水电站轮机结构设计分析报告

1、专业文档水电站轮机结构设计分析报告这次毕业设计的主要内容是进行水轮机结构设计， 设计的对象是大峡水电 站的轴流转桨式水轮机。本次设计是在给定水轮机基本参数的前提下，通过查阅相关的设计手册， 对水轮机的结构进行设计。设计的主要内容有三部分，第一部分是对水轮机进 行总体结构的设计，其中包括了座环、主轴、接力器等由水轮机设计参数确定 的部件。由于大峡水电站的机组是转桨式的， 所以在这一部分中还包括了叶片 操作系统的设计。第二部分是对导水机构进行设计。这部分主要是根据接力器 直径设计导水机构传动系统。最后一部分则是根据设计手册上推荐的方法对主 要部件进行强度校核。其中，导叶的校核采用编程计算。由于本次

2、设计采用了计算机绘图，因此使得设计过程变得简单快捷。第1章前言1.1概述.1.2设计内容1.3原始资料第2章水轮机总体结构设计.2.1转轮的流道尺寸2.2导叶高度及分布圆直径.2.3座环高度2.4主轴直径2.5主要部件的结构2.5.1转轮2.5.2接力器2.5.3导叶2.5.4座环.2.5.5顶盖与支持盖.2.5.6底环.2.5.7主轴2.5.8主轴密封.2.5.9水导轴承.2.5.10控制环2.6叶片操作系统.2.6.1带操作架的直连杆机构2.6.2不带操作架的直连杆机构2.6.3带操作架的斜连杆机构第3章导水机构运动系统的设计.101820211923252931313232343.1导叶

3、开度343.2导水机构传动系统的设计.353.2.1导水机构的装配尺寸:353.2.2导水机构的配合公差与间隙:363.2.3.导水机构的传动部分。36第4章强度校核.454.1主轴的强度校核454.1.1基本参数的意义:454.1.2轴身应力计算：.454.1.3薄壁轴法兰与轴身联接处应力的计算:474.2导叶强度的计算5256附录1:导叶校核程序56附录2:导叶部分断面复核程序61附录3:程序中各符号所代表的意义65第1章前言1.1 概述水能不仅是清洁的能源，而且是可再生的资源。目前水力发电在全世界范 围内得到了优先开发，尤其是挪威、巴西等国，水力资源的开发几乎达到了百 分百。而水电站作为

4、水能开发的主要手段，它能否经济、高效的运行对水能的 利用程度有很大的影响。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。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。大峡水电站位于甘肃省兰州市以东中心河道距离 65km处，是一个以发电 为主，兼有灌溉、航运等综合效益的大型工程。电站装机 4台，机组全为轴流 转桨式。本次设计的主要内容是针对大峡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

5、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，也使得设计的质量大为提高。1.2 设计内容本次毕业设计的主要内容：（一）根据给定水轮机型号和转轮直径进行等参数进行水轮机结构设计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, 对水轮机埋入部件进行结构设计；2. 确定水轮机主轴尺寸，并进行强度校核计算；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绘制水轮机总装配图及主要部件的组装图和部件图。（二）导水机构传动系统的设计1. 根据机组的型式进行导水机

6、构的设计；2. 绘制导水机构装配图及导叶布置图；3导叶强度计算。（三）叶片操作系统设计1. 根据机组的布置型式进行叶片操作系统的设计；2. 绘制叶片操作系统装配图及叶片操作系统原理图；1.3原始资料本次毕业设计的基本参数如下: 单机容量： 水轮机型号： 设计水头： 设计流量： 额定转速： 吸出高度： 安装高程：77.3MWZZF23-LH-70023(m)369.688.2-5.5(m3 3 S)(rpm)(m1444.7(m第2章水轮机总体结构设计2.1转轮的流道尺寸表1转轮流道尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Di7000R26636Zi5d23269Do8100d33045Zo

