福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计.doc

1、2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目仙游电站水泵水轮机结构设计专业热能与动力工程班级动093班学生指导教师教授2013年福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计2福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计摘要抽水蓄能电站在电网中担任填谷调峰的关键作用，对提高电网供电质量和电网灵活性有着十分重要的意义。安装在抽水蓄能电站的水泵水轮机，需要根据电网的调度在水轮机和水泵两种工况间转换运行，以此完成调频调峰等重要任务。由于水头高、转速高、容量大、运行工况复杂、起停频繁等特点，因而决定了水泵水轮机在结构上表现出独有的特征福建仙游蓄能水电厂从电站规模、机组容量及高水头水泵水轮机等方面而言，都

2、是极具代表性的抽水蓄能电站。本次毕业设计就是以该电站为对象，通过查阅相关资料及水轮机设计手册，辅助以CAD绘图工具，对其混流式水泵水轮机结构进行设计，绘制了总装配图，导水机构装配图，导叶布置图，主轴零件图。关键词福建仙游蓄能电站,水泵水轮机,结构设计,CAD2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）THESTRUCTURALDESIGNOFPUMPTURBINEINFUJIANXIANYOUPUMPEDSTORAGEPOWERSTATIONABSTRACTPUMPEDSTORAGEPOWERSTATIONPLAYSAPIVOTALROLEINPEKACLIPPINGOFPOWERGRID，B

3、EINGSIGNIFICANTTOIMPROVETHEQUALITYOFPOWERSUPPLYANDTHEFLEXIBILITYOFPOWERNETWORKPUMPTURBINE，WHICHISSPECIALLYAPPLIEDTOPUMPEDSTORAGEPOWERSTATION，TRANSFERSBETWEENTURBINEANDPUMPACCORDINGTOTHEMANAGEOFPOWERGRIDTOFULFILTHEVITALTASKOFPEAKREGULATIONANDFREQUENCYADJUSTMENTITALSOSHOWSUNIQUEFEATURESINSTRUCTUREDUET

4、OTHECHARACTERISTICSOFHIGHWATERHEAD,HIGHSPEED,LARGECAPACITY,COMPLEXOPERATIONCONDITIONANDFREQUENTSTARTSTOPFUJIANXIANYOUPUMPEDSTORAGEPOWERSTATIONISEXTREMELYTYPICALWHENITCOMESTOTHESCALE，UNITCAPACITY,ORTHEHIGHHEADPUMPTURBINETHEGRADUATIONPROJECTTAKESGUANGZHOUPUMPEDSTORAGEPOWERSTATIONASTHEOBJECT,AIMINGATCO

5、MPLETINGTHESTRUCTURALDESIGNOFFRANCISPUMPTURBINEINTHISPOWERSTATIONBYREFERINGTORELATEDDATA,THEDESIGNHANDBOOKOFHYDRAULICTURBINEANDCOMPUTERAIDEDDESIGNCADTHEOVERALLASSEMBLY,THEDISTRIBUTORASSEMBLY,ASWELLASSOMEOFTHEMAJORPARTSAREWELLDESIGNEDKEYWORDSFUJIANXIANYOUPUMPEDSTORAGEPOWERSTATION,PUMPTURBINE,STRUCTUR

6、ALDESIGN,CAD福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计目录1前言111概述112设计内容213原始资料22水泵水轮机总体结构设计321绘制轴面流道图322转轮部分3221转轮结构3222转轮连接4223转轮止漏装置5224泄水锥5225转轮减压装置53主轴及其附属结构部分6311主轴直径计算7312主轴结构设计7313水导轴承8314主轴密封10315检修密封1132座环1333顶盖1434底环1535基础环1636蜗壳1737接力器1738真空破坏阀184导水机构1941活动导叶翼型1942导叶开度的确定2043导叶结构、尺寸和轴颈选择2144导叶的密封结构2345导叶套筒2346导叶止

