仙游电站水泵水轮机结构设计说明书

1、 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 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.仙游蓄能水电厂从电站规模、机组容量与高水头水泵水轮机等方面而言，都是极具代表性的抽水蓄能电站。本次毕业

2、设计就是以该电站为对象，通过查阅相关资料与水轮机设计手册，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。关键词关键词：仙游蓄能电站, 水泵水轮机, 结构设计,CAD 3 / 47The Structural Design of Pump-turbine inFujian Xianyou Pumped Storage Power stationAbstract Pumped storage power stationplays a pivotal role in peka-clipping of power grid，bein

3、g significant to improve the quality of power supply and the flexibility of power network.Pump-turbine，which is specially applied to pumped storage power station，transfers between turbine and pump according to the manage of power grid to fulfil the vital task of peak regulation and frequency adjustm

4、ent. It also shows unique features instructure due to the characteristics of high water head, high speed, large capacity, complex operation condition and frequent start-stop. Fujian Xianyou pumped storage power station is extremely typical when it comes to the scale，unit capacity,or the high-head pu

5、mp-turbine.The graduation project takes Guangzhou pumped storage power station as the object,aiming at completing the structural design of Francis pump-turbine in this power station by refering to related data,the design hand book of hydraulic turbine and Computer Aided Design CAD.The overall assemb

6、ly, the distributor assembly, as well as some of the major parts are well designed.KEY WORDS: :Fujian Xianyou pumped storage power station, pump-turbine, structural design, CAD 目录1前言 11.1 概述 11.2 设计容 21.3 原始资料 22.水泵水轮机总体结构设计 32.1 绘制轴面流道图 32.2 转轮部分 32.2.1 转轮结构 32.2.2 转轮连接 42.2.3 转轮止漏装置 52.2.4 泄水锥 52.

7、2.5 转轮减压装置 53.主轴与其附属结构部分 .63.1.1 主轴直径计算 63.1.2 主轴结构设计 73.1.3 水导轴承 93.1.4 主轴密封 103.1.5 检修密封 123.2 座环 143.3 顶盖 153.4 底环 163.5 基础环 173.6 蜗壳 173.7 接力器 183.8 真空破坏阀 18 5 / 474.导水机构 .194.1 活动导叶翼型 204.2 导叶开度的确定 214.3 导叶结构、尺寸和轴颈选择 214.4 导叶的密封结构 234.5 导叶套筒 234.6 导叶止推装置 244.7 导叶轴颈密封 254.8 导叶轴套 .265.导叶传动机构与零部件

8、.285.1 导叶臂 295.2 连接板.305.3 叉头 315.4 连接螺杆.325.5 端盖 325.6 分半键 335.7 剪断销 345.8 叉头销 355.9 叉头销轴套 36 5.10 控制环 376.总结 .38参考文献 40 1 / 471前 言1.11.1 概述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方式，其调峰填谷、调频调

9、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。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，学习水泵水轮机的结构特点。并以仙游抽水蓄

10、能电站为对象，参考一样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，与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与水泵水轮机的结构，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，也使得整个设计与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用技巧也得到很大的提高。 1.2

11、1.2 设计容设计容（一）根据给定的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与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与导叶布置图； 1.31.3 原始资料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：HLX-LJ-410额定转速：428.6r/min水轮机设计流量：79.16 m3/s水泵流量：最大 6

12、8.05 m3/s最小 54.63 m3/s吸出高度：-65m安装高程：205m2.水泵水轮机总体结构设计2.1 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 2：1 或更大，相对导叶高度 b0 不超过 10%。本设计查阅仙游抽水蓄能电站相关资料，拟用转轮型号 HLX-LJ-410，其流道尺寸符号与数值分别如图 2-1、表 2-1 所示。 3 / 47图 2-1 HLX-LJ-415.8 流道图表 2-1 流道尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D04743