7、24d43045bo2800h11715dB3150h2861Ri1652h32086其符号所代表的意义见下图1：表2转轮室的尺寸参数符号数值（mm）计算参数数值（mm）R1525h21491R2861h36965R31834h4728R46608D26608R （球）3500D49100h11715a110其符号所代表的意义见下图2：D0 Zo图1转轮流道尺寸图2转轮室流道尺寸2.2导叶高度及分布圆直径由上一节可知，导叶高度为：b0=0.4D1=2800（mm）分布圆直径 D0=1.16D1,所以D0=1.16D1=8100（mm,导叶转角0°50°。由于本机组属于高比转

8、速 轴流式水轮机，所以导叶选择对称型翼形，导叶数目Z=24。2.3座环高度表3 座环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Db9250Hi=b0+302830Da107505300k100Y31.50R600其符号所代表的意义见下图3:图3座环,.1鼻£2.4 主轴直径主轴的外尺寸可以根据机组的扭力矩初选，扭力矩按以下公式计算:NM = 97400（公斤厘米）n式中：N 代表主轴传递的功率（千瓦） 代表主轴转速（转/分）由原始资料得：N=77.3MW=77.：3 103KWn=88.2r/min3所以,M =974OON =9740077空型=8.54X1O7（公斤厘米）n88

9、.2根据扭力矩与主轴外径的关系曲线查得D=1155 （mm，根据薄壁轴的标准外径系列，取标准植 D=1200（ mm主轴内孔直径按水轮机设计手册上的公式计算：d* 一Vnmax式中：D主轴外径（厘米）主轴传递的功率（千瓦） 主轴转速（转/分）T max最大许用应力（公斤/厘米2） 初选主轴的材料为ZG20MnSi其t max=550公斤/厘米2 所以根据主轴内孔直径公式计算得：d #204 _496102x77.3>d03x12088.2x550= 1029（厘米）但为了保证主轴有足够的刚强度,800mm。可将主轴内径按标准直径系列取为2.5主要部件的结构2.5.1转轮叶片操作机构、叶片

10、等组成。轴流转桨式水轮机的转轮由转轮体、（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 ZG20 Mn Si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不带操作架的

11、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。专业文档表4活塞杆的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）di245d148D250h168-0.1d2X t 260 X 6h236dsX t3159 X 6h325d475h412Z3h535d5180h685d6210h710d758b52d82”R6d962k3di0135k12diiM1258di2140S=S 148di334S220其符号所代表的意义如下图4和图5:iri glliF11专业文档rillHI .、 '

12、- 、图5油管连接法兰1JzI十L mf 1hA-、上一I 1:jen'T*厂-2图6活塞环表5活塞尺寸参数符号数值(mm)dp2322H485Hl353其符号所代表的意义见图6。(4) 叶片密封叶片密封采用“入”型密封，因其结构简单，装拆方便。其尺寸如下表所示:表6“入”型密封尺寸参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)D1061+1d9C21000+0.13e44+0.2D31030f2a11.5R3b10内圆紧量1.87 2.1c12.5外圆紧量0.8 2(5) 泄水锥由于本次设计的机组属于大型机组，故泄水锥采用钢板焊接的泄水锥。2.5.2接力器由于本机组的转轮直径已达7米，属于

13、大型机组，故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Ph =25公斤/厘米2。接力器直径de =NDi IH maxbo / DiPH式中：Di转轮直径H max最高水头bo/Di 导叶相对高度 Ph 调速系统的额定油压入一一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，Hmax=31.4m,b0 / D1 =0.4丿31 4X04dc=0仞7 彳一25-"744（米）根据接力器直径系列取dc=750(mm),由于其采用单导管型式的直缸接力器，其主要特征尺寸如下表：表7接力器尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc750乙8d19

14、0d3M24di190d4M190X 311450dd30021340H550Z216K420d2© 52S0.5-0.753220dc375-562.52.5.3导叶导叶的材料采用ZG14Cr5CL铸造，该材料适用于制造水轮机导叶，其强度极限为（T > 570兆帕。（1）叶形圆柱式导水机构的导叶叶形，通常有对称形和非对称形（正曲率）两种标 准叶形。由于对称形导叶一般使用于具有不完全包角的高比转速轴流式水轮机中，故本设计中采用对称形的叶形。由水轮机设计手册中查得对称形导叶 叶形的断面参数如下表：表8导叶叶形的断面尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D7000r80.6D

