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1、 水轮机结构分析与设计水轮机结构分析与设计 上上 机机 指指 导导 书书 动力工程系动力工程系 2015 年年 9 月月 注意事项注意事项 （请仔细阅读并遵照执行）（请仔细阅读并遵照执行） 1.附件中有名为“标准导叶翼型图与 A3 图框.dwg”的文件，请大家下载后 直接在该图形文件下绘图。 2.请大家严格按照 1:1 比例绘图，待绘图完成后，根据图幅大小将所给 A3 标准图框相应放大即可。 3.绘图字体统一选用“jfe”、“jfc”（如下图“文字样式”的设置） ，机房已安装 该字体，若在其它计算机上绘图，请将附件中的字体文件下载后复制到 AutoCAD 的安装目录的字体子目录下（一般是 C:
2、Program FilesAutoCAD 2004Fonts， Copy） ， 即可以正常打开文件而不出现乱码！ 在需要打印打印导叶布置图时，也请将这两个字体文件 Copy 至相应计算机 的该安装目录 至相应计算机 的该安装目录。 4.上机成果提交要求： a.实验（上机）报告 1 份（16K 幅面） ，按所给上机报告模板填写； b.纸质 A3 幅面导叶布置图 1 份； c.电子版导叶布置图 1 份，请将最终电子版命名为“学号+姓名”（如 3120641001 马龙.dwg）发至 ，并请填写邮件主 题为：“3120641001 马龙_导叶布置图”。 5.所有上机成果均需在 10 月 21 日前提
3、交。 谢谢大家的配合！ 2 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 1 名称：水轮机导叶布置图的绘制名称：水轮机导叶布置图的绘制 2 学时安排：学时安排：4 学时学时 3 绘制水轮机导叶布置图的目的绘制水轮机导叶布置图的目的 1.确定最大可能开度下的接力器行程，绘制 0 a max S)( 0 afS 关系曲线，检查接力器 行程与导叶开度的均衡性； 2.确定传动件的尺寸及在不同开度下的、值，绘制)( 0 af、)( 0 af曲线， 检查、值的范围是否符合要求； 3.确定控制环大耳环和小耳环的相对位置； 4.确定限位块的位置 （一般限位块与最大可能开度位置时导叶的距离， 大中型为 20
4、30mm,小型为 510mm） 5.检查传动件在不同位置是否相碰。 尤其在剪断销破断后，连杆或转臂是否相碰。对混流式水轮机来说，还需检 查导叶与固定导叶、转轮叶片是否相碰。 6.确定导叶关闭时的密封位置； 立面密封：接触面的位置立面密封：接触面的位置 端面密封：密封条分布圆位置 7.确定固定导叶的位置及其出口角，绘制固定导叶翼型，并核定其分布圆直径。 4 绘制导叶布置图的步骤绘制导叶布置图的步骤 4.1 确定导叶翼型确定导叶翼型 首先根据水轮机的蜗壳类型、比转速或水头范围确定采用合适的导叶翼型，一 般： 多数轴流式水轮机(一般 H40m)和少数混流式水轮机采用混凝土蜗壳混凝土蜗壳， 应采用 标
5、准对称型导叶； 高水头、低比转速混流式水轮机(一般 H100m)，一般采用负曲度翼型； 1 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 中、高比转速混流式水轮机(H100m)和少数低比转速轴流式水轮机(H40m)， 一般采用正曲度叶型。 确定导叶翼型后，即可根据查设计手册，画出导叶的翼型图。而实际设计时， 须根据水轮机的工况、流道及固定导叶的形状，经过水力计算，确定导叶的翼型。 1 D 标准导叶的几何尺寸如下： 图 1 标准正曲度导叶的几何尺寸 图 2 标准对称型导叶的几何尺寸 图 1 和图 2 给出的是转轮标称直径(m) 00. 1 1 D且导叶数的几何尺寸， 当或不同时，需将上述几何尺
6、寸进行放大（或缩小）相应倍数，一般，放大倍 数 24 0 Z 1 D 0 Z 为： 0 1 24 00. 1 )( Z mD 。 按上述比例缩放后，即为导叶的最终几何尺寸。 4.2 确定传动件的相关尺寸及角度确定传动件的相关尺寸及角度 由查下表 1，得到、， 1 D 0 D 0 Z y D c D，其中： 2 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 y D、 c D - 分别为控制环大、小耳环分布圆直径； - 导叶全关位时，导叶全关位时，转臂心与0 圆切线的置置轴线D夹角； - 连杆与小耳环分布圆切线的夹角； - 连杆与转臂的夹角。 表 1 导水机构装配尺寸系列 转轮直 D1(m D(
