水轮机毕业设计 毕业论文

摘 要

本次毕业设计的主要内容是对越南DongNai5电站水轮机进行结构设计。设计主要途径是在给定DongNai5电站水轮机型号和转轮标称直径等基本参数的前提下，通过查阅相关资料进行结构设计。以CAD软件为平台，绘制总装配图、导水机构装配图、导叶布置图和控制环零件图。

关键词：DongNai5电站，水轮机结构，CAD

ABSTRACT

The main contents of this graduation adsign are the Vietnam DongNai5 hydropower plant hydraulic turbine structural design.The main way of design is with the basic paramrters of DongNai5 hydropower plant model and runner nominal diameter and accessing relevant information for the structural design.Drew general assembly drawings, water guide mechanism assembly drawing,guide vane arrangement drawing and control loop parts drawing.

KEY WORDS:DongNai5 hydropower plant, structure of hydraulic

turbine, CAD

I

目 录

前言 ........................................................... 1

概述 ....................................................... 1 设计内容与要求 ............................................. 2 1 越南DongNai5电站基本资料 .................................... 3 2 轴面流道图 ................................................... 4 3 水轮机真机运转特性曲线 ....................................... 6

3.1 等效率线的绘制 ......................................... 6 3.2 等开度线的绘制 ........................................ 10 3.3 真机运转特性曲线的绘制 ................................ 12 4 埋入部件结构设计 ............................................ 13

4.1 座环 .................................................. 13

4.1.1 结构型式 ......................................... 13 4.1.2 尺寸系列 ......................................... 13 4.2 基础环 ................................................ 13 4.3 尾水管里衬 ............................................ 14 5 导水机构结构设计 ............................................ 16

5.1 导水机构总体结构设计 .................................. 16 5.2 导叶布置图的绘制 ...................................... 16

5.2.1 导叶翼型的确定 ................................... 16 5.2.2 导叶开度的确定 ................................... 18 5.2.3 导叶布置图以及相关曲线的绘制 ..................... 19 5.3 导叶装置结构设计 ...................................... 20

5.3.1 导叶的结构 ....................................... 20 5.3.2 导叶轴套结构 ..................................... 21 5.3.3 导叶轴颈的密封 ................................... 23 5.3.4 导叶的止推装置 ................................... 24 5.3.5 导叶套筒结构 ..................................... 25 5.4 导叶传动机构设计 ...................................... 26

5.4.1 导叶臂 ........................................... 26 5.4.2 连接板 ........................................... 27 5.4.3 叉头 ............................................. 28 5.4.4 连接螺杆 ......................................... 29 5.4.5 分半键 ........................................... 29 5.4.6 剪断销 ........................................... 30 5.4.7 叉头销 ........................................... 31 5.4.8 端盖 ............................................. 32

5.5 导水机构环形部件结构设计 .............................. 32

5.5.1 底环 ............................................ 33 5.5.2 控制环 .......................................... 33 5.5.3 顶盖 ............................................ 36

6 转动部件结构设计 ........................................... 37

6.1 转轮结构 .............................................. 37 6.2 泄水锥 ................................................ 37 6.3 止漏装置 .............................................. 38 6.4 主轴结构设计 .......................................... 39 7 轴承、主轴密封及其它部件设计 ............................... 42

7.1 轴承 .................................................. 42 7.2 主轴密封 .............................................. 42 7.3 补气装置 .............................................. 43 7.4 其他部件设计 .......................................... 44 结论、讨论和建议 ............................................. 46 致谢 ......................................................... 47 参考文献 ..................................................... 48

III

前言

概述

电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量,水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来,我国的水电事业有了长足的发展,取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。

我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长,能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大,甚至需要依靠进口。

水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪,特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来,水电建设更是迅猛发展,工程规模不断扩大。

水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。( 热能转换的流体机械在此不作介绍) 。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类,一类是流体能量对流体机械作功而提供动力; 另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体, 使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械( 如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械) 也称为流体机械。

水力发电用的水轮机有着100 年以上的历史，一般认为是已竭力开发的成熟机械。的确，在数十年前水轮机的效率就已达到90% ，看起来开发的余地不大。但实际上，在以计算机进行流态分析和强度分析的技术进步支撑下，水轮机的开发已达到非常先进的程度。性能的提高，不仅是简单体现在效率的提高，而是更应在更宽的水头和流量范围内仍能稳定和高效率的运转。