15、08100R1271Zo24Ra214a102.9R487b124.7f112c129.9L1584d124.7L2622e113.1L1206do195.4q25m103.5t15k10.3其符号所代表的意义见图 &图8导叶叶形断面（2）导叶的结构系列尺寸和轴颈选择导叶的轴颈可按机组的转轮直径 D,使用水头H （指最高水头），导叶的相对高度bo/Di，从手册中初选轴颈db,选得db =230（mr）再根据db=230mm专业文档从手册中查得导叶结构的其它尺寸如下表:表9导叶结构的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db230hB260da190hc385di240hi25dc

16、210h2225d2220h390dm60h420d3M48h58d458H参考1172d5208.5Ri115hA190Ra95其符号所代表的意义见下图9：d5R1 1h3（3）导叶的密封结构导叶关闭后，导叶体的立面应该很好的密封。由于本机组属于大型低水头 的机组，因此采用圆橡皮条直接镶入鸽尾槽内封水， 这种结构制造简单，但只 适用于40米水头以下的机组，因为水头太高会把圆橡皮条冲掉。圆橡皮条和 鸽尾槽的尺寸如下表：（由于导叶体较高，可在中间加焊数段钢筋，使橡皮条 分段固定。）表10圆橡皮条和鸽尾槽的尺寸参数符号数值（mm）d16a12b12.7c3其符号所代表的意义如下图10所示:44图1

17、0导叶的密封结构专业文档（4）导叶套筒导叶套筒是固定导叶上中轴套的部件，一般都采用 HT21 40铸铁铸造。 套筒结构与主轴材质、密封结构和顶盖的高度有关。目前多数采用整体圆筒的 模式，因为本次设计的机组的水头不是很高， 所以不考虑在导叶套筒上增设导 叶止推装置。本次设计中采用的套筒的尺寸大小如下表：表11导叶套筒尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db230d9385d1560d10M24d2365h52d3230h140d4250h2230d5260h3105d6480Z8d740H参考840d88其符号所代表的意义如下图11所示:06（5）导叶轴颈密封及其轴套导叶轴颈密封多数装在

18、导叶套筒的下端，目前不少机组中已改用“L”型密封，实践证明，封水性能很好，结构简单。其尺寸大小如下表:表12“ L” 型密封尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db23018237d1d2223 280其符号所代表的意义如下图12：d22图12 “L” 型密封下轴颈密封一般导叶下轴颈的密封主要是防止泥沙进入，发生轴颈磨损。 采用“O'型橡皮圈密封结构，其尺寸大小如下表：表13“0”型密封圈尺寸参数符号数值（mm）db230D190d10其符号所代表的意义如下图13所示:图13 “0”型密封圈（6）导叶轴套导叶轴套大多数都采用铸锡青铜铸造， 加注黄油润滑。目前已广泛采用具有自润滑

19、功能的工程塑料代替，这样不仅简化了结构，而且节省了大量的有色金属，降低成本。本次设计中采用复合轴套，即采用HT18-38作套，内表面涂复尼龙1010制成复合轴套S '值指复合轴套尼龙层厚度的参考值。a）上轴套尺寸系列如表14所示:表14上轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc210h105d1210h18d2230h212d3229.65，1d4270其符号所代表意义如下图14所示:专业文档d4trd1d2d3图14上轴套b）中轴套尺寸系列如表15所示:表15中轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db230h230d1230h140d2250h28d3249.

20、6d58d4260A，1其符号所代表的意义如下图15所示:d31图15中轴套专业文档c）下轴套尺寸系列如表16所示:表16下轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）da190h190d1190h18d22105，1d3209.6其符号所代表的意义如下图16所示:d2d1d3图16下轴套2.5.4座环（1）与混凝土蜗壳连接的座环型式很多， 本设计中采用的是整体结构的座环。（2）座环的铸造应符合一般大部件的铸造技术条件，其加工面的光洁度和公 差要求参见下图：图17座环此外，还需对制造质量提出如下要求：a）所有过流表面打磨光滑，相当于光洁度3；b）固定导叶进口端节距误差不超过 0.0015D

