【《某水电站水轮机导水机构传动系统设计案例》3200字】

某水电站水轮机导水机构传动系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u14597某水电站水轮机导水机构传动系统设计案例 115771.1导水机构总体结构的选择与设计 1166171.2导叶 1297781.3绘制导叶布置图 242351.4导叶套筒 4133671.5导叶轴颈密封 5197431.6轴套 6286251.7导叶传动机构 751011.7.1导叶传动机构的选择 7178461.7.2导叶臂 8199551.7.3连接板 9134751.7.4轴套 10147981.7.5分半键 1162201.7.6导叶止推装置 1196651.7.7叉头 12270751.7.8连接螺杆 13253561.7.9剪断销 14184151.7.10叉头销 1412751.7.11端盖 15125261.7.12控制环 151.1导水机构总体结构的选择与设计导水机构在水轮机机组中起着重要作用，它可以改变和形成进入转轮的水流环量，从而改变机组出力，调节流量。在事故停机时，它还可以负责封住进入机组的水流，停止机组转动。导水机构大致分为圆柱式，圆锥式和径向式三种，三种主要的区别主要在于其导叶轴线的布置位置。圆锥式机构和制造较为复杂，且一般应用于灯泡式和斜流式机组上。径向式机构则一般应用于全贯流式机组中。而圆柱式机构结构简单且效率较高，故本次设计选用圆柱式导水机构。1.2导叶导叶的轴颈段数据可根据机组转轮直径，最大水头，导叶的相对高度，查阅参考文献[2]表8-11进行初选，再从表8-9中根据导叶相对高度查取其余尺寸。图4-1导叶轴颈尺寸1.3绘制导叶布置图1.3.1导叶翼型的选择和尺寸导叶有两种翼型，分别是对称型和非对称型，在高比转速轴流式水轮机中采用对称型导叶，其蜗壳不完全包角。在低比转速轴流式和中高比转速混流式水轮机中采用非对称型导叶，其蜗壳为全包角[8]。本此设计中机组转轮型号为HL220，比转速为187.6，直径是7.0m，所以属于高比转速轴流式水轮机，蜗壳为全包角，所以，导叶翼型应选择非对称型导叶。根据参考文献[2]表8-7中的具体尺寸画出导叶翼型图，具体的数据参照表4-2与图4-2。图4-2导叶翼型图1.3.2确定导叶开度a.计算最大开度a0max混流式水轮机额定单位转速的计算为：n根据水轮机模型综合特性曲线，可查得模型转轮的最大开度a0maxa真机的最大开度为530.9mm.b.计算最大可能开度aa真机的最大可能开度为557.5mm.c.计算最优开度a查模型曲线上模型转轮的最优开度a0ya真机的最优开度为409.6mm.d.在全关位置至最大可能开度之间再取4个开度值，共8个开度，分别为全关0mm,100mm,200mm,300mm,409.6mm,450mm,530.9mm.557.5mm。1.3.3绘制导叶布置图和相关曲线根据计算结果取八个开度绘制导叶布置图，在图中标出各个开度对应的的β和γ以及S，对应数据如表4-3。关系曲线图及翼型布置图参考附图中导叶布置图部分。1.4导叶套筒导叶套筒起固定导叶上中轴套的作用，采用HT21-40铸铁铸造而成，结构采用整体圆筒形式。根据参考文献[2]P155页表8-15可参考导叶套筒的尺寸系列。db＝360mm，故本次设计的套筒尺寸参考表4-4图4-3。图4-3导叶套筒结构图1.5导叶轴颈密封导叶轴颈密封的作用是防止泥沙进入，保护轴颈。中轴颈过去采用“U”型密封，现在大多采用“L”型密封，下轴颈则通常采用“O”型密封。具体的结构尺寸根据参考文献[2]P158表8-17，表8-18决定，“L”型密封的结构参考图4-4，尺寸参考表4-5。图4-4L型轴颈密封“O”型密封的结构参考图4-5，尺寸参考表4-6。图4-5“O”型密封的结构图1.6轴套本次轴套设计的材料拟选用尼龙1010，这种材料吸水性小，尺寸较稳定。轴套一共为下轴套，中轴套和上轴套三部分。根据参考文献[2]P162表8-22，可参考上轴套的尺寸。导叶上轴套的结构尺寸参考图4-6与表4-7。图4-6活动导叶上轴套图活动导叶中轴套的结构尺寸参考图4-7与表4-8。图4-7活动导叶中轴套图活动导叶下轴套的结构与尺寸参考图4-8与表4-9。图4-8活动导叶下轴套图1.7导叶传动机构1.7.1导叶传动机构的选择接力器直径d0的计算导叶传动机构的两种不同形式分别为耳柄式传动机构和叉头式传动机构。