水轮机选型结构设计毕业论文目录前言 (1)概述 (1)设计容与要求 (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)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围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，并在运转曲线中标注额定工况点；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。
1)1水轮机总装配图（零号）；2)1导水机构装配图（1号）；3)1导叶布置图（2号）；4)1控制环零件图（1号）。
1 越南DongNai5电站基本资料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D 1=4.07m=4070mm ，模型转轮标称直径D 1′=350mm,比例系数k ：63.113504070=÷=k则流道实际尺寸为：出口直径：mm 420263.117.361D 2=⨯=导叶高度：mm 118063.115.101b 0=⨯=泄水锥高度：mm h 208663.1135.1791=⨯=根据经验，选取:mm D 458263.113940=⨯=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。
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H 1=60.5m 、H 2=59.5m 、H 3=58.5m 、额定水头H 4=58m 、最小水头H 5=57.5m 。
水轮机额定转速：n=150r/min ，效率修正值η∆=1.5%。
查文献[2]P305公式（9-8）、(9-9)、（9-10），得H nD 111n = （3-1）ηηη∆+=M （3-2）η5.11181.9H Q P = （3-3）(一)H=60.5m ，49.785.6007.4150n 111=⨯==HnD ，经计算，相关数据如表3-1所示。
表3-1 H=60.5m 时的数据(二)H=59.5m，15.795.5907.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-2所示。
(三)H=58.5m，82.795.5807.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-3所示。
(四)H=58m，16.805807.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-4所示。
表3-4 H=58m 时的数据(五)H=57.5m，51.805.5707.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-5所示。
3.2 等开度线的绘制(一)H=60.5m ，49.785.6007.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-6所示。
表3-6 H=60.5m 时的数据(二)H=59.5m，15.795.5907.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-7所示。
(三)H=58.5m ，82.795.5807.4150n 111=⨯==HnD ，经计算，相关数据如表3-8所示。
(四)H=58m ，16.805807.4150n 111=⨯==HnD ，经计算，相关数据如表3-9所示。
表3-9 H=58m 时的数据(五)H=57.5m，51.805.5707.4150n 111=⨯==H nD ，经计算，相关数据如表3-10所示。
表3-10 H=57.5m 时的数据0a (mm)η(%)Q(s /m 3) P(W) 16 92.7 0.795 52216 18 94.1 0.865 57672 19 94.9 0.905 60852 20 95.6 0.955 64688 22 95.3 1.020 68874 24 93.9 1.080 71854 2692.51.743873.3 真机运转特性曲线的绘制选取两个水头H r 和H min ，分别计算出他们的最大允许出力出力P r 和P min ，然后过(H r ,P r )和(H min ,P min )两点连一条直线，以此作为r H H 〈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 座环的结构尺寸参考文献[1]表4-1 金属蜗壳座环尺寸（单位：毫米）D1 Db Da K R4070 5450 6300 150 350H1=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，埋设于混凝土。
转轮的下环在其转动。
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。