21、a；C）顶盖与底环把合面平行度误差不超过 0.025毫米/米；d）分瓣结构的合缝面光洁度为 5,合缝面间隙一般不超过0.05毫米，局部允 许有0.150.3毫米间隙（深度小于接合缝的1/3,长度不超过接合缝总长的2.5.5顶盖与支持盖顶盖与支持盖是水轮机的主要部件， 要求有足够的强度和刚度，因此再此 次设计中采用了焊接顶盖，材料 ZG30。支持盖和顶盖见下图：专业文档+T、/顶盖8顶盖=附2 % “鼻iW- ；1、；->图19支支持盖2.5.6底环底环是一个扁平的环形部件，固定于座环上，设计时主要考虑刚度，不作18强度计算。底环都采用ZG30铸造，而且由于本次设计对象所处的流域属于多 泥

22、沙河流，故在底环的过流表面应铺设抗磨板。本次设计中的抗磨板采用 毫米厚的A3钢板。由于受运输条件的限制，本次设计中的底环应分四瓣铸造,底环大概结构见下图:ilLJ2.5.7主车由（1）主轴主轴是水轮机的主要部件，它的毛坯采用 ZG20 MnS整锻。由于本机组是 大型的轴流式水轮机，因此在主轴内装有操作油管，所以主轴必须要有中心孔。 主轴与转轮的连接结构在设计中采用转轮上盖与主轴法兰分开的结构。主轴一端与发电机相连，另一端与转轮相连。轴的尺寸如下表：表17 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）D1200d2188R12061830h240R30Db1575h127

23、0R>350DP1220l60R5D21815l 185f2C31300l 212Z20d1100s300c16d，1100S1360C120db125a35C24di130m2其符号所代表的意义如下图21所示:专业文档I图21主轴端机轮水-出/;rDoDP：DDoh15、.专业文档（2）联轴螺钉的尺寸：（根据主轴的外径选取）表18联轴螺钉参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）螺钉M120X 415455l600db1251,545D185lo300h85l1120d1114I2130d2112I5510s160其符号所代表的意义见下图22：Ci X 45:iBL0-5-2.5.8主轴

24、密封主轴部分的密封装置分两种，一种是机组正常运行中，橡胶轴承压力水箱 的密封，稀油轴承下部防止机组漏水的主轴密封。这一种密封的结构形式很多，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。在本次设计中采用的是水压式端面密封，其结构见下图23。另一种是机组停机检修轴承和轴承下部主轴密封时防止尾水往机坑内泄漏 的检修密封。这种密封的结构形式有空气围带式、机械操作式或抬机密封等多种。在本次设计中采用的是空气围带式密封，采用的压缩空气压力是47公斤/厘米2,其所采用的围带的剖面尺寸见下图24:排水压力水i17喙pgmiIL2.5.9水导轴承水轮机导轴承型式很多，

25、目前比较常用的有水润滑的橡胶轴承 ；稀油润滑 带有转动油盘、斜油槽自循环的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式轴承，在中、小型机组中虽有采用，但近 期已被斜油槽自循环的筒式轴承所代替。 干油润滑轴承国内运用不多。考虑到 本电站的水质不干净、含沙量大，清洁水源少，所以采用了稀油润滑筒式轴承。tLA .r-'、JT'11-yL-J图25水导轴承(1) 轴瓦高度L统计资料表明，轴瓦高度与直径的比值都在 0.51的范围内，一些试验资料表明轴承的摩擦系数在上述范围内数值最小。所以轴瓦高度L= (6001200)毫米，参照水轮机设计手册中的表 131

26、4最终取L = 750mm。(2) 油槽升角P模型试验的资料表明，油槽升角P对上油量有一定的影响。目前设计中采 用的油槽升角一般为50°700,实践表明上油效果很好。在体外冷却的方式中， 采用P = 500，所以本次设计中取P = 500。专业文档牡/亠图26油槽升角（3）油槽截面尺寸和槽数为了减少润滑油在油槽中的阻力，并保证相邻油槽间的瓦面上都能得到充 分的润滑油，形成油膜，故采用下图 27所示的油槽形状。表19油槽截面尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）a7Ri1b25R22.5c15Z8E2（4）轴承体上合金浇注层槽形轴承体内壁加工有浇注巴式合金的纵向和环形槽，以保证合