对水轮机的选型和结构设计进行研究，不仅可以使水轮机在实际运行

1

中更加接近设计参数，同时可以对已运行的水轮机进行优化改造，消除或者减轻在运行中出现的问题，提高水轮机的运行效率和电厂运行的经济性。

设计内容与要求

（一）根据给定的越南DongNai5电站水轮机基本参数进行水轮机总体结构

设计 1.根据水轮机型号和转轮直径等基本参数，依据水轮机模型特性曲线，绘制水轮机真机运转特性曲线，运转曲线要求包括等效率线、等开度线、出力限值线，对真机的额定流量和额定效率进行校核，2.根据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； 3.根据机组型式和电站基本条件设计主轴密封和水导轴承； 4.绘制水轮机总装配图。

（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；

（三）绘制控制环零件图 （四）外文翻译一篇 （五）成果要求

1.毕业设计说明书（论文）一份 2.设计图纸共4张。

1) 1张水轮机总装配图（零号）； 2) 1张导水机构装配图（1号）； 3) 1张导叶布置图（2号）； 4) 1张控制环零件图（1号）。

并在运转曲线中标注额定工况点；

1 越南DongNai5电站基本资料

DongNai5水电站坐落在位于越南DakNong

和

LamDong两省的

DongNai河上，由越煤集团电力控股总公司投资2.27亿欧元兴建。该电站有两台发电机组，总装机容量为154MW，每年将向越南国家电网输电616GWh。该项目是越南政府电力发展第七规划的组成部分。越南DongNai5电站水轮机基本参数如下表格：

表1-1 水轮机基本参数 水轮机型号 水轮机额定出力(MW) 额定转速(r/min) 最大飞逸转速(r/min) 额定流量(m/s) 最大允许吸出高度(m) 转轮叶片数 3HLBS01-LJ-407 76.923 最大水头(m) 150 285 额定水头(m) 最小水头(m) 60.5 58 57.5 94.59 224.4 24 143.79 额定效率(%) -0.42 13 安装高程(m) 导叶数

3

2 轴面流道图

水轮机的轴面流道图是设计水轮机最基本的依据。轴面流道图中主要体现的是转轮、导叶和尾水管过流断面的一些重要参数。每个水轮机型号都有相应的轴面流道图。越南DongNai5水电站水轮机型号为HLBS01-LJ-407，该型号水轮机的模型流道单线图如图2-1所示，它是个标称直径为0.35米的转轮。

图2-1 HLBS01-35流道单线图

越南DonNai5水电站水轮机转轮标称直径为D1=4.07m=4070mm，模型转轮标称直径D1′=350mm,比例系数k：

k?4070?350?11.63

则流道实际尺寸为： 出口直径：

D2?361.7?11.63?4202mm

导叶高度：

b0?101.5?11.63?1180mm

泄水锥高度：

h1?179.35?11.63?2086mm

根据经验，选取:

D0?394?11.63?4582mm

在确定实际尺寸后，以1:1在CAD中画出其流道图，形状与模型流道图一致。

5

3 水轮机真机运转特性曲线

3.1 等效率线的绘制

HLBS01-35水轮机模型综合特性曲线如图3-1所示。

图3-1 HLBS01-35水轮机模型综合特性曲线

在水轮机运行水头间选取5个水头：最大水头H1=60.5m、H2=59.5m、H3=58.5m、额定水头H4=58m、最小水头H5=57.5m。

水轮机额定转速：n=150r/min，效率修正值??=1.5%。 查文献[2]P305公式（9-8）、(9-9)、（9-10），得

n11?nD1H （3-1）

???M??? （3-2）

P?9.81Q11H1.5? （3-3）

(一) H=60.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0760.5?78.49，经计算，相关数据如表3-1

表3-1 H=60.5m时的数据 ?(%) 90.5 91.5 92.5 93.5 94.5 95.5 95.5 94.5 93.5 92.5 91.5 90.5 Q(m/s) 0.685 0.720 0.757 0.810 0.865 0.905 1.003 1.046 1.090 1.145 1.168 1.200 3P(W) 47406 50378 53546 57915 62508 66091 73248 75588 77934 80991 81725 83046 (二) H=59.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0759.5?79.15，经计算，相关数据如表3-2

表3-2 H=59.5m时的数据 ?(%) 90.5 91.5 92.5 93.5 94.5 95.5 95.5 Q(m/s) 0.691 0.724 0.766 0.819 0.872 0.910 1.005 7

