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1、 爱力量大到能够使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒沙石也不能容纳。 少为失败找理由 多为成功找方法 大多数人想要改革这个世界 却不晓得即时从小事做起 毕业设计（论文） 题 目轴流式水轮机结构设计 及导叶应力分析 专 业 热能和动力工程 班 级 动094 班 学 生 指导老师 教 授 年
2、 摘 要 此次设计关键是经过查阅相关设计手册 对型号为ZZ600-LH-300水轮机进行结构设计和对导叶进行应力应变分析 而且对带裂纹导叶进行了应力应变分析 首先对水轮机总体结构作出设计 其次完成了导水机构装配情况设计及其传动系统设计 另外 结合电站具体情况和中国制造业发展现实状况 还对水轮机部分零部件 比如主轴 导叶 控制环 导叶臂等零件作了设计 经过使用CAD绘图 此次设计过程愈加便捷 设计结果愈加正确 此次设计应力应变分析是经过ANSYS平台软件进行 其中包含用NX.UG软件建模 用ANSYS ICEM CFD软件对导叶流场进行
3、网格划分 用CFX软件进行流场数值计算 用ANSYS软件进行模态分析和静力分析 关键字：水轮机 结构设计 数值分析 模态分析 应力分析 ABSTRACT According to consulting the design book and referring the built up station the present paper is to design the structure of Kaplan turbine ZZ600-LH-300 and make analysis
4、of stress and strain firstly make the design of the architectural structure the guide vanes machanism assembly and the system of the way to drive the guide vanes.Besides considering the situation of the power station and now the development of the manufactory at home we have designed some of t
5、he parts in details such as the principal axis the guide vanes the discharged ring the arms of the guide vanes.Using the CAD the process of design is more convenient and the result is more accurate. This design made analysis of stress and strain on the guide vane of the models through the
6、ANSYS platform software including using NX.UG software modeling meshing the flow field of the guide vane through ANSYS ICEM CFD software CFX software is used to numerical calculation modal analysis and static analysis is done through ANSYS software. KEY WORDS: hydroturbine architec
7、tural design numerical analysis modal analysis stress analysis 目 录 1 序言 1 1.1 概述 1 1．2 设计内容 2 1.3 原始资料 2 2 水轮机总体结构设计 3 2.1绘制轴面流道图 3 2.2 座环设计 5 2.3活动导叶及导水机构装置零件 7 2.3.1 活动导叶翼型 7 2.3.2 导叶结构系列尺寸和轴颈选择 8 2.3.3 导叶密封结构 9 2.3.4 导叶轴颈密封 10 2.3.5 导叶套筒 12 2.3.6 导叶轴套 13 2.3.7 导叶臂 1
8、5 2.3.8 导水机构装配尺寸 17 2.3.9 导叶传动机构 18 2.3.10 连接板 19 2.3.11 套筒 20 2.3.12叉头销 20 2.3.13 叉头 22 2.3.14 连接螺杆 23 2.3.15 剪断销 24 2.3.16分半键 25 2.3.17端盖 26 2.4 控制环 27 2.5 主轴及其隶属部分 28 2.5.1 主轴直径计算 28 2.5.2主轴结构设计 29 2.5.3 水导轴承 30 2.5.4主轴密封 33 2.6 操作油管 33 2.7 转轮部分 34 2.7.1 叶片 34 2.7.2 转轮体 35 2.