13、R13636D14158R2995D21810R360Dk1175h11664bo400.8h210752.22.2 转轮部分转轮部分2.2.1 转轮结构 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(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 2-2 为转轮结构，尺寸如表 2-2所示:表 2-2-1 转轮尺寸2.2.2 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，

14、转轮法兰尺寸符号与数值如图 2-3、表 2-2-2 所示。参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Da3618H1792Db1060L1240Dc1866100bo400.8图 2-2-1 转轮结构 5 / 47表 2-2-2 转轮法兰尺寸2.2.3 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 10-11，由转轮直径查选梳齿密封间隙为 1.5mm.2.2.4 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

15、个布置在连轴螺钉侧的 M60 螺钉把合，为避免运行中脱落，另与上冠点焊加强，材料为Z5CN1704M。2.2.5 转轮减压装置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。本次选参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Dm1030h96Dn1350163 D8502M100h130图 2-3 转轮连接法兰 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

16、水锥腔排入尾水管。 7 / 473.主轴与其附属结构部分3.1.1 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：N=300MW=30 万 KW n=428.6r/min所以， )(1018.866 .42810309740074厘米公斤M根据水轮机设计手册上 319 页图 12-12 扭力矩与主轴外径的关系曲线查得 D=1100（mm） ，根据薄壁轴的标准外径系列，取标准植D=1100（mm）当主轴直径600mm 时，选用薄壁轴，主轴孔直径按水轮机设计手册320

17、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（转/分）max最大许用应力（公斤/厘米 2）初选主轴的材料为 ASTM A668 CLE，其中 max=700（公斤/厘米）所以根据主轴孔直径公式计算得：=979.0 mm)(97.907006 .42811010300496102434厘米Dd但为了保证主轴有足够的刚强度，可将主轴径按标准直径系列取为600mm 。 3.1.2 主轴结构设计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，

18、同时还要考虑焊接对材料碳当量的要求，以前国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、下法兰与轴身三部分组成，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与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 12-3 得轴的尺寸如图 3-1、表 3-1，主轴长度根据电站安装要求决定。 表 3-1-2 主轴尺寸参数符号数值（mm

19、）参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D1100d2173Da1030D1660h225da60Db1425h1260D0600Dp1120L50D21560D21650l175f2D31200l212Z20d1000S275C16d1000S1340C120db115a30C24d1118m2 9 / 47图 3-1-2 主轴结构 3.1.3 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

20、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。干油润滑轴承国运用不多。查水轮机设计手册345 页，对不同轴承的使用条件与优缺点进行比较，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、旋转油箱与箱盖等组成。油循环的动力是靠油随油箱旋转产生的惯性以与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

21、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 3-1-3：其中相对应的尺寸如下表:图 3-1-3 水导轴承结构 11 / 47表 3-1-3 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0.51 的围，一些试验资料表明轴承的摩擦系数在上述围数值最小。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

22、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：)(10002 . 015. 0毫米PD式中 DP主轴直径（毫米）37. 0100011202 . 015. 0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

23、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，把合在轴承体上。3.1.4 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，防止水导轴承与顶盖被淹，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。仙游蓄能水电厂抽水蓄能机组具有

24、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，密封形式采用非平压自调整轴向式分瓣机械型平面密封。密封结构如图 3-1-4：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。图 3-1-4 非

25、平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封 13 / 473.1.5 检修密封主轴的密封除了正常运行中的工作密封外，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。3.2 座环图 3-2 座环结构

26、图 3-1-5 检修密封尺寸 座环的作用，是承受整个机组与其上部混凝土的重量以与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。机组安装时以它为基准，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 6-14 选出座环基本尺寸，再根据实际情况稍作改动，设计如下图 3-2，表 2-6 所示：表 3-2 水轮机座环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Db5440H1=b0+10-25410Da6572H1375k851105R1252135(座环边的延伸角

