长湖水电站水轮机结构设计毕业论文.docx

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1、长湖水电站水轮机结构设计毕业论文目录摘要错误！未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。目录11绪论3L 1概述31.2设计内容41. 3原始资料42水轮机总体结构设计52. 1转轮的流道尺寸52.2导叶高度及分布圆直径62. 3主轴直径62. 4转轮72.5接力器112. 6叶片操作系统122. 6. 1带操作架的直连杆机构122. 6.2不带操作架的直连杆机构132. 6.3带操作架的斜连杆机构142. 7座环152. 8控制环162. 9顶盖与支持盖172. 10 底环182. 11 主轴191.1 12主轴密封221.2 13水导轴承233导水机构的设计281.3 1导水机构的配合

2、公差与间隙： 283.2 导水机构的装配尺寸283.3 导叶293.4 导叶套筒343.5 导叶轴颈密封及其轴套353. 6导叶的传动机构设计38致谢49参考文献471.1 概述中国水能资源居世界第一位。我国的水能资源理论蕴藏量有6.78亿千瓦，年发电量5.92万亿千瓦时，居世界第一位，有美好的开发前景。到1991年，我国已开发水电装机容量3788万千瓦，年发电量1248亿千瓦时，占经济可开发水电发电量的9.9%o预计，2000年我国水电总装机容量可达9000万千瓦；20002020年再增加9000万千瓦，到2020年累计达1.8亿千瓦；2020-2050年再开发1.1亿千瓦，将我国经济可开发

3、水能资源全部开发出来，达到2.9亿千瓦。水力机组是水电站的核心设备，是整个水电枢纽工程最终经济效益的归宿。但是我国在水轮机设计研究方面仍然未能达到世界领先水平，而且我国研制的水轮机效率低、寿命短，空化空蚀防护措施及减振措施方面都存在不足。因此，水轮机结构设计得是否合理就成为电站能否有效运行得关键。广东省长湖水电厂，即现广东粤电长湖发电有限责任公司，隶属广东省粤电集团有限公司。共装有两台轴流转桨式水轮发电机组，装机容量为76兆瓦，年均发电量约为2.88亿千瓦时。发电厂房位于离北江与翁江汇合口 9千米的翁江下游，于1969年开始兴建，两机组先后于1973年3月28日和1974年6月7日投产发电，这

4、是广东省当时第一台低水头、转桨水轮发电机组，当时这两台机组单机容量均为36兆瓦，2003年对#2机进行了增容改造，容量增加到40兆瓦。本次设计的主要内容是针对长湖水电站的具体情况对其水轮机结构进行设计，在设计中不仅对其总体结构进行了设计，还特别对水轮机的转桨式机构进行了设计。在这次设计中，除了查阅手册外，还查阅了一些国内、外已建成的水电站的资料以作参考。随着计算机技术的发展，利用CAD软件进行绘图已成为设计的主要手段之一。在本次毕业设计中，由于所有的图纸都采用CAD软件进行绘制，所以不仅提高了利用CAD软件绘图的能力，也使得设计的速度大为提高。1.2 设计内容本次毕业设计的主要内容：(一)根据

5、给定水轮机型号和转轮直径等参数进行水轮机总体结构设计1 .按给定水轮机型号和转轮直径等参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机的埋入部件进行结构设计；2 .确定水轮机主轴尺寸和接力器尺寸；3 .根据机组的型式和电站的自然条件进行主轴密封和水导轴承的设计；4 .合理布置控制环的结构以及选择合适的补气装置。5 .绘制水轮机总装配图及主要机构的组装图和零部件图。(二)导水机构传动系统的设计1 .根据机组的型式设计导水机构；2 .绘制导水机构装配图及导叶布置图；(三)叶片操作机构的设计1 .根据机组布置形式选择叶片操作机构；2 .设计选择叶片密封形式。1.3原始资料单机容量设计水头吸出高度37.5MW

6、28(m)-6.5 (m)本次毕业设计的基本参数如下:水轮机型号：ZZ440-LH-450额定转速：150 (rpm)设计流量：153 ( m3/ s )安装高程：18.5 (m)2水轮机总体结构设计2.1 转轮的流道尺寸根据水轮机设计手册我国暂行水轮机型谱表11-1查得ZZ440的流道尺寸如下表2-1,表2-2,表2其符号表示意义如图2-1, 2-2所示:转轮流道尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Di4500r23037.5Zi6d22025D（）5250d32025Z。24d42025b（）1687.5hi938dB2250h31392.8Ri1237.5h51638表2-2转轮

7、室的尺寸参数符号数值（mm）计算参数数值（mm）Ri225h4364.5R2450h5248.4也1732.5Di4500R （球）2250d24378.5hi938.3D34414.5h2693a8dl()1图2T转轮流道尺寸图2-2转轮室流道尺寸2.2 导叶高度及分布圆直径导叶高度为:b0=0.4Dl=1800（mm）,分布圆直径 D0=1.16Dl=5250（mm）,导叶转角0。50。本机组属于低水头高比转速轴流式水轮机,导叶选择对称型翼形，导叶数目Z=24。2.3 主轴直径根据机组的扭力矩初选主轴的外尺寸，扭力矩公式:M = 97400 （公斤厘米）n式中：n代表主轴传递的功率（千瓦）