9、7.3 叶片操作机构和接力器 36 2.7.4 泄油阀 37 2.7.5 叶片密封装置 37 2.8 底环 38 2.9 顶盖和支持盖 39 2.10 真空破坏阀 39 2.11 导水机构传动系统总设计 40 2.11.1 确定导叶开度 40 3 应力分析 43 3.1 导叶模型建立 43 3.2 导叶周围流道模型建立 43 3.2.1 单周期流道网格划分 44 3.3 CFX数值计算 45 3.3.1 边界条件 45 1.定常流动计算边界条件 45 2.进口边界条件 46 3.出口边界条件 46 4.固壁面边界条件 46 3.4 定常流动计算结果分析 46
10、 3.5 导叶模态分析和静力分析 48 3.5.1 约束施加 48 3.5.2荷载施加 49 3.5.3模态分析 49 3.5.4 静力分析 51 3.6 带裂纹缺点导叶导叶分析 52 3.6.1 带裂纹导叶模型 52 3.6.2 带裂纹导叶有限元网格划分 52 3.6.3 模态分析结果 53 3.6.4 静力分析结果 54 3.6.5 结论 55 4 总结 56 致谢 57 参考文件 58 1 前 言 1.1 概述 能源作为经济发展物质基础 在中国社会主义现代化建设中起着决定性作用 为确保国民经济可连续发展 能连续供给能源就必
11、需得到确保 伴随中国经济快速发展 能源需求逐年上升 这么 以煤炭为主能源结构 不仅在很大程度上限制了经济快速发展 同时也引发了能源安全和环境污染等重大问题 基于以上问题考虑 水能 作为安全、可靠、清洁可连续能源越来越受到大家重视 中国拥有世界上最为丰富水能资源 但水能开发率较低 为了满足人民日渐增加电力需求和化石能源有限性之间矛盾 主动开发水电 已经成为中国当务之急 多年来 水轮发电机组容量、尺寸及转速不停提升 水轮机尺寸越来越大 而叶片厚度越来越小 其固有频率大大降低 水轮机各过流部件在运行过程中 受到多种不平衡力作用 工作环境很复杂
12、 多种水力不平衡力和激振源相互藕合使过流部件产生振动 多年来投产轻易引发因为导叶和转轮动静干扰或叶道涡等影响产生水压脉动共振 成为叶片产生裂纹关键根源 水轮机过流部件刚强度、振动特征和疲惫破坏是设计、运行部门等所关注问题 伴随有限元方法日益成熟 在水轮机过流部件刚强度分析中应用逐步普及 对于叶片振动问题 是包含到固体力学、振动力学、水力学、计算流体力学、材料力学等多学科综合性课题 其包含知识内容极为广泛 所以 在工程实际中 对转轮叶片刚强度分析显得越来越关键 尤其对于分析水轮机叶片裂纹事故并预防其发生 含相关键作用 现在 工程中在轴流式转轮
13、刚强度分析中 大多利用现代计算机技术 采取ANSYS有限元分析计算方法 对该水轮机叶片在最大水头下强度进行分析计算 1.2 设计内容 一、绘制水轮机转轮 1.按给定水轮机型号和转轮直径等参数 确定水轮机转轮番道 关键特征尺寸绘制转轮番道图 2.应用CAD软件绘制导叶
14、单线图 导叶部署图 3.导叶最优开度下实体造型 4.划分网格并计算 进行流场分析； 二、应力应变分析 1.正常导叶和带裂纹导叶有限元网格划分
15、 2.正常导叶和带裂纹导叶固有频率分析 3.正常导叶和带裂纹导叶静力分析 三、外文翻译 1.3 原始资料 此次毕业设计基础参数以下： 水轮机型号 ZZ600-LH-3
16、00 出力（kw） 2500 设计水头（m） 6.2 额定转速（r/min） 125 最大水头（m） 7.8 设计流量（m3/s） 51.5 最小水头（m） 4 2 水轮机总体结构设计 2.1绘制轴面流道图 查阅《水轮机设计手册》得 型号为ZZ600-LH-300水轮机模型流道尺寸和转轮室尺寸分别图2-1 图2-2所表示 依据百分比换算所得真机流道尺寸和转轮室尺寸如表2-1 表2-2所表示： 图2-1 ZZ600流道尺寸 表2-1 流道尺寸 参数符号 真机数值（mm） 参数符号 真机数（mm） D1 3000 R
17、2 2832 Z1 4 d2 876 D0 3765 d3 876 Z0 20 d4 832.5 b0 1464 h1 717 dB 999 h2 276 R1 708 h3 324 轴流式水轮机转轮室是水轮机过流通道一部分 转轮室外形和选择转轮型号相关 本水电站转轮型号为ZZ600 其转轮室结构以下图所表示 图2-2 ZZ600转轮室尺寸 表2-2 ZZ600转轮室尺寸 参数符号 模型数值mm 真机数值mm R1 50 150 R2 100 300 R3 500 1500 R4 385 1155 R（球） 500 150