27、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 3.2，其余表面为 12.5；3）固定导叶进口端节距误差不超过 0.0015Da，顶盖与底环把合面平行度误差不超过 0.025 毫米/米；4）座环分两瓣，分瓣结构的合缝面光洁度为 6.3，合缝面间隙一般不超过 0.05 毫米。5)合缝面局部允许有 0.150.3 毫米凹陷部分（深度小于接合缝的1/3，长

28、度不超过接合缝总长的 1/5） ，但不允许有突起。3.3 顶盖 15 / 47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。其主要作用有：1）形成流道并承受相应的流体压力；2)固定和支撑活动导叶与其连杆机构；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 E28-4 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

29、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 3-3：图 3-3 顶盖结构3.4 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，它用来安装导叶下轴承与支持导叶的下轴颈。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，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 3-4 图 3-4 底环结构底环主要尺寸如下：外径4958mm径 3896mm高度 1498mm材料 E28-43.5 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，转轮的下环在其转动。本设计中，基础环采用

30、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 3-5.图 3-5 基础环 17 / 473.6 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

31、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。仙游电厂为 400m 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。3.7 接力器本次毕业设计所选转轮直径为 4.1 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，操作油压采用 pH=25公斤/厘米。接力器直径HcPDbHDd10max1/式中：转轮直径1D最高水头maxH导叶相对高度10/ Db调速系统的额定油压HP 计算系数从水轮机设计手册中的表查得 =

32、0.151，=40 公斤/厘米，HP取 535m，b0/D1 =0.094maxH m704. 040094. 0535158. 4151. 0cd根据接力器直径系列取 dc=700(mm)3.8 真空破坏阀导叶突然关闭时，尾水管的水流由于惯性将继续流动，此时转轮室会产生真空，由于压强差，尾水管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，消除转轮室真空。针对这种情况采用顶盖加真空破坏阀的方法。 19 / 474.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

33、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 D1=4158mm 查阅水轮机设计手册中 133 页表 8-1，差值法得参数如下表 4-1：表 4-1 导水机构装配尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D14158LH555D04743lp261Z020lc45042Dy3450Dc33004.1 活动导叶

34、翼型图2-12 负曲率导叶翼型 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8-7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2-12：表2-8 导叶翼型参数参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)D13886k7.67D04425r51.34Z020R159.58a24.37a193.77b42.68b196.24c58.14c195.25d65.69d187.71e70.41e179.05m63.59m151.21d

35、0137.18L760.825L1397.1f40.2L2363.694.2 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026.6，如下图2-12所示，作图计算最大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4-2： 21 / 47图4-2 导叶布置表4-2 导叶布置08152426.61.05amaxa0045.9293.66141.4191.2200.84.3 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

36、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8-11 初选轴颈db，选得db=250mm，再根据db=250mm 从设计手册中表8-9 查得导叶结构的其它尺寸如下表： 表4-3 导叶参数参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250hb22da230hc415dc210h135d1280h2237.7d2240h3100d3M56R1125d470R2105d5228H 1600b0364 H2206ha22图4-3 导叶结构尺寸 23 / 474.4 导叶的密封结构 导叶

37、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。4.5 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4-5、表4-5：图4-5 导叶套筒 表4-5 导叶套筒尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250h140d16

38、60h2230d2390h316d3250h436d4270dnM24d5280d32dm300R10H1270R15h55R2215D5804.6 导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，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4-6、表4-6：表4-6 止推压板尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1480d26d2415H78d3375h33d4345b3

39、2 25 / 474.7 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4-7-1，参数含义如图4-7-1：表4-7-1 中轴颈“L”型密封参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250R52D2537h22d230014.5R2224.5图 4-6 导叶止推压板 图4-7-1 导叶中轴颈“L”型密封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4-7-2表4

40、-7-2 下轴颈“O”型密封参数符号数值（mm）db250D210d10图4-7-2 导叶下轴颈“O”型密封4.8 导叶轴套导叶轴套以前常使用黄干油润滑的铸锡青铜，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、下轴套的结构与尺寸依次如下各个对应图表所示： 27 / 47（1）导叶上轴套结构与参数图 4-8-1 上轴套表 4-8-1 上轴套参数参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc230h11

