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1、热能与动力工程专业毕业设计（论文）白山水电站水轮机结构设计 摘 要水轮发电机组是将水能转化为电能的核心设备，水轮机结构设计得是否合理就成为电站能否有效运行得关键。本设计的主要内容为白山水电站水轮机结构设计。白山水电站位于吉林省桦甸市老恶河哨口，第二松花江上游，是国家电力公司东北公司直属的梯级水力发电厂，国家特大型企业。白山发电厂介于东北电网南网、北网之间，地理位置适中，在东北电网中担负调峰、调频和事故备用任务，目前是东北电网装机容量最大的水电厂。这次设计的主要内容有三部分。第一部分是对水轮机进行总体结构的设计。第二部分是对导水机构进行设计。第三部分则是对主要部件进行强度校核。在本次毕业设计中，
2、所有的图纸都采用AutoCAD软件进行绘制。关键词：白山水电站；水轮机；结构设计；强度校核The Structural Design of Hydraulic Turbine for Baishan Hydraulic Power StationABSTRACTThe water-turbine generator set transforms the hydro energy as the electrical energy core equipment, the hydraulic turbine structural design whether reasonable becomes t
3、he power plant whether effective movement to result in the key.This design primary coverage Baishan hydroelectric power station hydraulic turbine structural design. The Baishan hydroelectric power station is located on Laoe river sentry post mouth in Huadian city of the Jilin Province, upstream the
4、second Songhua River, is the stave hydro-electric power station which SGCC Northeast Corporation subordinates, National Extra large type Enterprise. The Baishan power plant is situated between south and north of the northeast electrical network, the geographical position is moderate, shoulders in th
5、e northeast electrical network adjusts the peak, the frequency modulation and the accident spare duty, at present is the biggest hydroelectric power plant installed capacity in northeast electrical network. This design primary coverage has three parts. The first part carries on the design of the ove
6、rall structure. The second part carries on the design of the water organization. The third part carries on the intensity checking of the major component.In this graduation project, all blueprints use the AutoCAD to carry on the plan.KEYWORD: Baishan hydro-power station; hydraulic turbine;structural
7、design; ntensity checking目 录摘 要1ABSTRACT2目 录31 绪论51.1选题的目的和意义51.2白山水电站的基本情况51.3基本参数61.4毕业设计具体内容62水轮机总体结构设计72.1转轮流道尺寸72.2导叶高度及分布圆直径82.3主轴直径82.4主要部件结构92.4.1转轮92.4.2接力器112.4.3导叶122.4.4座环192.4.5顶盖202.4.6底环202.4.7 基础环212.4.8主轴212.4.9水导轴承232.4.10主轴密封232.4.11控制环242.4.12 补气装置253导水机构传动系统设计273.1导叶开度273.2导水机构运
8、动系统的设计283.2.1导水机构的装配尺寸283.2.2导水机构的配合公差与间隙283.2.3导水机构的传动部分294 强度校核364.1主轴的强度校核364.1.1基本参数的定义364.1.2轴身应力的计算364.1.3薄臂轴法兰与轴身联接处应力的计算374.2导叶强度计算424.2.1 基本参数的意义：424.2.2 导叶上的作用力计算：434.2.3 各断面惯性矩、断面模数计算：444.2.4 挠度计算：454.2.5 各支反力及其应力计算：474.2.6 导叶轴颈C的最优间隙确定：494.2.7 按选定的挠度值，复核若干断面应力：50致 谢52参考文献53521 绪论1.1选题的目的