18、0 h1 209 627 h2 154 462 H5 55 165 h4 81 243 D2 973 1919 D3 981 2943 α 8° 8° 在电站运行时 因为水流压力脉动在转轮室上作用有很大周期性载荷 为加强转轮室刚度并改善转轮室和混凝土结合 在转轮室四面有环向和竖向加强筋 并用千斤顶和拉紧杆将转轮室牢牢靠定在二期混凝土中 2.2 座环设计 座环是反击式水轮机基础部件之一 除了承受水压力作用外 还承受整个机组和机组段混凝土重量 所以要有足够强度和刚度 其基础结构是由上环、下环和固定导叶组成 因为本水电站水头较低 小于40m
19、故而选择和混凝土蜗壳连接座环 考虑到电站基础资料 现对制造质量提出以下要求： 1)此座环所选材料为 ZG30 采取铸造结构； 2)考虑到其强度要求 钢板厚度选择为75mm； 2)全部过流表面打磨光滑至表面粗糙度为3.2； 3)固定导叶进口端节距误差不超出0.0015Da； 4)顶盖和底环把合面平行度误差不超出0.025 毫米/米； 5)分瓣结构合缝面粗糙度为6.3 合缝面间隙通常不超出0.05 毫米 局部许可有0.15～0.3 毫米凹陷部分（深度小于接合缝1/3 长度不超出接合缝总长1/5） 但不许可有突起 座环尺寸和转轮型号、直径相关
20、其固定导叶形状又取决于水力和强度计算 所以座环尺寸改变原因较多 不可能完全统一 参考《水轮机设计手册》104 页表6-14 选出座环基础尺寸 再依据电站实际情况稍作改动 设计以下图2-3 表2-3所表示： 表2.3 水轮机座环尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） Db 5150 H1=b0+10-25 1475 Da 4500 R 200 k 75 其中参数符号对应 图2-3 水轮机座环（α γ依据蜗壳而定） 图2-3 水轮机座环 2.3活动导叶及导水机构装置零件 2.3.1 活动导叶翼型 水轮机导水机构作用 关键是形成和改
21、变进入转轮水流环量 确保水轮机含有良好水力特征 调整流量 以改变机组出力 正常和事故停机时 封住水流 停止机组转动 圆柱式导水机构导叶叶形 通常有对称形和非对称形（正曲率）两种标准叶形 因为对称形导叶通常见于含有不完全包角高比转速轴流式水轮机中 故本设计中采取对称形叶形 参考《水轮机设计手册》中137 页表8-5 再依据本水轮机具体情况 得对称形导叶叶形断面参数以下表： 表2-4 导叶翼型参数 参数符号 数值(mm) 参数符号 数值(mm) D1 3000 k 5.8 D0 3765 r 44.4 Z0 20 L 665 a 56.7 L1
22、 322.5 b 69.1 L2 342.5 c 71.8 d0 138.7 d 69.1 m 57.1 e 62.5 其符号所代表意义见图 2-4: 图2-4 导叶翼型图 2.3.2 导叶结构系列尺寸和轴颈选择 导叶轴颈可按转轮直径 D1 使用水头H1（指最高水头） 导叶相对高度b0/D1 从《水轮机设计手册》中146 页表8-10 初选轴颈db 选得db =115mm 再依据db=115mm 从设计手册中表8-9 查得导叶结构其它尺寸以下表： 表2-5 导叶尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 hA 95
23、 da 95 hB 140 d1 125 hc 200 dc 105 h1 20 d2 110 h2 110 dm 30 h3 45 d3 M24 h4 12 d4 32 h5 6 d5 109 H 参考 617 其中参数符号所代表下图2-5中符号 图2-5 导叶结构尺寸 导叶材料为ZG20MnSi整铸 为确保导叶转动灵活 导叶上、中、下三个轴颈要同心 径向摆度小于中轴颈公差二分之一 导叶体端面和不垂直度许可误差不超出0.15/1000 导叶过流表面型线要正确 制造中应用样板检验 2.3.3 导叶密封结构 导叶关闭后 导叶体立面应该有很好密封 因为本
24、机组属于低水头机组 所以采取圆橡皮条直接镶入鸽尾槽内封水 这种结构制造简单 但只适适用于40 米水头以下机组 因为水头太高会把圆橡皮条冲掉 从《水轮机设计手册》上148 页表8-12 查得圆橡皮条和鸽尾槽尺寸以下表：（因为导叶体较高 可在中间加焊数段钢筋 使橡皮条分段固定 ） 表2-6 圆橡皮条和鸽尾槽尺寸 参数符号 数值（mm） a 9 b 9.5 c 2 其中参数符号对应下图2-6中符号： 图2-6 导叶密封 2.3.4 导叶轴颈密封 导叶中轴颈密封多数装在导叶套筒下端 现在不少机组中已改用"L"型密封 实践证实 封水性能很好 结构