27、金与轴承体严密贴合，防止脱壳。轴承体上合金层不宜太厚。较厚的合金层不仅增加合金材料的消耗，也会 导致瓦面受热后相对变形增大，影响轴承间隙，增加磨损。目前设计中一般取5= a + （4 6）毫米=13（毫米）S 合金层厚度（毫米） a斜油槽的深度（毫米） 合金浇注槽的尺寸大小如下表20所示：表20合金浇注槽的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）13H40h4Z20Li30Z14L2142.5R5li14c4I250其符号所代表的意义见下图28:CX45°按中心线Z等分X-:LDP图28合金浇注槽专业文档(5) 轴承间隙轴承总的平均间隙一般可参照下面的经验公式决定:6= 0.10

28、：2Dp（毫米）1000式中Dp主轴直径6= 0.15 + °."12°° =0.39（毫米）1000(6)冷却方式与冷却装置的确定稀油润滑筒式轴承一般都装有冷却装置，在本次设计中选用了体外冷却的 方式。这种冷却方式目前米用较多，这种结构中通常由冷却器、挡油箱、溢流 板、挡油管等组成。冷却器多数采用黄铜管，在布置条件许可下排列成扁方形, 可以降低挡油箱的高度。挡油箱、溢流板、挡油管的作用是保证热油都能经过 冷却器后再经回油管返回转动油盆， 以改善冷却效果。此外，挡油箱还可以避 免上部油箱中的循环油随着主轴旋转而飞溅出来。在本机组上，挡油箱采用钢 板焊接，

29、把合在轴承体上。(7)确定稀油润滑筒式轴承的尺寸查水轮机设计手册确定稀油润滑筒式轴承的尺寸如下表21所示:表21稀油润滑筒式轴承尺寸参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)Dp1220t5L750E2Da1850F80Db1900t112Dd1450Z032h420d0M42H950Z268b50d2M4250.4其符号所代表的意义如下图29所示：e/2;一厂勿IJL 加LlDdDbt1邂MSPDaZ一亠 d0 Z02图29稀油润滑筒式轴承2.5.10控制环控制环是传递接力器作用力，并通过传动机构转动导叶的环形部件，在本 次设计中采用ZG30铸造，由于该件尺寸太大，可采用分瓣铸造的结构。其结构

30、尺寸见下表22:表22控制环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Dc5600R18Zo24S35Dy5750表23 大耳环处尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1190h170d2185h2220d3380其符号所代表的意义如下图31所示:图31大耳环处尺寸表24小耳环处的尺寸:参数符号数值（mm）d2110Dhi100R110其符号所代表的意义如下图32所示 -7-1-八/?八XZZZ<x/；/乞J .” M f 小322.6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

31、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。 这种结构的运动简图如下图33:-0 maxt-f

32、图33运动简图2.6.2不带操作架的直连杆机构这种结构一般用在叶片数为45的大型机组，它的结构比带操作架的机 构紧凑，重量轻，但转轮体加工工序比较复杂，周期长。其结构特点如下：(1) 取消操作架，连杆和转臂由接力器活塞直接带动。(2) 活塞上下运动由装在活塞上的套筒和装在转轮体的铜套引导。(3) 采用耳柄式的整体连杆。这种结构的运动简图见桨叶操作系统原理图。本次设计中采用的桨叶操5个叶片的大型机组，且采用这种符合现代转桨式转轮的发展要作系统正是这种结构，因为设计的对象是有 结构可以减少维修的工作量和转轮体的重量, 求。263带操作架的斜连杆机构其结构特点如下:这种结构多采用于叶片数较多的转轮中

33、，(1) 叶片转角在中间位置时，转臂与连杆都有较大的倾斜角，运动中操作架 受较大的圆周分力。限制操作架的导向键的数量和接触面积都比直连杆多。(2) 转臂有效臂长增加，接力器直径可缩小，行程增大。(3) 耳柄与操作架在固定螺帽处有卡板限位。这种结构的运动简图如下图34：图34运动简图在转桨式转轮设计应力求减少轮毂比， 即缩小转轮体的相对尺寸，同时减 少转轮的重量。本次设计对叶片操作系统的选择已力求满足上述要求。第3章导水机构运动系统的设计3.1 导叶开度根据水轮机的型号、转轮直径，确定最大可能开度所要求的接力器行程,从而确定传动系统的参数。原始资料:水轮机型号：ZZ(F23) LH 700转轮直

