热能与动力工程设计毕业论文

热能与动力工程设计毕业论文目录目录 (1)1 前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 设计容 (2)1.3 原始资料 (2)2水轮机总体结构设计 (4)2.1绘制轴面流道图 (4)2.2座环设计 (5)2.3蜗壳 (7)2.4尾水管 (7)2.5活动导叶及导水机构装置零件 (7)2.5.1 活动导叶翼型 (7)2.5.2 导叶结构系列尺寸和轴颈选择 (9)2.5.3 导叶的密封结构 (10)2.5.4 导叶轴颈密封 (12)2.5.5 导叶端面抗磨板 (13)2.5.6 导叶止推装置 (13)2.5.7 导叶套筒 (14)2.5.8 导叶轴套 (15)2.5.9 导叶臂 (18)2.5.10导水机构装配尺寸 (20)2.5.11导叶传动机构 (21)2.5.12 连接板 (21)2.5.13套筒 (23)2.5.14 叉头销 (23)2.5.15 叉头 (25)2.5.16 连接螺杆 (26)2.5.17 剪断销 (26)2.5.18 分半键 (27)2.5.19 端盖 (29)2.5.20 补偿环 (30)2.6控制环 (31)2.6.1 控制环尺寸（总体） (32)2.6.2 控制环（大耳环处） (33)2.6.3 控制环（小耳环处） (33)3主轴及其附属部分 (34)3.1 主轴结构设计 (34)3.1.1 连轴螺栓 (36)3.1.2 水导轴承 (39)3.1.3 主轴密封 (42)3.2操作油管 (44)3.3转轮部分 (45)3.3.1 叶片 (45)3.3.2 转轮体 (46)3.3.3无操作架转桨机构 (46)3.3.4 叶片密封装置 (47)3.4底环 (47)3.5顶盖和支持盖 (48)3.6真空破坏阀 (49)4导水机构传动系统总设计 (50)4.1 确定导叶开度 (50)5 总结 (49)致谢 (49)参考文献 (54)1 前言1.1 概述我国资源绝对数量较大，而人均能源相对不足。

仅为世界平均水平的二分之一。

能源和水资源是21世纪制约社会经济可持续发展的两大难题，水资源是我国能源的重要组成部分，人均占有量为世界平均水平的81%,是我国能源的最大优势。

随着国民经济的快速发展，能源供应已逐渐成为经济社会发展的制约因素。

石油储量不足，进口困难，而且价格一路攀升；煤炭资源虽然相对丰富，但是产能不够，运力不够，矿难频发，污染严重。

能源安全形势十分严峻。

随着世界化石能源资源的日益减少，这种能源紧缺的局面将会越来越严峻，而解决这一矛盾的根本出路，恐怕就在于更多的应用可再生能源。

可再生能源最显著的优点就是它可以重复利用，源源不断，但是，它也有最致命的弱点就是不能保存，如果你不开发利用，它就要随着时间流逝。

在这方面，风能、太阳能、生物质能等各种新型的可再生能源的技术目前还不够十分成熟，开发成本和效率都还难以满足大规模电网的需要。

水电是目前唯一可以进行商业化大规模应用的可再生资源。

此外，水能可再生的特点决定，开发应用无穷无尽，而得不到开发，也不能保存，其实际能源资源量就等于零。

在我国当前的还有大量的水电资源尚未开发的具体情况下，开发利用水电就是最大的节能，我们早一天、多一点开发利用水电，必然就是把更多的不可再生资源留给后代的明智之举。

水轮机作为水电站的核心设备，其结构设计的合理性直接决定了电站能否经济、高效、可靠、安全的运行。

本次毕业设计通过查阅设计手册以及参照已有设计电站等方法，对葛洲坝水电站ZZ560的水轮机作出了完整的结构设计。

旨在将大学期间对基础理论知识的学习应用到设计实践中去，加深了我对水轮机结构的认识，弥补了在理论学习中的不足。

通过本次毕业设计，除了促进我将大学所学各专业知识相互贯通，锻炼了我的动手能力，创新能力外，还使得我对水轮机结构设计这个行业上的一些新的科技进展及基本设计过程有了一定的了解，另外，通过本次设计，我也认识到自己本身存在的一些不足之处，希望自己在以后的工作学习过程中能积极查漏补缺。

本次毕业设计所有出图皆为CAD绘图所得，这不仅缩短了设计时间，也让我更加熟练的掌握了CAD绘图技术。

1.2 设计容（一）根据给定的葛洲坝水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；（三）对主要零件进行设计1.设计活动导叶并绘制导叶零件图2.设计主轴并绘制主轴零件图1.3 原始资料本次毕业设计基本参数如下：单机容量：170MW水轮机型号：ZZ560-LH-1130设计水头：18.6m设计流量：1130m3/s额定转速：54.6r/min吸出高度：-7m2 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ZZ560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2-1 ZZ560流道尺寸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。

鉴于葛洲坝水电站水头较低，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，采用焊接形式；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；4)顶盖与底环把合面平行度误差不超过0.025 毫米/米；5)分瓣结构的合缝面光洁度为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。

根据转轮直径（11300mm）从《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 水轮机座环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Db 15936 H1=b0+(10-20) 4525Da 19390 R 700k 100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 蜗壳蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。

当水头在40米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。

由于葛洲坝水电站的设计水头为18.7米，最低水头8.3米，最高水头27m，故蜗壳的形式为混凝土梯形断面的蜗壳，包角为180°，为防止水流冲刷及渗漏现象，在混凝土蜗壳和座环的连接部位还加有钢板衬板。

2.4 尾水管由于葛洲坝水电站工作水头较低，采用轴流转桨式水轮机，故其尾水管是由混凝土浇筑而成的，但为了防止水流冲刷，在尾水管进口直锥段衬有钢板里衬，为保证转轮能高效安全运行，里衬厚度选为60mm。

2.5 活动导叶及导水机构装置零件2.5.1 活动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）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。

由《水轮机设计手册》中137 页表8-5查得对称形导叶叶形的断面参数如下表：表2-4 导叶翼型参数参数符号数值(mm) 参数符号数值(mm) D1 11300 k 11.4D0 13092 r 89.6Z0 32 R1 267a 114.3 R2 242b .5 R3 544c 144.2 L 1340d .5 L1 649e 125.7 L2 691d0 217.1 q 30m 115.1 t 20其符号所代表的意义见图 2-4:图2-4 导叶翼型图2.5.2 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 =330mm，再根据db=330mm 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 导叶尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db 330 hB 360da 270 hc 515d1 340 h1 35dc 300 h2 295d2 315 h3 120dm 70 h4 25d3 M64 h5 10d4 78 H 参考1569d5 298 R1 165hA 270 R2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，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。

2.5.3 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。

由于本机组属于大型低水头的机组，因此采用圆橡皮条直接镶入鸽尾槽封水，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参数符号数值（mm）a 15b 16c 4其中参数符号对应下图2-6中符号：图2-6 导叶密封2.5.4 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 中轴颈密封参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db 330 h 22d 338 δ1 4.5d1 322 δ2 4.5d2 390 R2 0.8R5 3.5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 下轴颈密封参数符号数值（mm）db 330D 270d 10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。