7、推装置2447导叶轴颈密封2548导叶轴套265导叶传动机构及零部件2951导叶臂2952连接板3153叉头3154连接螺杆3255端盖3356分半键3457剪断销3558叉头销3659叉头销轴套37510控制环错误未定义书签。6总结39参考文献402013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）11前言11概述随着社会经济的快速发展,我国能源消耗不断增大,环境污染不断加剧,转变能源结构、促进电力系统节能减排已成为全社会共同关注的焦点。经济发展对电力的需求逐步加大，为满足电力供需关系，各种新能源和核电开始投网运行，这致使电力系统日负荷峰谷差越来越大。抽水蓄能电站作为目前解决盈余电能储存问题的最有效

8、方式，其调峰填谷、调频调相、旋转备用的作用日益突出，对于提高电网稳定性和供电质量意义重大。目前，世界抽水蓄能技术正在不断超高水头、大容量方向发展，我国蓄能电站技术虽起步较晚，但至今也取得了较快的进步，在诸多核心技术上实现了重大突破，正在逐步实现国产化进程。水泵水轮机作为蓄能电站的核心设备，其机构设计的合理性直接影响到运行效率、运行稳定性等诸多方面，因此合理的结构设计是保障电站经济运行的首要前提。福建仙游蓄能电站作为我国大型抽水蓄能电站的代表之一，对国内整个抽水蓄能技术的发展起到了极大的借鉴和推动作用。本次毕业设计通过查阅各种参考文献和水轮机设计手册，在掌握常规水轮机机组结构的前提下，学习水泵水

9、轮机的结构特点。并以福建仙游抽水蓄能电站为对象，参考相同水头段其他蓄能电站机组结构特点，完成对该电站水泵水轮机的结构设计。既可以将平时的专业理论知识进行系统的实践练习，又能通过各种中外文文献的学习，了解专业领域最新的研究方向。更重要的是在完成毕业设计的过程中，能发现自己平时学习和认识上的疏漏点，及时的进行完善和弥补。通过本次毕业设计，进一步提高自己的动手和创新能力，深入了解常规水轮机及水泵水轮机的结构，拓宽视野，为自己即将到来的研究生学习奠定良好的基础。CAD制图技术是本次毕业设计中使用到的重要工具，既确保了绘图计算的准确性，也使得整个设计及修改过程更加快捷方便，让我们对软件使用的熟练程度和使

10、用技巧也得到很大的提高。福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计212设计内容（一）根据给定的福建仙游蓄能电站基本资料进行水轮机总体结构设计1根据给定的水轮机型号和转轮直径等基本参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机主要部件进行结构设计；2根据机组型式和电站基本条件设计主轴密封和水导轴承；3绘制水轮机总装配图及主要部件组装图或零件图。（二）导水机构传动系统设计1根据机组的型式进行导水机构传动系统设计；2绘制导水机构装配图及导叶布置图；13原始资料本次毕业设计的基本参数如下单机容量300MW拟用水轮机型号HLXLJ410额定转速4286R/MIN水轮机设计流量7916M3/S水泵流量最大6805M3

11、/S最小5463M3/S吸出高度65M安装高程205M2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）32水泵水轮机总体结构设计21绘制轴面流道图可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求，故其流道的特征形状与离心泵更为相似。高水头水泵水轮机的轴面流道十分扁平，进口直径D1与出口直径D2的比率一般为21或更大，相对导叶高度B0不超过10。本设计查阅福建仙游抽水蓄能电站相关资料，拟用转轮型号HLXLJ410，其流道尺寸符号及数值分别如图21、表21所示。图21HLXLJ4158流道图表21流道尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D04743R13636D14158R2995D21810R36