34、径:D1 = 7000mm设计水头:设计流量:H r = 23m3Qr = 369.6m /snr =88.2r/min所以额定工况时的单位转速和单位流量分别为:额定转速:nirnr D18827= =128.7(r/min)Jhr723369 63Q'1r= 广 = 4二 =1.57( m3/s)=1570(l/s) D1 jHr 72xJ23Qr根据n'ir ,Q'ir查ZZF23LH 7000的模型综合特性曲线得模型得最大开度:a0max(M)=31(mm)因为：ZoM =24 Zo =24 Do =81 00mm) Dom =407(mm)所以换算成真机的最大开

35、口值为:Do8100a0m八a0max(M)D7=3仔石=617(mm)真机的最大可能开度为:a 最大可能=1.O5aomax =1.05咒617 =647.9(mm)取设计水头下的单位转速与最优效率点对应的开口值为最优开口aoy，根据设计水头Hr下的单位转速n'ir =128.7(r/min)查模型特性曲线得:a0y(M)=24(mm)所以真机得最优开口为:Do8100aoy =a0y(M) =24x =4 7 76(mm)Dom4073.2导水机构传动系统的设计3.2.1导水机构的装配尺寸:X.图35导水机构上图所示导水机构的装配尺寸大小如下表 25所示:表25导水机构的装配尺寸参

36、数符号数值(mm)参数符号数值(mm)Do8100Lh1033Zo24Ip47042ole727De5600Dy57503.2.2导水机构的配合公差与间隙:(1) 导水机构的配合公差参见导水机构装配图。(2) 配合间隙：导叶立面间隙。立面不装密封橡皮条时，一般间隙为零，由于本机组是大 型机组，因此允许在导叶高度约1/4的范围内有不大于0.15毫米的局部间隙。还应导叶与顶盖及底环配合面的端面间隙。根据水轮机的转轮直径与使用水头 查表得导叶的端面间隙为 0.61.2mm，该间隙值是指上下端面间隙相等的单 边间隙值，具体设计选用时，即要考虑顶盖刚度对导叶端面间隙的影响， 考虑导叶在水压力作用下可能向

37、上浮起，使间隙减少。局部间隙值。环形部件的合缝面应贴合，对于本机组来说，一般局部间隙 不应大于0.15mm,间隙深度不应大于测量方向的1/3,长度不超过合缝面总 长的20%。323.导水机构的传动部分。由于叉头传动机构的受力情况良好， 适用于大、中型机组，所以在本次设 计中采用了叉头传动机构。叉头传动机构主要由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺帽、分半键、剪断销、轴套、端盖和补偿环等组成。叉头传动机构的各个部件的尺 寸主要根据接力器直径选定。先根据第二章计算得出的接力器直径选得的叉头 传动机构的装配尺寸如下表26所示。表26叉头传动机构装配尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d

38、e750den80D4/de4Zo24d2110D3/jddiM80 X 4h80dn100D/dehi100然后根据叉头传动机构装配尺寸查出传动机构的各个零件尺寸。叉头传动机构结构图与尺寸如下：（1）导叶臂结构图如下图:HlDf 1X45°Ci X45°© iD2ZX45。20°d4k'dmR图36导叶臂其符号所代表的尺寸大小如下表27:表27导叶臂尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db230H270-0.5Dc210DL1225Di310dh125D2340h345D3310e60D4340K10d2260R130dm60Df12d

39、3M24T0.3d432表28导叶臂销孔尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dcn80DC12R110h80B300h1100（2）连接板的结构如下:2X45°D1X45°0X45°cX45°DCn CX45表29连接板的结构尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Di310DR290Ri190h80K0.03h1100D cn8OD4l30D2110D3I1 =12120di150c1.5d2M24（3）叉头的结构如下图:d4图38叉头11叉头尺寸如下表30：表30 叉头尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1M80 X 4L215