25、简单 "L"型密封圈和导叶中轴颈之间靠水压贴紧封水 所以轴套和套筒上开有排水孔 形成压差 密封圈和顶盖配合端面 则靠压紧封水 所以套筒和顶盖端面配合尺寸应确保橡胶有一定压缩量 密封圈材料采取中硬耐油橡胶 模压成型 其尺寸大小以下表2-7： 表2-7 中轴颈密封 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 h 18 d 120 δ1 4 d1 110 δ2 4 d2 155 R2 0.5 R5 1.5 其中参数符号意义对应图2-7： 图2-7 中轴颈密封 导叶下轴颈密封关键是预防泥沙进入 发生轴颈磨损 下轴
26、颈密封通常采取"O"型橡皮圈密封结构 其尺寸大小以下表2-8： 表2-8 下轴颈密封 参数符号 数值（mm） db 115 D 95 d 7.5 其中参数符号意义对应图2-8： 图2-8 下轴颈"O"型密封 导叶中轴颈处虽有密封装置 但因导叶是转动 不可避免会有少许漏水 其排除方法关键是经过自流排水或水泵排水将漏水排出 对于轴流式水轮机 导水机构套筒处得漏水由排水管集中到顶盖下部轴承支架内 连同主轴密封处漏水 由水泵抽水至电站集水井 2.3.5 导叶套筒 导叶套筒是固定活动导叶上中轴套部件 采取HT21-40铸
27、铁铸造 套筒结构和主轴材质、密封结构和顶盖高度相关 分段套筒虽有质量小 便于加工 轻易调整装配等优点 但因为受到机组尺寸限制 此次设计仍选择传统整体圆筒形结构 套筒尺寸大小以下表2-9： 表2-9 导叶套筒 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 d7 26 d1 320 d8 6 d2 195 h 210 d3 120 h1 35 d4 130 h2 115 d5 135 h3 53 d6 280 Z 6 H 参考 430 其中参数符号对应下图2-9中符号： 图2-9 导叶套筒 为满足于导叶臂装配要求 最终取H=430mm 2
28、3.6 导叶轴套 导叶轴套现在已广泛采取含有自润滑功效工程塑料替换 这么不仅简化了结构 而且节省了大量有色金属 降低成本 该设计中 导叶套筒采取尼龙1010 其吸水性小 尺寸较为稳定 经过离心熔铸成型 适合在水轮机导叶、连杆等部位应用 a） 上轴套尺寸系列如表2-10 所表示： 表2-10 上轴套尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） dc 105 h 37 d1 105 h1 6 d2 120 h2 12 d3 119.6 δ′ 1 d4 150 表中参数符号意义见图2-10： 图2-10 上轴套 b） 中轴套尺寸系列如表
29、2-11 所表示： 表2-11 中轴套尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 h 115 d1 115 h1 25 d2 130 h2 6 d3 129.6 d5 6 d4 135 δ′ 0.8 表中参数符号意义见图2-11： 图2-11 中轴套 c） 下轴套尺寸系列如表2-12 所表示： 表2-12 下轴套尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） da 95 h 90 d1 95 h1 6 d2 110 δ′ 0.8 d3 109.6 表中参数符号意义见图2-12： 图2-12 下轴套 2.3.7
30、导叶臂 依据叉头传动机构装配尺寸从《水轮机设计手册》上165 页表 8-23查出导叶臂及其销孔尺寸以下表2-13 2-14： 表2-13 导叶臂 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 H 154 Dc 105D L1 81 D1 144d e 42 D2 148 K 8 d2 120 R1 20 dm 35D f1 1 d3 M16 T 0.2 d4 22 其中参数符号意义对应图2-13(左) : 表2-14导叶臂销孔尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） dcn 40D C1 1 R 65 h 40 B 1