12、0DK1175H11664BO4008H2107522转轮部分221转轮结构福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计4转轮是水轮机中直接将水能转换为机械能的部件，由于不受运输条件的限制错误未找到引用源。3886MM，所以转轮采用整体铸造，转轮由上冠、下环、7个叶片和泄水锥等组成，材料为Z5CN1704M。图22为转轮结构，尺寸如表22所示表221转轮尺寸222转轮连接混流式转轮与主轴常用的连接方式有两种连轴螺钉连接和键传递扭矩连接。后者在小型机组中应用较广，但由于本设计为大型机组，故采用法兰螺钉连接的方式，转轮重量由发电机推力轴承承担，转轮法兰尺寸符号及数值如图23、表222所示。参数符号数值（MM

13、）参数符号数值（MM）DA3618H1792DB1060L1240DC1866100BO4008图221转轮结构2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）5表222转轮法兰尺寸223转轮止漏装置止漏装置的作用是减少机组的容积损失，常用的形式有缝隙式、迷宫式和梳齿式三种，材料选用碳素钢、不锈钢或其他抗磨钢板。本设计中由于水头大于200M，故采用梳齿式止漏环，机械装配点焊与转轮固定，根据水轮机设计手册表1011，由转轮直径查选梳齿密封间隙为15MM224泄水锥泄水锥形式参照典型结构，与上冠的连接方式采用16个布置在连轴螺钉内侧的M60螺钉把合，为避免运行中脱落，另与上冠点焊加强，材料为Z5CN1

14、704M。225转轮减压装置福建仙游抽水蓄能电站属于500米水头段的高水头电站，因此在上冠处设置减压装置，对于减小机组轴向水推力非常关键。常见的转轮减压结构有两种一是减压板和泄水孔方式，另有顶盖排水管和泄水孔方式。本参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DM1030H96DN1350163D8502M100H130图23转轮连接法兰福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计6次选用第一种减压装置，减压板与顶盖的间隙值为30MM以保证抬机需要。泄水孔开向为顺水流倾斜25，为了减小过流面的空蚀和磨损，设计自泄水孔流出的水经泄水锥内腔排入尾水管。2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）73主轴及其附属

15、结构部分311主轴直径计算主轴的外径尺寸可以根据机组的扭力矩初选，扭力矩按以下公式计算厘米）（公斤NNM97400式中N代表主轴传递的功率（千瓦）N代表主轴转速（转/分）由原始资料N300MW30万KWN4286R/MIN所以，101886642810309740074厘米公斤M根据水轮机设计手册上319页图1212扭力矩与主轴外径的关系曲线查得D1100（MM），根据薄壁轴的标准外径系列，取标准植D1100（MM）当主轴直径600MM时，选用薄壁轴，主轴内孔直径按水轮机设计手册320页上的公式122计算4MAX4496102NNDDD式中D主轴外径（厘米）N主轴传递的功率（千瓦）N主轴转速（

16、转/分）MAX最大许用应力（公斤/厘米2）初选主轴的材料为ASTMA668CLE，其中MAX700（公斤/厘米）所以根据主轴内孔直径公式计算得9790700642811010300496102434厘米DD9790MM但为了保证主轴有足够的刚强度，可将主轴内径按标准直径系列取为600MM。312主轴结构设计福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计8水轮机主轴是水轮发电机组中关键部件，特别是大型的抽水蓄能机组，其双向运行性更是对主轴材料的性能提出了更高的要求，既要保证高的强度和韧性，同时还要考虑焊接对材料碳当量的要求，以前国内水轮机主轴常选用的20SIMN或18MNMONB等材料，其性能已经逐渐不能满

17、足工作要求。在本次毕业设计中，主轴材料选用力学性能更加优良的A668CIE锻钢整体中空结构，主要由上、下法兰及轴身三部分组成，上端与发电机端的中间轴用螺栓联接，下端与转轮上冠法兰用螺钉联接。其作用是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。主轴直径1100MM，故采用薄壁轴标准，查水轮机设计手册第312页的表123得轴的尺寸如图31、表31，主轴长度根据电站安装要求决定。表312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）D1100D2173DA1030D1660H225DA60DB1425H1260D0600DP1120L50D2156

