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1.正常导叶和带裂纹导叶有限元网格划分
2.正常导叶和带裂纹导叶固有频率分析
3.正常导叶和带裂纹导叶静力分析
三、外文翻译
1.3原始资料
本次毕业设计基本参数如下:
水轮机型号
ZZ600-LH-300
出力(kw)
2500
设计水头(m)
6.2
额定转速(r/min)
125
最大水头(m)
7.8
设计流量(m3/s)
51.5
最小水头(m)
4
2水轮机总体结构设计
2.1绘制轴面流道图
查阅《水轮机设计手册》得,型号为ZZ600-LH-300的水轮机模型流道尺寸和转轮室尺寸分别如图2-1,图2-2所示,根据比例换算所得真机的流道尺寸和转轮室尺寸如表2-1,表2-2所示:
图2-1ZZ600流道尺寸
表2-1流道尺寸
参数符号
真机数值(mm)
真机数(mm)
D1
3000
R2
2832
Z1
d2
876
D0
3765
d3
Z0
20
d4
832.5
b0
1464
h1
717
dB
999
h2
276
R1
708
h3
324
轴流式水轮机转轮室是水轮机过流通道的一部分,转轮室的外形和选用的转轮型号有关。
本水电站转轮型号为ZZ600,其转轮室结构如下图所示。
图2-2ZZ600转轮室尺寸
表2-2ZZ600转轮室尺寸
模型数值mm
真机数值mm
50
150
100
300
R3
500
1500
R4
385
1155
R(球)
209
627
154
462
H5
55
165
h4
81
243
D2
973
1919
D3
981
2943
α
8°
在电站运行时,由于水流的压力脉动在转轮室上作用有很大的周期性载荷,为加强转轮室的刚度并改善转轮室与混凝土的结合,在转轮室四周有环向和竖向的加强筋,并用千斤顶和拉紧杆将转轮室牢牢固定在二期混凝土中。
2.2座环设计
座环是反击式水轮机的基础部件之一,除了承受水压力作用外,还承受整个机组和机组段混凝土重量,因此要有足够的强度和刚度。
其基本结构是由上环、下环和固定导叶组成。
由于本水电站水头较低,小于40m,故而选择与混凝土蜗壳连接的座环,考虑到电站的基本资料,现对制造质量提出如下要求:
1)此座环所选材料为ZG30,采用铸造结构;
2)考虑到其强度要求,钢板厚度选取为75mm;
2)所有过流表面打磨光滑至表面粗糙度为3.2;
3)固定导叶进口端节距误差不超过0.0015Da;
4)顶盖与底环把合面平行度误差不超过0.025毫米/米;
5)分瓣结构的合缝面粗糙度为6.3,合缝面间隙一般不超过0.05毫米,局部允许有0.15~0.3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。
座环的尺寸和转轮型号、直径有关,其固定导叶的形状又取决于水力和强度计算,所以座环尺寸变化的因素较多,不可能完全统一。
参考《水轮机设计手册》104页表6-14选出座环基本尺寸,再根据电站实际情况稍作改动,设计如下图2-3,表2-3所示:
表2.3水轮机座环尺寸
数值(mm)
Db
5150
H1=b0+10-25
1475
Da
4500
R
200
k
75
其中参数符号对应图2-3水轮机座环(α,γ根据蜗壳而定)
图2-3水轮机座环
2.3活动导叶及导水机构装置零件
2.3.1活动导叶翼型
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。
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)两种标准叶形。
由于对称形导叶一般用于具有不完全包角的高比转速轴流式水轮机中,故本设计中采用对称形的叶形。
参考《水轮机设计手册》中137页表8-5,再根据本水轮机的具体情况,得对称形导叶叶形的断面参数如下表:
表2-4导叶翼型参数
5.8
r
44.4
L
665
a
56.7
L1
322.5
b
69.1
L2
342.5
c
71.8
d0
138.7
d
m
57.1
e
62.5
其符号所代表的意义见图2-4:
图2-4导叶翼型图
2.3.2导叶结构系列尺寸和轴颈选择
导叶轴颈可按转轮直径D1,使用水头H1(指最高水头),导叶的相对高度b0/D1,从《水轮机设计手册》中146页表8-10初选轴颈db,选得db=115mm,再根据db=115mm从设计手册中表8-9查得导叶结构的其它尺寸如下表:
表2-5导叶尺寸
db
115
hA
95
da
hB
140
d1
hc
dc
105
110
dm
30
45
M24
12
32
h5
6
d5
109
H参考
617
其中参数符号所代表下图2-5中符号
图2-5导叶结构尺寸
导叶的材料为ZG20MnSi整铸,为保证导叶转动灵活,导叶上、中、下三个轴颈要同心,径向摆度不大于中轴颈公差的一半,导叶体端面与不垂直度允许误差不超过0.15/1000。
导叶过流表面型线要正确,制造中应用样板检查。
2.3.3导叶的密封结构
导叶关闭后,导叶体的立面应该有很好的密封。
由于本机组属于低水头的机组,因此采用圆橡皮条直接镶入鸽尾槽内封水,这种结构制造简单,但只适用于40米水头以下的机组,因为水头太高会把圆橡皮条冲掉。
从《水轮机设计手册》上148页表8-12查得圆橡皮条和鸽尾槽的尺寸如下表:
(由于导叶体较高,可在中间加焊数段钢筋,使橡皮条分段固定。
)
表2-6圆橡皮条和鸽尾槽的尺寸
9
9.5
2
其中参数符号对应下图2-6中符号:
图2-6导叶密封
2.3.4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,实践证明,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。
密封圈与顶盖配合端面,则靠压紧封水,所以套筒与顶盖端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,模压成型。
其尺寸大小如下表2-7:
表2-7中轴颈密封
h
18