40、d2100DL1135d395DR90d4145r20H210r110h30C12h140s32（4）连接螺杆的结构见下图:L（设计时确定）连接螺杆的尺寸大小如下表图39连接螺杆31:表31连接螺杆的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）diM80 X 4b30d290bi8d374r2s80c3l190（5）轴套的结构见下图:diCX 45°1CX 45°图40轴套其尺寸大小如下表32所示:表32 轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dn100D110d2110jdhi10di115（6）分半键的结构见下图:BTh4'NCX45°/b1

41、、斜度1： 100图41分半键上述分半键的型式是水轮机设计手册推荐使用的b型式的分半键，其结构尺寸大小如下表33：表33分半键尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc210b27.7dm60K5L225c1.5B58b132.9l1285h225I2230h340h10h410(7) 剪断销的结构如下:d3倒圆角R0.5图42剪断销剪断销的尺寸如下表34:表34剪断销的尺寸参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)D cn80dc4r1.5d30hi6.5d279h215d390h80d480l76b6L175bi5(8) 叉头销的结构如下图所示:图43叉头销叉头销的尺寸大小如下表35:

42、表35叉头销的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dnlOOdch212dlOOgbD88di95gbb4.5d299R2d391c4h128do4hi46r2H214（9）端盖的结构如下图所示:d311d4 _ 1'11hlrd2 JJ11d11均布3- ©2- © 1图44端盖端盖的尺寸大小如下表36:表36端盖的尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db230h138d1370R105d22121M36d390226d4d5h52260483d664130(10) 补偿环的结构见下图:diih图45补偿环补偿环的尺寸大小如下表37:表37补偿环的

43、尺寸参数符号数值(mm)110di125第4章强度校核4.1主轴的强度校核4.1.1基本参数的意义:N （千瓦）主轴传递的最大功率:nH （转/分）np （转/分）水轮机的正常转速:水轮机的飞逸转速:轴向水推力:转轮重量:轴自重:Pz （公斤）Gl（公斤）Gz（公斤）总轴向力:轴身外径:P = Pz +Gl +Gz （公斤）D（厘米）D0（厘米）Df （厘米）Db（厘米）轴身内径: 轴法兰直径: 联轴螺钉分布圆直径:法兰厚度:联轴螺钉数:hi （厘米） z （厘米）4.1.2轴身应力计算:此次设计的主轴材质为ZG20 MnSi,查水轮机设计手册可得该轴身的许用 应力：T = 500 （公斤/厘

44、米2）, （T np=1000 （公斤/厘米2）。主轴传递的扭矩：37731037M k = 97400 咒 = 8.54 心088.2（公斤厘米）水轮机的轴向水推力为:Pzmax =0.87x314x72 x31.4x104 =1.05x107(N)44轴身抗扭断面模数:Wz=荀诗43.14>d203=2.72105(厘米3)扭应力: 丁 Wr=H黑卜313（公斤/厘米2500（公斤/厘米2） 转桨式水轮机转轮总量的估算:Gl =1.4dBHmaxD12.6 =1.4咒 0.45咒31.40.1 x72.6 =133.8(吨)主轴总量:GZ =(0.4 0.6)Gl取 Gz =0.5G

45、l =0.5x133.8 =66.9（吨）则水轮机总的轴向力：P =Pz +Gl +Gz =Pz +9.81X103 x(Gz +Gl)P = 1.05X107 +9.81X103 x(133.8+66.9) =1.25咒 107(N)即P = 1.25心06（公斤）轴身断面面积：Fz =M(D2 D。2) =-(1202 802) =6280(厘米 2)44轴身应力 扭应力:仁皿=8.54勺05 =313（公斤/厘米2）虫50（公斤/厘米2）W2.72 勺05 由轴向力引起的轴身拉应力为:4x1.25007bb V=話盘5=3.4爲湍r199°4（牛/厘米2"19（公斤/厘米2） 则轴的相当应力为:crnP =Jcrb2 +4T2 =J1992 +4 X3132 =656.9（公斤 /厘米 2 1000（公斤 /厘米 2）故主轴的轴身的应力满足设计要求，其外径为1.2米，内径为0.8米。1p4.1.3薄壁轴法兰与轴身联接处应力的计算:图46主轴法兰（1）计算法兰实际预紧系数按