18、0D21650L175F2D31200L212Z20D1000S275C16D1000S1340C120DB115A30C24D1118M22013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）9图312主轴结构福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计10313水导轴承水导轴承的作用，一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力，二是维持已调好的轴线位置。按润滑剂不同，水轮机导轴承型式很多，目前比较常用的有水润滑的橡胶轴承稀油润滑有转动油盘、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

19、润滑轴承国内运用不多。查水轮机设计手册345页，对不同轴承的使用条件及优缺点进行比较，同时考虑各个轴承对水质条件的要求，对所设计的水泵水轮机中，选用油外循环冷却方式的筒式自润滑水导轴承，主要由轴瓦、支座、旋转油箱及箱盖等组成。油循环的动力是靠油随油箱旋转产生的惯性以及轴瓦进油口的特殊结构提供的。另外，由于水泵水轮机双向运行，故其水导轴承油冷却循环路径作为水轮机工况和水泵工况是不同的。考虑到不同工况启动时机组转速上升的速度差别较大，为确保轴瓦安全，水轮机工况时，油是先冷却后润滑瓦面，再回到油箱里的，水泵工况，油是先润滑瓦面，然后再循环至冷却器进行冷却，再回到油箱的。结构如下图313其中相对应的尺

20、寸如下表图313水导轴承结构2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）11表313水导轴承尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DP1120L700DA1750H900DB1800H400DD1350B50（1）轴瓦高度L统计资料表明，轴瓦高度与直径的比值都在051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（5001000）毫米，参照水轮机设计手册中的366页表1314最终取L700MM。（2）油槽升角模型试验的资料表明，油槽升角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5070，实践表明上油效果很好。在体外冷却的方式中，采用50，所以本次设

21、计中取50。（3）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100020150毫米PD式中DP主轴直径（毫米）3701000112020150实践表明，水轮机轴承间隙适当放大对减少轴承磨损、降低轴承温度有利，而对机组的运行稳定性无明显影响。（4）冷却方式稀油润滑筒式轴承一般都装有冷却装置，本水轮机轴承选择体外冷却的方式。这种冷却方式目前采用较多，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

22、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，把合在轴承体上。福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计12314主轴密封主轴密封紧靠水轮机主轴下法兰端面，在水导轴承下方由内顶盖支撑，其作用是有效地阻挡水流从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的安全运行。目前水泵水轮机主轴密封常用的典型形式有3种，即平衡式流体静压径向双端面机械密封、非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封和弹簧复位式浮动型双端面机械密封。福建仙游蓄能水电厂抽水蓄能机组具有水头高、转速高、容量大、运行工况复杂、起停频繁等特点，因而决定了封堵其水泵水轮机转动部分和固定部分间隙漏水

23、的主轴密封的高性能。为了适应电站较大吸出高度和较大密封表面线速度的功能，密封形式采用非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封。密封结构如图314弹簧复位式浮动型双端面机械密封工作原理密封供水经减压并过滤处理后进入操作腔在正常运行时,将不锈钢移动环压贴在旋转抗磨环上密封腔润滑水来自尾水。当操作腔和密封腔的压力达到平衡时,在不锈钢移动环和旋转抗磨环之间形成一层良好的润滑水膜,使不锈钢移动环与旋转抗磨环不发生干摩擦或过度摩擦,从而减少磨损量,并带走摩擦产生的热量。315检修密封图314非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）13主轴的密封除了正常运行中的工

24、作密封外，还有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，它适用于采用稀油轴承的结构，检修时所需的操作地位较小。在机组停机检修或主轴密封损坏时，打开检修密封操作阀，将压縮空气充入空气围带使其抱紧法兰轴面从而防止水淹水车室，在机组正常运行时或机组尚未完全停止时，不得投入检修密封。采用的压缩空气压力是47公斤，其所采用的围带的剖面尺寸见下图。32座环图32座环结构座环的作用，是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力，以最小的水力损失将水流引入导水机构。