3P(W) 46640 49408 52845 57112 61458 64815 71582 ?(%) 94.5 93.5 92.5 91.5 90.5 Q(m/s) 1.048 1.096 1.138 1.170 1.205 3P(W) 73863 76429 78509 79844 81333 (三) H=58.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0758.5?79.82，经计算，相关数据如表3-3

表3-3 H=58.5m时的数据

?(%) 90.5 91.5 92.5 93.5 94.5 95.5 95.5 94.5 93.5 92.5 91.5 90.5 Q(m/s) 0.700 0.730 0.770 0.832 0.881 0.915 1.010 1.060 1.100 1.143 1.175 1.208 3P(W) 46062 48566 51787 56562 60534 63535 70132 72833 74782 76874 78172 79489 (四) H=58m，n11?示。

nD1H?150?4.0758?80.16，经计算，相关数据如表3-4所

表3-4 H=58m时的数据

?(%) 90.5 Q(m/s) 0.703 3P(W) 45667

?(%) 91.5 92.5 93.5 94.5 95.5 95.5 94.5 93.5 92.5 91.5 90.5 Q(m/s) 0.730 0.774 0.838 0.882 0.920 1.011 1.052 1.100 1.135 1.173 1.205 3P(W) 47945 51390 56241 59827 63065 69303 71359 73825 75359 77040 78277 (五) H=57.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0757.5?80.51，经计算，相关数据如表3-5

表3-5 H=57.5m时的数据

?(%) 90.5 91.5 92.5 93.5 94.5 95.5 95.5 94.5 93.5 92.5 91.5 90.5 Q(m/s) 0.705 0.734 0.780 0.845 0.889 0.925 1.013 1.055 1.100 1.140 1.170 1.208 9

3P(W) 45206 47586 51121 55979 59524 62590 68544 70639 72873 74715 75852 77460 3.2 等开度线的绘制

(一) H=60.5m，n11?所示。

表3-6 H=60.5m时的数据

nD1H?150?4.0760.5?78.49，经计算，相关数据如表3-6

a0(mm) 16 18 19 20 22 24 26 ?(%) 93.3 94.7 95.7 95.9 95.2 93.8 92.4 Q(m/s) 0.800 0.870 0.910 0.955 1.025 1.080 1.140 3P(W) 57077 63003 66593 70035 74619 77467 80550 (二) H=59.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0759.5?79.15，经计算，相关数据如表3-7

表3-7 H=59.5m时的数据 a0(mm) 16 18 19 20 22 24 26 (三) H=58.5m，n11??(%) 93.1 94.5 95.5 95.9 95.1 93.8 92.5 Q(m/s) 0.800 0.870 0.910 0.955 1.025 1.080 1.135 3P(W) 55548 61317 64815 68305 72700 75534 78202 nD1H?150?4.0758.5?79.82，经计算，相关数据如表3-8

所示。

表3-8 H=58.5m时的数据

a0(mm) 16 18 19 20 22 24 26 (四) H=58m，n11??(%) 92.9 94.3 95.2 95.8 95.3 94.2 92.5 Q(m/s) 0.795 0.865 0.905 0.957 1.020 1.080 1.135 3P(W) 53700 59309 62644 66661 70678 73972 76336 nD1H?150?4.0758?80.16，经计算，相关数据如表3-9所

示。

表3-9 H=58m时的数据

a0(mm) 16 18 19 20 22 24 26 ?(%) 92.8 94.2 95.0 95.7 95.3 94.0 92.5 Q(m/s) 0.795 0.865 0.905 0.955 1.020 1.080 1.135 3P(W) 52956 58488 61772 65602 69774 72870 75359 (五) H=57.5m，n11?所示。

nD1H?150?4.0757.5?80.51，经计算，相关数据如表3-10

表3-10 H=57.5m时的数据 a0(mm) 16 18 19 ?(%) 92.7 94.1 94.9 11

Q(m/s) 0.795 0.865 0.905 3P(W) 52216 57672 60852

a0(mm) 20 22 24 26 ?(%) 95.6 95.3 93.9 92.5 Q(m/s) 0.955 1.020 1.080 1.135 3P(W) 64688 68874 71854 74387 3.3 真机运转特性曲线的绘制

选取两个水头Hr和Hmin，分别计算出他们的最大允许出力出力Pr和Pmin，然后过(Hr,Pr)和(Hmin,Pmin)两点连一条直线，以此作为H?Hr的出力限制线。使用CAD工具绘制HLBS01-407水轮机真机运转特性曲线，如图3-2所示。