41、5d1230h18d22501d4290(2)导叶中轴套结构与参数 图 4-8-2 中轴套表 4-8-2 中轴套参数参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250h250d1250h140d32701d4280(3)导叶下轴套结构与参数图 4-8-3 下轴套表 4-8-3 下轴套参数参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）da210h210d1210k6d22301dm240 29 / 475.导叶传动机构与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

42、成。根据接力器直径 dc=700mm，db=250mm，查阅水轮机设计手册上164 页的表 8-25、8-26，得到叉头传动机构特征尺寸如表 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）dc700d2100d1M72h70dn90h190dcn70dm605.1 导叶臂 图5-1 导叶臂与销孔结构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8-27、8-28查出导叶臂与其销孔尺寸如下表5-1-1、5-1-2：表 5-1-1 导叶臂参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250H290Dc230L1225D1340e60D2370K10D3340R130D

43、4370f12d2290h350dm60b125 31 / 47d3M24lp261d432其中参数符号意义对应图5-1(左):表 5-1-2 销孔尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dcn70C12R105h70B260h190其中参数符号意义对应图5-1（右）：5.2 连接板图 5-2 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 8-30 查出连接板尺寸如下表 5-2、图 5-2：表 5-2 连接板尺寸参数参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D1340R275h70h190R1205lp261Dcn70l1=l2120D2100c11.5d

44、1135Lp+1.7Dcn3805.3 叉头根据连接板d1=M72，从水轮机设计手册上167 页的表8-31查出叉头尺寸如下表5-3：表 5-3 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5-3： 33 / 47C1d1d4rr1L1d3C145C145d2RSh1Hh图5-3 叉头5.4 连接螺杆根据连接板d1=M72从水轮机设计手册上168 页的表8-32查出连接螺杆尺寸如下表5-4：图5-4 连(设计时确定)ld1b1d2bC45d1（左）d3l

45、LS接螺杆表5-4 连接螺杆尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1M72X4b28d280b18d366r2S70c3l1705.5 端盖根据轴颈db=250mm，从水轮机设计手册上171页的表8-37查出端盖 尺寸如下表5-5：表5-5 端盖尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db250h138d1400R115d22321M36d390226d452364d5290d6130h48表5-5中参数符号意义对应如下图：图 5-5 端盖5.6 分半键 35 / 47根据上轴直径dc =230mm，查水轮机设计手册上169 页的表8-34，选用b型分半键，得分半键尺寸如下表5-6

46、： 图 5-6 分半键表 5-6 分半键尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc230b27.5dm60K5L245c1.5B58b133.1l1305h225l2250h340h10h4105.7 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1.5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Dcn=70mm，从水轮机设计手册上170页的表8-35查出剪断销结构与尺寸如下图5-7、表5-7： 表 5-7 剪断销尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Dcn70r1.5d30h15.5d269h213d3

47、75h70d470l66b5L153b14h23hlLdDcnd1d4h1brb160R1倒圆角R0.5图 5-7 剪断销5.8 叉头销根据叉头传动机构尺寸中dn=90，从水轮机设计手册上170页的表8-36查出剪断销机构与尺寸如下图5-8、表5-8 37 / 47图 5-8 叉头销 表 5-8 叉头销尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dn90H183d90h210d185b4.5d289R2d381c3h108r2h1405.9 叉头销轴套根据连接板d2=100mm，从水轮机设计手册上168 页的表8-33查出叉头销轴套尺寸如下表5-9：表 5-9 轴套尺寸 参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dn90h98d2100h18 d1105c2.5表中参数符号如下图所示：图 5-9 轴套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 A3 钢板焊接。根据水轮机转轮直径 D1=4158mm,查水轮机设计手册第 185 页图 8-34 与其表 8-52 到表 8-54,插值法得出控制环尺寸。表 5-10 控制环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D14158d4100Dc3300H855Z020h170Dy3450h2210 R178h350S30h4