9、和意义作为一名即将毕业的大学生，毕业设计是大学学习的最后一个重要的综合性教学环节，撰写毕业论文，主要有两个方面的目的：一是对所学知识进行一次全面的考核。二是进行科学研究基本功的训练，培养综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后从事工作打下良好的基础。具体说来，毕业设计可以巩固学习的内容，促进各科知识之间相互贯通，同时可以培养动手能力，创新能力，达到理论实践相结合的目的。在本次白山水电站水轮机结构设计设计过程中，可以学习AutoCAD等软件并熟练应用，可以了解新科技进展，了解自己所学知识的优势和不足，为以后的学习打好基础。同时，完成水轮机结构设计中对混流式水轮机的结构、特点和性能进
10、行总结、归纳和综述，对不同种类的水轮机进行比较，了解不同水轮机结构的优缺点，适用条件，应用到现实工程当中对现有设备进行创新、改良。 1.2白山水电站的基本情况白山水电站位于吉林省桦甸市老恶河哨口，第二松花江上游，是国家电力公司东北公司直属的梯级水力发电厂，国家特大型企业。白山发电厂介于东北电网南网、北网之间，地理位置适中，在东北电网中担负调峰、调频和事故备用任务，目前是东北电网装机容量最大的水电厂。白山水电站控制流域面积19万平方公里，年径流量7403亿立方米，为不完全多年调节水库。白山发电厂总装机170万千瓦，设计年平均发电量23.6亿千瓦时。其中，白山地下水电站安装了3台30万千瓦混流式水
11、轮发电机组；白山左岸水电站安装了2台30万千瓦混流式水轮发电机组；距白山下游39公里的红石水电站安装了4台5万千瓦轴流定桨式水轮发电机组。白山电站一期工程于1975年动工兴建，1983年12月30日第一台30万千瓦机组发电。二期工程于1985年动工，1992年六月机组全部投产发电。白山水电站由“一厂、三站”组成，以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖等综合效能。1.3基本参数水轮机型号：HL200-LJ-550额定转速： 125 rpm单机容量： 306 MW吸出高度： -4.28 m设计水头： 112 m安装高程： 286 m设计流量： 307/1.4毕业设计具体内容（一）根据给定水轮机型号和转轮
12、直径等参数进行水轮机结构设计1）按给定水轮机型号和转轮直径参数，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）确定水轮机主轴尺寸，并进行强度校核计算；3）根据机组的型式和电站的自然条件进行主轴密封和水导轴承设计；4）绘制水轮机总装配图；5）绘制水轮机主要部件的组装图和零件图。（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设计；2）绘制导叶布置图；3）导叶强度计算。2水轮机总体结构设计2.1转轮流道尺寸白山水电站的转轮型号为HL200-LJ-550，根据参考文献1第224页混流式水轮机转轮流道尺寸，可查得HL200型转轮模型流道尺寸，再根据白山水电站转轮标称直径得到真机的
13、流道尺寸，计算结果见表2-1和图2-1。表2-1 转轮流道尺寸 （单位：mm）参数符号数值参数符号数值D1D2D3D4D5Z0b0l1L25500495530256385962241100286946l2l4l5R1R2R3R4R5H1699.52112151815186178.31106.722752392376图2-1 转轮流道尺寸2.2导叶高度及分布圆直径查参考文献1第224页混流式转轮流道尺寸，查得白山水电站导叶相对高度，可得导叶高度为：；查参考文献1第133页表8-1，可查得导叶分布圆直径。由于本机组属于具有全包角蜗壳的低比转速混流式水轮机，所以导叶选择非对称型翼形，导叶数。2.3主
14、轴直径主轴的外径尺寸可以根据机组的扭力矩初选，扭力矩按参考文献1第319页式（12-1）计算：（kgcm） （2.1）式中 ： N代表主轴传递的功率（千瓦） n代表主轴转速（转/分）根据原始资料，白山水电站水轮机的参数如下：N=306MW=3.06105kWn=125r/min所以， 根据参考文献1第319页图12-12扭力矩与主轴外径的关系曲线查得。主轴内孔直径按参考文献1第320页式（12-2）计算： （2.2）式中 ：D主轴外径（cm） N主轴传递的功率（千瓦） n主轴转速（转/分） max最大许用应力（kg/cm2）选取主轴的材料为ZG20MnSi,max=550kg/cm2所以根据主轴内孔直径公式计算得：主轴内径按标准直径系列取为。所以白山水电站主轴外径，主轴内径,材料为ZG20MnSi。2.4主要部件结构2.4.1转轮混流式水轮机的转轮由上冠、叶片、下环组成。上冠通常装有减少漏水损失的止漏环，减少轴向水推力的减压装置，它的上法兰面与主轴连接，下部接泄水锥。下环上也装有止漏装置。查参考文献1第229页表10-5 HL200型转轮系列尺寸,可得白山水电站水轮机转轮尺寸如图2-2和表2-2所示。图2-2 转轮表2-2 转轮尺寸（单位：mm）参数符号数值计算参数数值D1D2D3D4D5