31、40 h1 55 其中参数符号意义对应图2-13 ： 图2-13 导叶臂 2.3.8 导水机构装配尺寸 导水机构大部分零件应做到标准化、系列化 在《水轮机设计手册》上132页查表8-1可得出按转轮系列尺寸编制导水机构装配系列 下表2-15是本水电站对应导水机构装配尺寸： 表2-15 导水机构装配尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值(mm) D1 3000 Dc 2400 Z0 20 LH 500 D0 3765 lp 250 ψ 30° lc 410 其中参数符号意义对应图2-14 图2-14导水机构装配 2.3.9 导叶传动机构
32、 鉴于叉头传动机构受力情况好 所以本水电站采取叉头传动机构 其关键是由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺帽、分瓣键、剪断销、轴套、端盖和赔偿环等组成 参考《水轮机设计手册》164页表8-25 可得出此次设计导叶传动机构装配尺寸 如表2-16所表示： 表2-16 导叶传动机构装配尺寸 参数符号 数值(mm) 参数符号 数值(mm) 接力器直径dc 410 d2 68D3/jd Z0 20 h 45 d1 M48×4 h1 60 dn 60D/dc 导叶中轴颈db 115 dcn 45D4/dc4 分瓣键直径dm 35D/gc 2.3.10 连接板
33、 依据叉头传动机构装配尺寸从《水轮机设计手册》上167 页表8-29到表8-30查出连接板尺寸以下表2-17： 表2-17 连接板尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） D1 165D R2 50 R1 100 h 40 K 0.02 h1 55 Dcn 40D4 l 20 D2 58D3 l1=l2 62 d1 150 c 1 d2 M24 其中参数符号意义对应图2-15： 图2-15 连接板 2.3.11 套筒 依据连接板D2=100 从《水轮机设计手册》上168 页表8-33查出轴套尺寸以下表2-18： 表2-18 轴套尺
34、寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） dn 70D h 78 d2 78jd h1 8 d1 83 c 2.5 其中参数符号意义对应图图2-16： 图2-16 轴套 2.3.12叉头销 依据套筒dn=70D 从《水轮机设计手册》上170页表8-36查出剪断销尺寸以下表2-19： 表2-19 叉头销尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） dn 70dc h2 10 d 70gb D 59 d1 65gb b 3.5 d2 69 R 1.5 d3 62 c 3 h 88 d0 3 h1 30 r 1.5 H 143 其
35、中参数符号意义对应图2-17： 图2-17 叉头销 2.3.13 叉头 依据连接板dn=70从《水轮机设计手册》上167 页表8-31查出叉头尺寸以下表2-20： 表2-20 叉头尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） d1 M56×4 L 150 d2 70D L1 95 d3 65D R 62 d4 100 r 12 H 140 r1 6 h 90 c1 2 h1 25 S
36、 20 其中参数符号意义对应图2-18： 图2-18叉头 2.3.14 连接螺杆 依据连接板d1=M56从《水轮机设计手册》上168 页表8-32查出叉头尺寸以下表2-21： 表2-21 连接螺杆尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） d1 M56×4 b 24 d2 60 b1 8 d3 50 r 2 S 50 c 3 l 135 其中参数符号意义对应图2-19： 图2-19 连接螺杆 2.3.15 剪断销 依据连接板Dcn=80mm 从《水轮机设计手册》上170页表8-35查出剪断销尺寸以下表