120
δ1
δ2
155
0.5
R5
1.5
其中参数符号意义对应图2-7:
图2-7中轴颈密封
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2-8:
表2-8下轴颈密封
D
7.5
其中参数符号意义对应图2-8:
图2-8下轴颈“O”型密封
导叶中轴颈处虽有密封装置,但因导叶是转动的,不可避免会有少量漏水,其排除方法主要是通过自流排水或水泵排水将漏水排出。
对于轴流式水轮机,导水机构套筒处得漏水由排水管集中到顶盖下部的轴承支架内,连同主轴密封处的漏水,由水泵抽水至电站集水井。
2.3.5导叶套筒
导叶套筒是固定活动导叶上中轴套的部件,采用HT21—40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。
分段套筒虽有质量小,便于加工,容易调整装配等优点,但由于受到机组尺寸的限制,本次设计仍选择传统的整体圆筒形结构。
套筒的尺寸大小如下表2-9:
表2-9导叶套筒
d7
26
320
d8
195
210
35
130
135
53
d6
280
Z
430
其中参数符号对应下图2-9中符号:
图2-9导叶套筒
为满足于导叶臂的装配要求,最终取H=430mm。
2.3.6导叶轴套
导叶轴套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。
该设计中,导叶套筒采用尼龙1010,其吸水性小,尺寸较为稳定,通过离心熔铸成型,适合在水轮机导叶、连杆等部位应用。
a)上轴套尺寸系列如表2-10所示:
表2-10上轴套尺寸
37
119.6
δ′
1
表中参数符号意义见图2-10:
图2-10上轴套
b)中轴套尺寸系列如表2-11所示:
表2-11中轴套尺寸
25
129.6
0.8
表中参数符号意义见图2-11:
图2-11中轴套
c)下轴套尺寸系列如表2-12所示:
表2-12下轴套尺寸
90
109.6
表中参数符号意义见图2-12:
图2-12下轴套
2.3.7导叶臂
根据叉头传动机构装配尺寸从《水轮机设计手册》上165页的表
8-23查出导叶臂及其销孔尺寸如下表2-13,2-14:
表2-13导叶臂
H
Dc
105D
144d
42
148
K
8
35D
f1
M16
T
0.2
22
其中参数符号意义对应图2-13(左):
表2-14导叶臂销孔尺寸
dcn
40D
C1
65
40
B
其中参数符号意义对应图2-13:
图2-13导叶臂
2.3.8导水机构装配尺寸
导水机构大部分零件应做到标准化、系列化,在《水轮机设计手册》上132页查表8-1可得出按转轮系列尺寸编制的导水机构装配系列,下表2-15是本水电站对应的导水机构装配尺寸:
表2-15导水机构装配尺寸
2400
LH
lp
250
ψ
30°
lc
410
其中参数符号意义对应图2-14
图2-14导水机构装配
2.3.9导叶传动机构
鉴于叉头传动机构受力情况好,所以本水电站采用叉头传动机构。
其主要是由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺帽、分瓣键、剪断销、轴套、端盖和补偿环等组成。
参照《水轮机设计手册》164页表8-25,可得出本次设计的导叶传动机构装配尺寸,如表2-16所示:
表2-16导叶传动机构装配尺寸
接力器直径dc
68D3/jd
M48×
60
dn
60D/dc
导叶中轴颈db
45D4/dc4
分瓣键直径dm
35D/gc
2.3.10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8—29到表8-30查出连接板尺寸如下表2-17:
表2-17连接板尺寸
165D
0.02
Dcn
40D4
l
58D3
l1=l2
62
其中参数符号意义对应图2-15:
图2-15连接板
2.3.11套筒
根据连接板D2=100,从《水轮机设计手册》上168页的表8—33查出轴套尺寸如下表2-18:
表2-18轴套尺寸
70D
78
78jd
83
2.5
其中参数符号意义对应图图2-16:
图2-16轴套
2.3.12叉头销
根据套筒dn=70D,从《水轮机设计手册》上170页的表8—36查出剪断销尺寸如下表2-19:
表2-19叉头销尺寸
70dc
10
70gb
59
65gb
3.5
69
3
88
143
其中参数符号意义对应图2-17:
图2-17叉头销
2.3.13叉头
根据连接板dn=70从《水轮机设计手册》上167页的表8-31查出叉头尺寸如下表2-20:
表2-20叉头尺寸
M56×
65D
r1
c1
S
其中参数符号意义对应图2-18:
图2-18叉头
2.3.14连接螺杆
根据连接板d1=M56从《水轮机设计手册》上168页的表8—32查出叉头尺寸如下表2-21:
表2-21连接螺杆尺寸
24
b1
其中参数符号意义对应图2-19:
图2-19连接螺杆
2.3.15剪断销
根据连接板Dcn=80mm,从《水轮机设计手册》上170页的表8—35查出剪断销尺寸如下表2-22:
表2-22剪断销尺寸
40dc4
4.5
39
38
其中参数符号意义对应图2-20:
图2-20剪断销
2.3.16分半键
根据上轴直径dc=230mm,从《水轮机设计手册》上169页的表8—34查出分半键尺寸如下表2-23:
表2-23分半键尺寸
16.4
34
18.6
l1
l2
5
其中参数符号意义对应图2-21:
图2-21分半键
2.3.17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2-24:
表2-24端盖尺寸
52.5
106
Φ1
M20
Φ2
Φ3
其中参数符号意义对应图2-22:
2-22端盖
2.4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铸造。
根据水轮机转
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