25、机组安装时以它图315检修密封尺寸福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计14为基准，所以，座环既是承重件，又是过流件，又是基准件。因此，在设计和制造时，必须保证它具有足够的强度、刚度和良好的水力性能。根据转轮直径（1000MM）从水轮机设计手册104页表614选出座环基本尺寸，再根据实际情况稍作改动，设计如下图32，表26所示表32水轮机座环尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB5440H1B01025410DA6572H1375K851105R1252135座环边的延伸角度根据蜗壳的具体尺寸而定作为焊接件的座环，除了符合相应的焊接规程保证其焊接质量外，主要加工面的光洁度和公差也要达到精

26、度要求，此外，对制造质量还提出如下要求1考虑到其强度要求，钢板厚度选取为100MM，固定顶盖连接螺钉处，钢板厚度为130MM。2）所有过流表面打磨光滑至表面光洁度为32，其余表面为125；3）固定导叶进口端节距误差不超过00015DA，顶盖与底环把合面平行度误差不超过0025毫米/米；4）座环分两瓣，分瓣结构的合缝面光洁度为63，合缝面间隙一般不超过005毫米。5合缝面局部允许有01503毫米凹陷部分（深度小于接合缝的1/3，长度不超过接合缝总长的1/5），但不允许有突起。33顶盖顶盖是水轮机的主要部件之一，需要有足够的强度和刚度，因此多数设计成箱型结构，并考虑检修而留有一定的空间位置。其主要

27、作用有2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）151）形成流道并承受相应的流体压力；2固定和支撑活动导叶及其连杆机构；3支撑水导轴承；4支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等此次结构设计中，顶盖采用E284焊接而成，钢板厚度为80MM,由于高水头水泵水轮机导叶轴较长，导致顶盖高度也增高，因此顶盖外缘法兰设计为双层形式。顶盖最大直径处已达5M,受运输条件限制，顶盖采用两瓣组合，为防止水流或泥沙的冲刷，在顶盖的过流面铺设抗磨板，并且顶盖在制造时要求套筒孔与底环同心。顶盖结构如图33图33顶盖结构34底环底环是水轮机主要环形部件之一，位于导叶下方，安装在座环的下环上，它用来安装

28、导叶下轴承及支持导叶的下轴颈。底环也是形成流道的组成部件之一，由于受到运输条件的限制，底环分两瓣制造。对底环的重点要求是，导叶的下轴承孔与顶盖导叶套筒同心，刚度应力达到要求。结构见图34福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计16图34底环结构底环主要尺寸如下外径4958MM内径3896MM高度1498MM材料E28435基础环基础环是混流式水轮机座环与尾水管进口椎管短段相连接的基础部件，埋设于混泥土内，转轮的下环在其内转动。本设计中，基础环采用钢板焊接形式，与尾水管进口锥管段螺栓把合连接。基础环与转轮下环间有一定间隙作为安装中放置斜楔、调整转轮水平用。结构如图35图35基础环2013届热能与动力工

29、程专业毕业设计（论文）1736蜗壳蜗壳是水轮机引水部件，安装在座环与球阀之间，在机组作水轮机运行时，蜗壳在座环圆周方向提供均匀的流速不变的压力水流进入转轮。在机组作为水泵抽水时，蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管。做为常规水轮机来说，只要结构条件和经济条件允许，希望截面越大越好。而常规泵则希望蜗壳断面扩散程度必须适当。两种工况下蜗壳的特性存在着一些相互矛盾的因素，要让同一蜗壳实现两种工况的最优化，设计时必须兼顾两方面的技术要求。从结构尺寸看，水泵水机的蜗壳接近常规水泵的蜗壳，但水泵水轮机有活动导叶可以调节水流而保持高效运行，这一点普通水泵是无法做到的。福建仙游电厂为4