图3-2 水轮机真机运转特性曲线

4 埋入部件结构设计

4.1 座环

4.1.1 结构型式

座环是反击式水轮机的基础部件，除了承受水压力作用外，还承受整个机组和机组段混凝土的重量，因此要求有足够的强度和刚度。座环的基本结构由上环、下环和固定导叶组成。

根据越南DongNai5水电站的转轮型号和设计水头，采用带蝶形边的铸钢全焊结构的座环，材料采用ZG20MnSi，有24个固定导叶。

4.1.2 尺寸系列

查参考文献[1]P105表6-15的金属蜗壳座环尺寸系列，座环的结构如图4-1所示，其尺寸见表4-1。

图4-1 座环的结构尺寸

表4-1 金属蜗壳座环尺寸 （单位：毫米）

D1 4070 Db 5450 Da 6300 K 150 R 350 参考文献[1]

H1=b0+(10~20)=1180+20=1200mm 取金属板厚度为50mm。

4.2 基础环

基础环是混流式水轮机中座环与尾水管进口锥管段相连的基础部件，

13

埋设于混凝土内。转轮的下环在其内转动。本设计中，基础环由50mm厚的钢板焊接而成，上法兰面与座环用螺钉把合，下法兰直接与尾水管进口锥段的里衬焊接。

基础环下法兰与转轮下环间应有一定间隙，作为安装中放置斜楔，调整转轮水平用。查参考文献[1]P126表7-4，取间隙值δ间=45mm，δ环=15mm,如图4-2所示。

图4-2 基础环与转轮间隙

4.3 尾水管里衬

水流通过尾水管时具有一定的流速，为了防止水流冲刷混凝土造成损坏，本设计中在尾水管铺设了里衬，里衬结构采用钢板卷焊。

由于尾水管内的水流随着工况的变化不太稳定，存在不同程度的振动，所以里衬壁的钢板应具有一定的厚度，外壁加有足够的环筋和竖筋以增加刚度，安装中还在这些筋上焊若干拉杆或拉筋，浇灌在混凝土基础中。里

衬的厚度，查参考文献[1]P123表7-2，取δ=14mm，如图4-3所示。

图4-3 里衬的壁厚

参考文献[1]

尾水管进口锥管段里衬上部与基础环相连，采用直接焊接的连接方式，上部预留100mm配割余量。

15

5 导水机构结构设计

5.1 导水机构总体结构设计

水轮机导水机构主要由导叶、导叶操作机构、环形部件和轴套、密封等部件组成，导水机构的作用主要体现在以下四点： 1. 形成和改变进入转轮的水流流量，以改变机组出力 2. 按电力系统所需功率调节水轮机流量 3. 导叶在关闭位置时能使水轮机停止运动 4. 在机组甩负荷时防止机组飞逸

导叶的布置形式，按其导叶轴线的布置位置可以分为三种，圆柱式、圆锥式和径向式。本设计选择圆柱式导水机构。

5.2 导叶布置图的绘制

5.2.1 导叶翼型的确定

圆柱式导水机构的叶形，目前常用的有对称型和非对称型（正曲率）两种标准叶形。对称型导叶一般使用于蜗壳具有不完全包角的高比速轴流式水轮机中；非对称型（正曲率）导叶一般用于具有全包角蜗壳，并工作于较大开度的低比速轴流式水轮机和高中比转速混流式水轮机中。根据越南DongNai5电站的水轮机参数，选择非对称型导叶叶型。

非对称型导叶的外形结构和数据尺寸，查参考文献[1]P140图8-8、表8-7。如图5-1所示。

7 轴承、主轴密封及其它部件设计 7.1 轴承

水轮机轴承的型式很多，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盆、斜油槽自循环的筒式轴承和稀油润滑油浸式分块瓦轴承。由于分块瓦轴承的受力均匀，有自调节能力，轴瓦安装、维修和刮研都比较方便，故在本设计中采用此种形式。

分块瓦轴承采用稀有润滑，轴瓦下部浸入油中。主轴轴领旋转，在油离心力作用下经轴领下部径向孔升入轴瓦，经上部油箱返回，连续循环。具体结构见图6-1。

图7-1 轴承结构

7.2 主轴密封

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；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。越南

