裝置。十字補氣裝置最好應(yīng)用在D14m的水輪機上。經(jīng)分析表明，尾水管內(nèi)最大壓力脈動區(qū)一般離轉(zhuǎn)輪出口，且是偏心的?！?1176。橫管上的小補氣孔應(yīng)開在背水側(cè)，以免水流進入管中造成堵塞。橫管一般采用34根。真空破壞閥就是緊急關(guān)閉導(dǎo)葉時向頂蓋下部補充空氣，破壞真空以減少上述有害的沖擊力或抬機現(xiàn)象，而起到一定的保護作用。為使補氣均勻，常沿圓周均布24只閥。對于中、小型機組，有時因頂蓋內(nèi)位置狹窄布置不便，也可以將閥用管路引出布置在機坑內(nèi)。另外，在繪制了水輪機總裝圖之后，本次設(shè)計還繪制了導(dǎo)葉加工圖，見圖：SLH06。金屬蝸殼在工作時主要產(chǎn)生以下幾種應(yīng)力：①蝸殼在承受內(nèi)水壓力時產(chǎn)生的薄壁應(yīng)力與水輪機本身的曲率半徑相比，水輪機蝸殼壁厚要小得多，因此可以把金屬蝸殼看成是一個薄壁容器。蝸殼內(nèi)水壓力與水輪機工況有關(guān)。即在計算蝸殼強度時應(yīng)把水錘升壓產(chǎn)生的最大水壓力包括在內(nèi)。②與座環(huán)連接處由于座環(huán)限制蝸殼變形而產(chǎn)生附加應(yīng)力從結(jié)構(gòu)相互關(guān)系來看，蝸殼和座環(huán)蝶形邊相連接。把蝸殼看作一個薄壁容器進行計算，在和座環(huán)連接處，蝸殼斷面是不連續(xù)的。因而和座環(huán)連接處的蝸殼邊緣，將產(chǎn)生附加應(yīng)力。（一）蝸殼圓斷面部分：1. 厚度計算：式中：—環(huán)殼子午斷面中心點至水輪機旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—蝸殼各環(huán)節(jié)與座環(huán)連接處的C點至水輪機旋轉(zhuǎn)軸的距離，cm；—圓形斷面環(huán)殼的子午斷面半徑，cm；—所選用材料的許用應(yīng)力Pa。，就為校核后厚度；,，將此時所得代入（I）式，如此循環(huán)計算直到，此時的就為校核后厚度。 （Ⅲ） 式中：a.，將此時的代入式（Ⅲ）中，如此循環(huán)計算直到，此時的就為校核后的厚度。 另外，本次設(shè)計采用的蝸殼材料為16Mn,該材料的許用應(yīng)力為。 計算程序及結(jié)果 計算程序本次設(shè)計采用的是VB編程，程序如下：Option ExplicitPrivate Sub Form_click()Dim v!, Ra1!, C!, h!, rB!, Ra2!, L!, k!, T, xi, pi!, ai!, Ri!, o, μ!Dim P, w, X!, Y!, Z!, R2i!, R1i!, i%, δ圓計!, δ圓實!, δ橢計!, δ橢實!, A!, B!, D!Dim σ1圓!, σ2圓!, σb圓!, σ總圓!, σ1橢!, σ2橢max!, σb橢!, σ總橢!, σ總橢1!, σ總橢2!Dim ξmax!, P1!, Hmax!, g!, ρ!, σ許!v = 39。座環(huán)螺旋邊半徑C = 39。蝶形邊至導(dǎo)水機構(gòu)水平中心線高度rB = 39。查表得L = 39。水輪機最大工作水頭ξmax = 39。水的密度g = 39。16Mn的許用應(yīng)力μ = 39。 P1。 Tab(11)。Print Tab(21)。Print Tab(31)。Print Tab(41)。Print Tab(50)。Print Tab(60)。Print Tab(70)。 Tab(79)。Print Tab(90)。圓形斷面環(huán)殼的子午斷面半徑 pi = CInt(pi * 1000) / 1000 ai = Ra1 + xi 39。外圓半徑 Ri = CInt(Ri * 1000) / 1000 δ圓計 = ( + * ai / Ra1) * P1 * pi / σ許 δ圓計 = CInt(δ圓計 * 10000) / 10000 δ圓實 = δ圓計 + δ圓實 = CInt(δ圓實 * 10000) / 10000 σ1圓 = ((P1 * pi) / (2 * δ圓實)) * (1 + ai / Ra1) σ1圓 = CInt(σ1圓 * 100) / 100 σ2圓 = (P1 * pi) / (2 * δ圓實) σb圓 = Sqr(3 / (1 μ ^ 2)) * (1 μ * (1 + ai / Ra1)) * σ2圓 σb圓 = CInt(σb圓 * 100) / 100 σ總圓 = σ1圓 + σb圓 Print δ圓計。 δ圓實。 σ1圓。 σb圓。 σ總圓 Print Else o = 2 * rB / k P = Sqr( + o) +