30、00M段高水头水泵水轮机,蜗壳采用金属蜗壳，材料为E500TR蜗壳装有进人门以便于蜗壳、座环、导叶和转轮的检查，还设有相应的管道和测孔。37接力器本次毕业设计所选转轮直径为41米，属于大型机组，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PH25公斤/厘米。接力器直径HCPDBHDD10MAX1/式中1D转轮直径MAXH最高水头10/DB导叶相对高度HP调速系统的额定油压计算系数从水轮机设计手册中的表查得0151，HP40公斤/厘米，MAXH取535M，B0/D10094福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计18704040094053515841510CDM根据接力器

31、直径系列取DC700MM38真空破坏阀导叶突然关闭时，尾水管内的水流由于惯性将继续流动，此时转轮室内会产生真空，由于压强差，尾水管内的水流会回流到转轮室，由于水流惯性很大，通常会产生抬机现象，影响机组稳定运行，严重时会将机组整个抬起，水流灌入厂房造成严重事故。所以需要在这种情况下进行补气，消除转轮室内真空。针对这种情况采用顶盖加真空破坏阀的方法。2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）194导水机构水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流的环量，保证水轮机具有良好的水力特性，调节流量，以改变机组出力，正常与事故停机时，封住水流，停止机组转动。大中型导水机构，按其导叶轴线布置位置可

32、以分为圆柱式、圆锥式、径向式三种形式。其中，圆柱式导水机构导叶轴线布置在圆柱面，这种导水机构制造方便，保证水轮机有足够的效率，因而应用广泛，故本次设计选用该形式的导水机构。导水机构装配尺寸根据转轮直径D14158MM查阅水轮机设计手册中133页表81，差值法得参数如下表41表41导水机构装配尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D14158LH555D04743LP261Z020LC45042DY3450DC330041活动导叶翼型图212负曲率导叶翼型福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计20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、负曲率）两种标准叶形。由于负曲率导叶一般

33、使用于高水头低比转速水轮机中，故本设计中采用负曲率叶形。由水轮机设计手册中141页表87查得正曲率导叶叶形的断面参数，再将正曲率翼型沿中心线镜像得到负曲率翼型，尺寸如图212表28导叶翼型参数参数符号数值MM参数符号数值MMD13886K767D04425R5134Z020R15958A2437A19377B4268B19624C5814C19525D6569D18771E7041E17905M6359M15121D013718L760825L13971F402L23636942导叶开度的确定查阅电站相关资料，已知从导叶关闭位置到全开位置对应的导叶转角为0266，如下图212所示，作图计算最大

34、导叶转角对应的开度值AMAX,在从0开度值到AMAX之间取35组开度值，作图计算每个开度值对应的导叶转角，得到的导叶布置情况如表422013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）21图42导叶布置表42导叶布置081524266105AMAXA004592936614141912200843导叶结构、尺寸和轴颈选择导叶的结构与导叶套筒、轴套、密封等形式有关，常用的带有套筒中轴颈采用“L”形密封,下轴颈采用”O”形密封的导叶结构,高水头水泵水轮机导叶宽短，导叶轴细长，导叶轴颈可按转轮直径D1，使用水头H1，导叶的相对高度B0/D1，从水轮机设计手册中147页表811初选轴颈DB，选得DB250MM

35、，再根据DB250MM从设计手册中表89查得导叶结构的其它尺寸如下表福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计22表43导叶参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB250HB22DA230HC415DC210H135D1280H22377D2240H3100D3M56R1125D470R2105D5228H1600B0364H2206HA22图43导叶结构尺寸2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）2344导叶的密封结构导叶关闭后，导叶体的立面应很好密封，低水头机组中，常在导叶头尾搭接面用鸽尾槽内嵌入圆橡皮条进行密封。而在中高水头机组中，常是直接靠金属接触面研合封水，本次水泵水轮机的导叶密