DongNai5电站的最大吸出高度为-0.42m，因此安装检修密封。

本设计主轴密封采用水压式断面密封；检修密封采用围带式密封。结构如图6-2所示。

图7-2 主轴密封结构

7.3 补气装置

混流式水轮机偏离最优工况运行时，由于水流扰动，不同程度上的存在压力脉动。一般在40-70%额定出力时，尾水管内出现涡带。由于涡带强烈扰动，或其频率与机组固有频率重合而产生共振，将引起机组振动或负荷摆动。补气装置的作用就是在出现这种不稳定工况时，补入空气，借以吸振及降低漩涡强度，改善机组的运行状态。

补气方式分为两类，一类是自然补气，另一类是强迫补气。补气的位置，常见的有三处，一是主轴中心孔补气，二是尾水管补气，三是顶盖补气。

本设计中，采用尾水管短管补气装置，其结构见图7-3。

43

图7-3 尾水管短管补气装置

7.4 其他部件设计

当导水机构紧急事故关闭时，由于水流的惯性和转轮的水泵作用，在导叶后转轮室内可能产生较高真空，引起下游尾水反冲，产生很大的冲击力或出现抬机现象。真空破坏阀就是在紧急关闭导叶时，补入空气，破坏真空，减少上述有害的冲击力或抬机现象，起到一定的保护作用。真空破坏阀作补气阀，安装在顶盖内。

查文献[1]P403表15-2，真空破坏阀的结构如图7-4，尺寸见表7-1。

表7-1 真空破坏阀 （单位：毫米）

d 100 S 25 Φ2 180 Z 6 M M12 Φ3 205 h 14 d 15 H1 160 H2 200

图7-4 真空破坏阀结构

参考文献[1]

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结论、讨论和建议

水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。水轮机的选型是否合理，直接关系到水电站的动能经济指标以及运行的稳定性和可靠性。

本次设计主要是对越南DongNai5电站水轮机进行结构设计。结构设计的内容主要包括水轮机的转轮、埋入部件、导水机构和主轴等部件。在设计过程中，利用CAD工具进行水轮机总装配图、导叶布置图、导水机构装配图和控制环零件图的绘制。

通过本次毕业设计，使我对本专业所学的知识有了更深刻的理解。在设计过程中，由于要频繁使用cad、word等软件，这无疑增加了自己对于电脑辅助软件的熟练程度。由于自己的水平有限，所设计的水轮机还是有着不足之处，但设计过程对个人能力的锻炼是很明显的。在今后的学习与工作中，我还要更加努力，全面提高自己。

Z0 24 ? 23? tg? 0.1523 ? 33? 参考文献[1]

n0 约0.051 图5-1非对称型导叶（正曲率）

其中

Z0—导叶数；

D0—分布园直径；

?—导叶臂中心线和D0圆切线所夹角度；

?—导叶叶形基准线和D0圆切线所夹角度

查文献[1]P141表8-7，得到导叶叶形断面尺寸，如下表5-1所示。

表5-1 导叶叶形断面尺寸 （单位：毫米）

D0 4582 Z0 24 a K 6.7 a1 f 35 b b1 R1 140 c R2 120 c1 R3 279 d L1 352 d1 L2 317 e L 669 e1 d0 118 81.7 21.2 84.1 37.3 83.1 50.7 76.5 57.4 69.0 61.2 m m1 r 44.8 q 20 t 8 55.5 45.2 通过上表，设计出导叶叶形，导叶材料采用ZG20MnSi整铸，如图5-2

17

所示。

图5-2 导叶叶形

5.2.2 导叶开度的确定

D0Z0M,将模型综合特性曲线的模型开D0MZ0口值换算得到真机导叶的最优开口a0优，最大开口a0max和最大可能开口a0最大可能。上式中下标M表示模型值。

参照文献[1]P144公式a0?a0M最优开口a0优

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a0优。 设计水头下的单位转速：

n11?nD1H?150?4.0758?80.2 （5-1）

根据模型综合特性曲线（图3-1），a0 M?m，则真机 2m.02D0Z0M4582?24a0 ?a0 M?20.2??234.9mm （5-2）

D0MZ0394?24最大开口a0max

取设计水头下发额定出力时的开口值为最大开口a0max。 额定出力下，设计水头所对应的流量为：

Q?N76923??143m3/s (5-3)

9.81H?9.81?0.9459?58

单位流量

Q11?QD12H?1430004.07?582?1133.5l/s (5-4)