37、2-22： 表2-22 剪断销尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） Dcn 40dc4 r 1 d 20 h1 4.5 d2 39 h2 10 d3 45 h 40 d4 40 l 38 b 4 L 90 b1 3 其中参数符号意义对应图2-20： 图2-20剪断销 2.3.16分半键 依据上轴直径dc =230mm 从《水轮机设计手册》上169 页表8-34查出分半键尺寸以下表2-23： 表2-23 分半键尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） dc 105 b 16.4 dm 35 K 4 L 110 c 1 B 3
38、4 b1 18.6 l1 140 h2 10 l2 110 h3 25 h 5 h4 6 其中参数符号意义对应图2-21： 图2-21 分半键 2.3.17端盖 依据轴颈db=250mm 从《水轮机设计手册》上171页表8-37查出端盖尺寸以下表2-24： 表2-24 端盖尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） db 115 h1 24 d1 195 R 52.5 d2 106 Φ1 M20 d3 45 Φ2 18 d4 26 Φ3 38 d5 135 d6 65 h 32 其中参数符号意义对应图2-22：
39、 2-22 端盖 2.4 控制环 控制环是传输接力器作用力 并经过传动机构转动导叶环形部件 在此次设计中采取A3铸造 依据水轮机转轮直径查《水轮机设计手册》第185页图8-34及其表8-52到表8-54得出控制环尺寸以下： 表2-26 控制环尺寸（总体） 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） DC 2400 Dy 2550 Z0 20 S 25 R 12 其中参数符号意义对应图2-23： 图2-23 控制环（总体） 2.5 主轴及其隶属部分 2.5.1 主轴直径计算 主轴外径尺寸能够依据机组扭力矩初选 扭力
40、矩按以下公式计算： 式中 ： N--代表主轴传输功率（千瓦） n--代表主轴转速（转/分） 由原始资料：N=8.8MW=8.8×KW n=187.5r/min 所以 依据《水轮机设计手册》上 319 页图12-12 扭力矩和主轴外径关系曲 线查得D<200（mm） 主轴内孔直径按《水轮机设计手册》320 页上公式12-2 计算： 式中 ：D--主轴外径（厘米） N--主轴传输功率（千瓦） n--主轴转速（转/分） τmax--最大许用应力（千克/厘米2） 初选主轴材料为 ZG20MnSi 其中τmax=55
41、0 （千克/厘米） 所以依据主轴内孔直径公式计算得： 但为了确保主轴有足够刚强度 可将主轴内径按标准直径系列取为400mm 2.5.2主轴结构设计 主轴是水轮机关键部件之一 用来传输水轮机转轮产生转矩（功率） 使发电机旋转 产生电能 同时承受轴向水推力及转动部分重量 它毛坯采取 ZG20MnSi 整锻 因为本机组是大型轴流式水轮机 在主轴内装有操作油管 所以主轴必需要有中心孔 同时 这么空心轴 不仅减轻了主轴质量 提升轴刚度和强度 而且还能消除轴心部分组织疏松等缺点 便于检验 主轴和转轮连接结构在设计中采取转轮上盖和主轴法兰合一
42、结构 主轴一端和发电机相连 另一端和转轮相连 查《水轮机设计手册》上312页表12-3 得轴尺寸以下表2-29： 表2-29 主轴尺寸 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm） D 400 d2 102 R 35 DФ 725 h 100 R1 6 Db 580 h1 115 R2 375 Dp 415 l 45 R3 5 D2 717 l1 45 f 2 D3 410 l2 8 Z 20 d 360 m 1.5 C 12 d′ 360 C1 15 db 68 d1 70 其符号所代表意义以下图2-24所表示:
43、 图2-24 主轴 （其中上边为水轮机端 下边为发电机端） 2.5.3 水导轴承 水轮机导轴承型式很多 现在比较常见有水润滑橡胶轴承;稀油润滑有转动油盘、斜油槽自循环筒式轴承和稀油润滑油浸式分块瓦轴承 其它型式轴承如稀油润滑毕托管上油方法轴承 在中、小型机组中虽有采取 但近期已被斜油槽自循环筒式轴承所替换 干油润滑轴承中国利用不多 查《水轮机设计手册》345页 此次设计中采取稀油润滑分块瓦式轴承 关键是因为以下原因： 稀油润滑分块瓦式轴承即使有密封在轴承下部 转轮悬臂大 成本高 平面部署尺寸大等缺点 但鉴于其受力均匀 轴瓦研刮、调整方