8、n代表主轴转速（转/分）由原始资料得：N=37.5MW=37.5x103KW, n=150r/minM = 97400 = 97400 9= 2.44xl07 （公斤厘米）n150根据扭力矩与主轴外径的关系曲线查得D=748 （mm）,根据薄壁轴的标准外径系列，取标准值D=750 （mm）主轴内孔直径按水轮机设计手册上的公式计算：496102NDnTmax式中：d主轴外径（厘米）N主轴传递的功率（千瓦）n主轴转速（转/分）496102x37.5x103x75150x550Tmax最大许用应力（公斤/厘米2）初选主轴的材料为ZG20MnSi,其Tmax=550公斤/厘米2所以根据主轴内孔直径公式

9、计算得：=61.9 （匣米）但为了保证主轴有足够的刚强度，将主轴内径按标准直径系列取为450mm o2.4 转轮轴流转桨式水轮机的转轮由转轮体、叶片操作机构、叶片等组成。（1）叶片叶片由本体和枢轴构成。叶片本体与枢轴的连接方式有两种。一种是用分别整体铸造；一种是采用分开铸造，加工后用螺钉或销钉等机械零件组合。由于本机组属于大中型机组，所以叶片和枢轴采用分别铸造,然后用螺钉连接。（2）转轮体转轮体上装有全部叶片和操作机构，上部与主轴联接，下部接泄水锥，形状较为复杂。在本次设计中转轮体采用15MnMoVCu整铸而成。转轮体外圆采用球形结构，以减少容积损失。在本次毕业设计中，转轮体与主轴联接时，采用

10、的是转轮上盖与主轴法兰分开的结构。（3）叶片操作机构与接力器叶片操作机构的型式很多，本次毕业设计采用的是无操作架的结构。在后面会专门有叶片操作机构的设计。叶片操作机构接力器的活塞直径根据操作油压确定。活塞杆的尺寸即要满足强度的要求，还应满足操作油管布置的需要。活塞杆的具体尺寸由表23给出，表中参数符号所代表的意义如图23和图2-4所示。表2-4给出了活塞的尺寸值，表中参数符号所代表的意义见图2-5活塞环示意图。表23活塞杆的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）159d144D165hi55.0Jd2xt242x5h230d3、t3114x5h.320d465h410Z2h525d513

11、070d6146h71040b40dg/4”直管牙R6d943k1dio94ki2duMIO88九102DS=S135九22S215图2-3活塞与活塞杆图24油管连接法兰表2.4活塞尺寸参数符号数值(mm)dp2322H485乩353图2-5活塞环(4)叶片密封叶片密封采用型密封，因其结构简单，装拆方便。其尺寸如下表2-5所示：表2-5型密封尺寸参数符号Di数值(mm)862-0-7参数符号数值(mm)10D2798+0.243D38301111内圆紧量1.52.211外圆紧量0.631.3(5)泄水锥由于本次设计的机组属于大中型机组，故泄水锥采用钢板焊接的泄水锥。2. 5接力器本次毕业设计所

12、选转轮直径为4.5米，属于大中型机组，故本次毕业设计采用单导管直缸接力器，其将布置在水轮机机墩内，操作油压采用外=25公斤/厘米2。接力器直径4 = 430噜Z互式中：D1转轮直径“max最高水头%/口导叶相对高度PH调速系统的额定油压X一计算系数从水轮机设计手册中的表查得入=0.15, Ph =25公斤/厘米2,Wmax=39.2m, bQ / D =0.375,39.2x0.375 八” 世d =0.15x4.5x J=0.518 木cV 25根据接力器直径系列取dc=550(mm),其主要特征尺寸如下表2-6所示，表中参数符号所代表的意义由图2.6给出。表2-6接力器尺寸参数符号数值(m

13、m)参数符号数值(mm)de550Z38d140d3M20di140d4M140x31070dd2202980H430Z212K275d?(j)46S0.5-0.753190275-412.5图2-6单导管型式的直缸接力器2.6叶片操作系统叶片操作系统的结构型式有很多种，它们随着接力器的布置方式的不同而不同，比较常用的有三种。一种是带操作架传动的直连杆机构；一种是不带操作架的直连杆机构；还有一种是带操作架的斜连杆机构。这三种结构型式各有特点。2.6.1带操作架的直连杆机构这种结构一般用在叶片数为46的中小型机组中，其结构特点如下:（1）叶片转角在中间位置时，转臂水平，连杆垂直，动作中操作架圆周分力较小。（2）转臂与叶片用圆柱销传递转矩，径向位置由卡环定位，转臂下部开口，用螺钉夹紧，便于装拆和紧固卡环。（3）连杆采用二块夹板，连杆销受力均匀。（4）操作架上带有耳柄，便于装配中调整，耳柄与操作架配合端面有限位销，防止耳柄固定时与夹板产生偏卡。（5）操作架多数采用“工”字形或单层壁加筋结构。这种带操作架的直连杆机构的运动简图如图2-7所示。, 6 max