查曲线得，a0maxM?27mm 则真机开口

D0Z0M4582?24 a0max?a0maxM?27??314mm (5-5)

D0MZ0394?24最大可能开口a0最大可能

取a0 ?1.05a0max?1.05?314?329.7mm (5-6)

5.2.3 导叶布置图以及相关曲线的绘制

取a0=0,100,200mm，再加上上面的三个开度，绘制导叶布置图，如图5-3所示。

图5-3 导叶布置图

接力器行程S、β、γ随a0变化的关系曲线S?f(a0)、??f(a0)和

??f(a0)，如图5-4所示。

19

图5-4 S、β、γ与a0的关系曲线

5.3 导叶装置结构设计

5.3.1 导叶的结构

导叶的结构与导叶套筒、轴套、密封等形式有关。目前常用的带有套筒。中轴颈采用“L”形密封，下轴颈采用“O”形密封的导叶结构，如图5-5。

图5-5 导叶结构图

参考文献[1]

根据参考文献[1]，选择导叶轴颈为115mm。查文献[1]P146表8-9，选择导叶的相关尺寸。导叶相关尺寸见表5-2。

表5-2 导叶尺寸 （单位：毫米）

db 115 da 95 d1 125 d2 110 dm 30 d3 M24 d4 32 d5 109 dc 105 hB 140 hC 200 h1 20 h2 110 h3 45 h4 12 hA 95 h5 6 H 717 5.3.2 导叶轴套结构

导叶轴套过去大多数采用铸锡青铜，加注黄干油润滑。目前已广泛应用具有自润滑性能的工程塑料代替，这样不仅简化结构，而且节省大量有色金属，降低成本。

(一) 上轴套

查文献[1]P162表8-22，上轴套的结构和尺寸见图5-6和表5-3。

表5-3 上轴套尺寸 （单位：毫米）

dc 105 d1 105 d2 120 d4 150 h 53 h1 5 h2 10 ?? 0.8

图5-6 上轴套结构

参考文献[1]

21

(二) 中轴套

查文献[1]P162表8-23，中轴套的结构和尺寸见图5-7和表5-4。

表5-4 中轴套尺寸 （单位：毫米）

db 115 d1 115 d2 130 d4 135 h 115

h1 25 h2 6 d5 6 ?? 0.8

图5-7 中轴套结构

(三) 下轴套

参考文献[1]

查文献[1]P163表8-24，下轴套的结构和尺寸见图5-8和表5-5。

表5-5 下轴套尺寸 （单位：毫米）

da 95

d1 95 d2 110 h 95 h1 6 ?? 0.8

图5-8 下轴套结构

参考文献[1]

5.3.3 导叶轴颈的密封

(一) 导叶下轴颈密封结构

导叶下轴颈的密封主要是防止泥沙进入，发生轴颈磨损。本设计中采用“O”型橡皮圈密封结构。由上面的导叶尺寸知，db=330mm，查文献[1]P160表8-18，取D=95mm，d=7.5mm。其结构见图5-9。

图5-9 下轴颈“O”型密封

参考文献[1]

(二) 中轴颈“L”型密封结构

导叶轴颈密封多数装在导叶套筒下面。曾采用过牛皮的“U”型密封，封水性能较好，但结构较复杂。目前不少机组中已改用“L”型密封，实践表明，封水性能很好，结构简单。“L”型密封圈与导叶中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。密封圈与顶盖配合断面，则靠压紧封水，所以套筒与顶盖断面配合尺寸应保证橡胶有一定的压缩量。密封圈的材料采用中硬耐油橡胶，压膜成型。参照文献[1]P158表8-17，本设计中采用“L”型密封结构，尺寸见表5-6，结构见图5-10。

表5-6 中轴颈“L”型密封 （单位：毫米）

db 115 d 120 d1 110 d2 155 h 18 ?1 4 ?2 4 23

图5-10 “L”型密封结构

参考文献[1]

5.3.4 导叶的止推装置

考虑到导叶在水压作用下的上浮力，为了防止导叶被向上抬起，碰撞顶盖和影响连杆受力，本设计中设置了止推装置。

止推装置的结构形式很多，本文采用的是在导叶臂上开槽，利用固定于套筒上法兰面的止推装置，卡在导叶臂槽内，使导叶臂与导叶受轴向限位，从而限制了导叶向上浮动。

查文献[1]P157表4-6，止推压板尺寸见表5-7，结构见图5-11。

表5-7 止推压板尺寸 （单位：毫米）

db 115 d1 248 d2 210 d3 183 d4 165 h 19 H 39 R 22 d 17

图5-11 止推装置结构

参考文献[1]