36、封，就通过提高导叶密封面的精度来进行刚性密封，无其他附加密封设备。45导叶套筒导叶套筒是固定导叶上中轴套的部件，一般采用铸铁铸造。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很高，所以导叶套筒上还必需设计导叶止推装置。本次设计中采用的套筒的尺寸大小如图45、表45图45导叶套筒福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计24表45导叶套筒尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB250H140D1660H2230D2390H316D3250H436D4270DNM24D5280D32DM300R10H1270R15H55R2215D58046导

37、叶止推装置水头较高的机组中应考虑导叶在水压作用下的上浮力，在导叶套筒上需要装设止推装置，以防止导叶向上抬起，碰撞顶盖和连杆受力。止推装置的结构形式很多，采用比较多的是在导叶臂上开槽，利用固定在套筒上法兰面的止推板，卡在导叶臂槽内，使导叶臂和导叶受轴向限位，从而限制了导叶向上浮动。具体止推装置的结构和尺寸如图46、表46表46止推压板尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D1480D26D2415H78D3375H33D4345B322013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）2547导叶轴颈密封导叶中轴颈密封多数装在导叶套筒的下端，目前不少机组中已改用“L”型密封，“L”型密封圈与导叶中

38、轴颈之间靠水压贴紧封水，因此轴套和套筒上开有排水孔，形成压差。实践证明，封水性能很好，结构简单。其尺寸大小如下表471，参数含义如图471表471中轴颈“L”型密封参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB250R52D2537H22D2300145R22245图471导叶中轴颈“L”型密封图46导叶止推压板福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计26导叶下轴颈的密封主要是防止泥沙进入，发生轴颈磨损。下轴颈密封一般采用“O”型橡皮圈密封结构，其尺寸大小如下表472表472下轴颈“O”型密封参数符号数值（MM）DB250D210D10图472导叶下轴颈“O”型密封48导叶轴套导叶轴套以前常使用黄干油

39、润滑的铸锡青铜，目前已广泛采用具有自润滑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。聚甲醛和尼龙1010适合在水轮机导叶连杆等部位作自润滑的轴套材料。为了兼顾刚强度要求，本次机构设计中，采用钢背聚甲醛的符合轴套，导叶轴上、中、下轴套的结构及尺寸依次如下各个对应图表所示（1）导叶上轴套结构及参数图481上轴套2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）27表481上轴套参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DC230H115D1230H18D22501D42902导叶中轴套结构及参数图482中轴套表482中轴套参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB

40、250H250D1250H140D32701D4280福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计283导叶下轴套结构及参数图483下轴套表483下轴套参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DA210H210D1210K6D22301DM2402013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）295导叶传动机构及零部件常用的导叶传动机构有叉头式和耳柄式两种，前者受力情况较好，适宜于大中型机组上采用。叉头传动机构主要由导叶臂、连接板、叉头、插头销、连接螺杆、分半键、剪断销、轴套、端盖和补偿环等组成。根据接力器直径DC700MM，DB250MM，查阅水轮机设计手册上164页的表825、826，得到叉头传动机

41、构特征尺寸如表5表5导叶传动机构特征参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DC700D2100D1M72H70DN90H190DCN70DM6051导叶臂图51导叶臂及销孔结构福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计30根据叉头传动机构装配尺寸从水轮机设计手册上166页的表827、828查出导叶臂及其销孔尺寸如下表511、512表511导叶臂参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB250H290DC230L1225D1340E60D2370K10D3340R130D4370F12D2290H350DM60B125D3M24LP261D432其中参数符号意义对应图51左表512销孔尺寸参数符

42、号数值（MM）参数符号数值（MM）DCN70C12R105H70B260H190其中参数符号意义对应图51（右）2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）3152连接板图52连接板根据叉头传动机构装配尺寸从水轮机设计手册上167页的表829到表830查出连接板尺寸如下表52、图52表52连接板尺寸参数参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D1340R275H70H190R1205LP261DCN70L1L2120D2100C115D1135LP17DCN38053叉头根据连接板D1M72，从水轮机设计手册上167页的表831查出叉头尺寸如下表53福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计32表53