44、便 运行安全可靠 在大中型机组中应用较多其结构图2-25： :图2-25 稀油润滑分块瓦式水导轴承 此次设计中 Nr=2500kW n=125r/min 再参考中国部分运行机组结构参数 其尺寸对应下表2-31： 表2-31 水导轴承 参数符号 数值 参数符号 数值 N（千瓦） 2500 瓦宽B（毫米） 250 n（转/分） 125 瓦数 10 轴颈直径（毫米） 610 B/L 0.8 轴颈直径De（毫米） 738 轴瓦单边间隙（毫米） 0.25 瓦高L（毫米） 666 使用部位 水导 考虑此次设计中 其它部件部署情况 针对以上数值作出了一定变动
45、具体参考总装图中尺寸 另外 对于稀油润滑分块瓦式轴承 此次设计选择将轴领作为主轴轴身上附加物 以后和轴身焊成一体 轴领采取和主轴一样材质铸件或锻件 粗加工后焊于轴身上 并经退火处理 消除焊接应力 退火前主轴内孔灌以铸铁铁屑或黄砂 两端封闭 以降低内孔氧化 轴颈下部开有成一定角度或径向通油孔 当主轴旋转时 此孔起着油泵作用 将经过冷却器冷却后润滑油输送到轴瓦面及轴承体空腔内 工作后热油经轴承体上部油孔和顶部流向冷却器 形成油循环 轴领下部通油孔数目在24~32范围内 孔直径取30mm 挡油箱以上轴领处 开有数个通气孔 以平衡轴领内外侧压力
46、 预防油和油雾外溢 轴领处结构以下图2-26： 图2-26轴颈处结构 此次设计中 油盆选择用A3钢板焊接 并在制造过程中进行煤油渗漏试验 分块轴瓦采取ZG30、滑动面浇注ChSnSb11-6锡基轴承合金 垫板采取30Cr 并有以下制造要求：本体铸成整圈 分割成若干块 合金浇注前挂纯锡 不许脱壳 瓦面粗糙度为8 瓦后面支顶垫板和后面贴紧不许有间隙 垫片热处理HRC35~40 支顶螺丝材料为锻钢35 热处理HRC40 细牙螺纹和螺帽选配 分块瓦轴承体材料为ZG30 支顶螺丝孔中心线和轴心线垂直 轴承体法兰面和分块瓦承托面平行 误差不超出0.
47、03~0.05毫米 2.5.4主轴密封 主轴部分密封装置分两种 一个是机组正常运行中 橡胶轴承压力水箱密封 稀油轴承下部预防机组漏水主轴密封 这一个密封结构形式很多 如盘根、垫料式密封 单层或双层橡胶密封 径向式端面碳精块（尼龙块）密封 水泵密封等等 此次设计中采取是水压式端面密封 这种密封方法检修维护方便 结构简单 工作寿命长 其结构见图2-30 另一个是机组停机检修轴承和轴承下部主轴密封时预防尾水往机坑内泄漏检修密封 这种密封结构形式有空气围带式、机械操作式或抬机密封等多个 在此次设计中采取是空气围带式密封 采取压缩空气压力是4～7 千克/厘米
48、2 其所采取围带剖面尺寸见下图2-27： 图2-27水压式主轴密封 2.6 操作油管 转桨式水轮机转轮接力器操作油管装于主轴中心孔内 通常 操作油管用两根无缝钢管组成内外两个压力油腔 上部接至受油器 下部和转轮接力器活塞杆连接 操作油管外油腔和转轮接力器活塞上部油腔联通 内腔则和活塞下部油腔联通 此次设计中操作油管被分为数段 使用方法兰连接 这关键是考虑到电站部署 主轴和接力器结构改变 为满足动作灵活 加工、装卸方便 依据《水轮机设计手册》中要求 参考已经有电站资料 本水电站操作油管水轮机段得结构图2-
49、28所表示： 图2-28 操作油管示意图 2.7 转轮部分 2.7.1 叶片 叶片由本体和枢轴组成 叶片本体和枢轴连接方法有两种 一个是用分别整体铸造；一个是采取分开铸造 加工后用螺钉或销钉等机械零件组合 因为本机组属于大型机组 所以叶片和枢轴采取分别铸造 然后用螺钉连接 叶片材料为ZG20SiMn 因为该材料抗汽蚀性能差 所以依据电站运行条件 在表面堆焊不锈钢层 以提升转轮抗汽蚀性能 叶片枢轴支承在转轮体上 采取滑动轴承结构 轴承衬为青铜 2.7.2 转轮体 转轮体外表面是过流通道一
50、部分 其内部则装有全部叶片和操作机构 上部和主轴联接 下部接泄水锥 形状较为复杂 在此次设计中转轮体采取ZG20MnSi 整铸而成 转轮体外圆采取球形结构 球形轮毂能使叶片和转轮体表面配合良好 在多种叶片转角下它们之间间隙能够很小 从而减小容积损失 在此次毕业设计中 转轮体和主轴联接时 采取是转轮上盖和主轴法兰合一结构 图2-29转轮结构图 2.7.3 叶片操作机构和接力器 叶片操作机构型式很多 此次设计采取是带直连杆操作架结构 因为其零件数少 结构简单 转轮体高度可降低 故其在水轮机
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