5.3.5 导叶套筒结构

导叶套筒是固定导叶上中轴套的部件，套筒结构与轴套材质，密封结构和顶盖的高度等有关。本设计中，导叶套筒采用HT21-40铸造，查文献[1]P155表8-15，其尺寸结构见表5-8和图5-12。

表5-8 导叶套筒尺寸 （单位：毫米）

db 115 d9 210 d1 320 d10 M16 d2 195 h 35 d3 120 h1 25 d4 130 h2 115 d5 135 h3 53 d6 280 z 6 d7 26 H 717 d8 6 25

图5-12 导叶套筒结构

参考文献[1]

5.4 导叶传动机构设计

导叶传动机构的型式很多，常用的有叉头传动和耳柄传动。本设计中采用叉头传动的方式，因为其受力较好，适宜于大型机组。

叉头传动机构主要由导叶臂、连接板、叉头、连接螺杆、螺帽、分半键、剪断销、轴套和端盖等组成。导叶臂与导叶用分半键连接，直接传递操作力矩。导叶臂上装有端盖，用调节螺钉把导叶悬挂在端盖上。导叶臂与连接板上装有剪断销，保护其他传动部件不受损坏。

5.4.1 导叶臂

查文献[1]P166表8-27，8-28，导叶臂结构见图5-13，导叶臂的尺寸见表5-8，导叶臂销孔尺寸见表5-9。

表5-8 导叶臂尺寸 （单位：毫米）

db 115 H 164 Dc 105 L1 110 D1 165 h1 13 D2 180 h3 20 D3 160 e 42 D4 180 k 8 d2 135 R1 20 dcn 35 f1 1 d3 M16 T 0.2 d4 22 表5-9 导叶臂销孔尺寸 （单位：毫米） dcn 35 R 55 B 120 c1 1 h 36 h1 45

图5-13 导叶臂结构

参考文献[1]

5.4.2 连接板

查文献[1]P167表8-20，8-21，结构见图5-14，连接板的尺寸见表5-10。

27

表5-10 连接板尺寸 （单位：毫米）

db 115 D1 165 B1 100 Dcn 35 D2 52 d1 75 d2 M12 B2 45 h 36 h1 45 l 15

图5-14 连接板结构

参考文献[1]

5.4.3 叉头

查文献[1]P167表8-31，结构见图5-15，叉头的尺寸见表5-11。

表5-11 叉头尺寸 （单位：毫米）

d1 M36 L 100 d2 45 L1 65 d3 42 R 40 d4 70 r 5 H 90 r1 4 h 58 c1 1 h1 16 S 13

图5-15 叉头结构

参考文献[1]

5.4.4 连接螺杆

查文献[1]P168表8-32，结构见图5-16，连接螺杆的尺寸见表5-12。

表5-12 连接螺杆尺寸 （单位：毫米）

d1 M36 d2 42 d3 30 S 36 l 85 b 18 b1 5 r 1.5 C 2

图5-16 连接螺杆结构

参考文献[1]

5.4.5 分半键

查文献[1]P169表8-34，选择a型式分半键，结构见图5-17，分半键的尺寸见表5-13。

29

表5-13分半键尺寸 （单位：毫米）

dc 105 K 4

图5-17 分半键结构

参考文献[1]

dm 35 C 1 L 110 b1 21.4 B 34 l1 140 h2 15 l2 110 h3 30 h 5 d M20 b 16.4 h1? 30

5.4.6 剪断销

查文献[1]P170表8-35，剪断销结构见图5-18，尺寸见表5-14。

表5-14 剪断销尺寸 （单位：毫米）

Dcn 35 r 1

d 15 h1 3.5 d2 34 h2 10 d3 40 h 36 d4 35 l 34 b 3 L 82 b1 2

图5-18 剪断销结构

5.4.7 叉头销

查文献[1]P170表8-36，叉头销的结构见图5-19，尺寸见表5-15。

表5-15 叉头销尺寸 （单位：毫米）

dn 45 h2 8 d 45 D 37 d1 42 b 3.5 d2 44 R 1.5 d3 39 C 2 h 56 d0 3 h1 20 r 1 H 92

图5-19 叉头销结构

参考文献[1]

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ihxd.html