43、叉头尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D1M72X4L190D290DL1120D385DR80D4130R15H180R18H110C12H135S28其中参数符号意义对应图53C1D1D4RR1L1D3C145C145D2RSH1HH图53叉头54连接螺杆根据连接板D1M72从水轮机设计手册上168页的表832查出连接螺杆尺寸如下表54设计时确定LD1B1D2BC45D1（左）D3LLS图54连接螺杆2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）33表54连接螺杆尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D1M72X4B28D280B18D366R2S70C3L17055端盖根据

44、轴颈DB250MM，从水轮机设计手册上171页的表837查出端盖尺寸如下表55表55端盖尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DB250H138D1400R115D22321M36D390226D452364D5290D6130H48福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计34表55中参数符号意义对应如下图图55端盖56分半键根据上轴直径DC230MM，查水轮机设计手册上169页的表834，选用B型分半键，得分半键尺寸如下表56图56分半键2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）35表56分半键尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DC230B275DM60K5L245C15B58B

45、1331L1305H225L2250H340H10H41057剪断销叉头传动机构中，导叶臂和连接板上装有剪断销，如果导叶间因异物卡住，有关传动件的操作力将急剧增大，应力增高的15倍时，剪断销首先剪断，保护其他传动件不受损坏。根据连接板DCN70MM，从水轮机设计手册上170页的表835查出剪断销结构及尺寸如下图57、表57表57剪断销尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DCN70R15D30H155D269H213D375H70D470L66B5L153B14福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计36H23HLLDDCND1D4H1BRB160R1倒圆角R05图57剪断销58叉头销根据叉头

46、传动机构尺寸中DN90，从水轮机设计手册上170页的表836查出剪断销机构及尺寸如下图58、表58图58叉头销2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）37表58叉头销尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DN90H183D90H210D185B45D289R2D381C3H108R2H14059叉头销轴套根据连接板D2100MM，从水轮机设计手册上168页的表833查出叉头销轴套尺寸如下表59表59轴套尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）DN90H98D2100H18D1105C25表中参数符号如下图所示图59轴套福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计38510控制环控制环是传递

47、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A3钢板焊接。根据水轮机转轮直径D14158MM,查水轮机设计手册第185页图834及其表852到表854,插值法得出控制环尺寸。表510控制环尺寸参数符号数值（MM）参数符号数值（MM）D14158D4100DC3300H855Z020H170DY3450H2210R178H350S30H4625D1180H90D2175R105D3350DK2600DQ2700DT2560图512控制环2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文）396总结本次设计首先是水轮机总体结构的设计。而后有对其中的主要零件进行设计优化。绘制出了总装配图

48、，导水机构装配图，导叶布置图，主轴零件图。通过本次毕业设计，不但对常规水轮机组结构认识的更深入，也学习掌握了水泵水轮机的结构特点，弥补了课堂上所学知识的不足。同时对本专业的相关知识进行了系统的实践练习，对以后的工作和进一步学习都有极大帮助。致谢毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢水利水电学院的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我

49、们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的学长学姐们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊；最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计40参考文献1沈祖诒抽水蓄能电站的机组设备J水利水电科技进展1995年6月第15卷第3期2姜茜,武杰国外公司抽水蓄能机组技术述评J东方电机2004年第2期第42页3黄国祯广州蓄能水电厂在电网中的重要性J水力发电1995年第8期第11页4刘大恺水轮机（第三版）中国水利水电出版社M河海大学1996125哈尔滨大电机研究所，水轮机设计手册M北京机械工业出版社1976年6姜茜,武杰国外公司抽水蓄能机组技术述评J东方电机2004年第2期第42页7戴庆忠日本抽水蓄能机组技术发展近况J东方电机2008年第1期第9页8王泉龙,吴新润混流式水泵水轮机及大泵技术在哈电的发展R哈尔滨电机厂有限责任公司9张安林,