耳柄式传动机构受力情况不佳，但结构简单，只在部分中小型机组中使用，目前这种小型机组已经较为罕见。叉头式传动机构用途广泛，尤其是在大型机组中十分常用。本次设计中转轮直径为7.0m,属于大型机组，故采用叉头式传动结构。根据参考文献[2]P205页公式9-1，可以得到接力器的直径为dP𝐻——调速系统额定油压(公斤/厘米2)，为25；𝐷1——转轮直径(𝑚)；𝐻𝑚𝑎𝑥——最高水头(𝑚)；b0𝜆——计算系数，由参考文献[2]表9−1查取，为0.14~0.155，这里取0.14。计算得dc取d0为1100mm根据参考文献[2]P164页表8-25，可得叉头传动机构装配尺寸：如表（2）lp的选择参考文献[2]P133页导水机构装配尺寸，得装配实际尺寸如表所示。1.7.2导叶臂导叶臂上方设置端盖，用螺钉将导叶臂与端盖连接在一起，同时导叶臂负责传递转动力矩，使导水机构与导叶一起旋转起来。导叶臂下方设置导叶止推机构，其形式主要为止压推板，与导叶臂配合紧密，防止导叶受到径向作用力而产生位置变化。参考文献[2]P165，得表4-10：根据参考文献[2]P166页表8-27，得导叶臂尺寸，参考图4-9和表4-10：图4-9导叶臂1.7.3连接板连接板的作用就是负责将各个传动机构相连接，主要是导叶臂和叉头。连接板和导叶臂之间有剪断销，连接板本身结构较为简单，且作用比较单一，因此在设计时，其形式无需太过复杂，符合装配需要即可。根据参考文献[2]P167页表8-29有连接板尺寸，参考表4-11和图4-10:图4-10连接板1.7.4轴套此处所设计的轴套套在插头销上，目的是防止插头销与控制环和连接板之间的摩擦，保护机组部件不受损坏。参考文献[1]p168页表8-33有轴套尺寸，参考图4-11、表4-12：图4-11轴套1.7.5分半键分半键设计在导叶和导叶臂之间，用来调整导叶上下端面之间的间隙，其作用是保证在调整导叶上下端面之间间隙的时候，其他传动件不受导叶位置的影响改变位置。根据参考文献[2]P169页表8-34可得分半键尺寸，参考表4-13和图4-12：图4-12分半键1.7.6导叶止推装置导叶安装在机组中就会受到水压从下往上的浮力，那么在浮力的作用下，导叶会像漂在水面上的树叶一样浮起来，在浮力太大即浮力本身大于导叶自身的重力时，导叶会碰到别的导水机构，产生磨损同时影响受力，导致机组损坏，那么为了防止这种情况的发生，在浮力较高的机组中设计导叶止推装置是必要的，怎样判断一个机组的导叶所受浮力大不大呢？通常是根据水头大小来判断，司贝尔水电站运行水头较高，所以此处判断应该设置止推装置。止推装置虽然十分重要，但它的结构通常来说较为简单，只需要在导叶臂上开槽，然后设计止推压板，利用止推压板提供的轴向力来阻止导叶的上下活动，卡住导叶不让它上线活动。材料一般采用铝青铜ZQA19-2。具体尺寸参考文献[2]P157表8-16，但在具体配合时需要根据导叶臂的开槽大小决定，不用完全参考文献推荐数据。如表4-14与图4-13。图4-13导叶止推装置1.7.7叉头叉头的作用是连接连接板和控制环，两端用连接螺栓相互连接，其上有插头销根据参考文献[2]P167页表8-31可得叉头尺寸，如表4-15和图4-14：图4-14叉头1.7.8连接螺杆连接螺杆的作用较为单一，负责连接叉头左右两端，起连接作用。其总体设计尺寸需要根据其余导水机构的具体尺寸决定，设计时参照参考文献即可。根据参考文献[2]P168页表8-32可得连接螺杆尺寸，如表4-16和图4-15。图4-15连接螺杆1.7.9剪断销在叉头传动机构中，需设置剪断销在导叶臂和连接板上，起保护机组的作用，具体工作原理如下，在导叶中间被异物卡住时，因为传动件的操作力增大，在应力增大到之前的1.5倍以上时，应该立即剪断剪断销以保护机组其他部件。剪断销的具体设计尺寸参考文献[2]P170页表8-35，实际设计如表4-17和图4-16。图4-16剪断销1.7.10叉头销根据参考文献[2]P170页表8-36可得叉头销尺寸，如表4-18和图4-17。图4-17叉头销1.7.11端盖端盖通过使用紧定螺钉将其与导叶臂连接在一起，再通过导叶臂与导叶之间的配合即可控制导叶的运动，将导叶悬挂在端盖上。其总体结构简单，无需复杂设计。根据参考文献[2]P171页表8-37可得端盖尺寸，如表4-19和图4-18。图4-18端盖1.7.12控制环控制环