7、mm)Z Dy (mm) Dc (mm) LH (mm) LC (mm) 径 m) 00 1400 1600 1750 1950 2350 22 1300 1 00 50 1 180 210 185 230 1450 12 13 2150 2650 16 1800 2000 2250 600 1700 1900 500 1600 1800 240 270 300 272 317 360 2500 2750 3000 3300 3800 4100 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 2900 3200 3500 3850 4400 4750 5250 5800
8、6400 7000 7500 8100 8750 24 2150 2350 2550 2750 3200 3400 3750 4100 4550 4950 5350 5750 6150 2000 2200 2400 2600 3050 3250 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 330 365 400 450 510 550 600 670 740 800 870 940 1000 266 297 327 376 407 444 491 527 588 655 665 727 839 8000 8500 9000 9500 32 42 6600 7000 7
9、400 7800 10000 10500 9300 9850 10500 11000 11500 12000 8200 8600 6400 6800 7200 7600 8000 8400 1000 1050 1100 1180 1250 1350 1024 1030 1036 1041 1046 1051 若所给和 0 Z 1 D除不是上表直径系列，可用插值法求出各值（外） 。 一般，的取值如下： )32,24(42 (22 0 0 Z Z )16 若上述角度不符合要求，可以适当调整。 3 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 4.3 确定导叶开度确定导叶开度 a. 查模型综合特性
10、曲线，得模型水轮机的最大开度： (1 参数计算： M a max0 ) 混流式水轮机： 按照给定的 r r H nD n 1 11 ，在模型综合特性曲线上以该单位转速 。 (2) 轴 一般以上述计算的n与 作一条水平线与出力限制线交点处的开度即为模型转轮的最大开度 M a max0 流式水轮机： r11 r1 r r HD Q Q 2 11 交点 （即额定工况点） 处的开度作 。 查得模型转轮的最大开度 M 由公式： M a max0 为模型转轮的最大开度 a m0ax后， 0 00 max0ax ZD a MM ；其中：D0M 从下表 2 模型转轮参数表查得 0 m0 ZD a M 和Z0M
11、中。 即可求得真机的最大开度(mm)。 注：若无 M D0数据，可用 max0 a max0 a 0 0 1 1 max0 Z Z D D a M M M 近似。 b. 由，求得真机的最大可能开度(mm)； c. 查模型综合特性曲线中最优工况点对应的开度为模型转轮的最优开度，经公 式换算，可得真机的最优开度； 在全关位置至最优开度之间任取 24 个开度值。 这样，加上全关位置、最优开度、最大开度和最大可能开度，共有 68 个开度值。 4. 查上表 1，初选和，按前述各开度值画出导叶及其传动件的位置，标出各角 度（ max00k 05 . 1 aa k a0 M y a0 y a0 d. 4 初
12、选初选 H L和和 c L，绘制导叶布置图和相关曲线，绘制导叶布置图和相关曲线 Hc LL 、）（即接力器的行程） ，画出接力器行程、值和控制环大耳环的相对位移SS 、随、 0 a变化的关系曲线)( 0 afS)( 0 af和) 0 (af。 如果按照表 1 查出的数据绘图时，出现当连杆与控制环小耳环分布圆没有交点， 则需调整、和值。 H L c L 4 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 表 2 部分模型转轮参数表 序号型轮 模型转轮 模转直径 D1M (mm)导叶分布圆直径 D0M (mm)导叶数 Z0M 备注 1 ZZ560-46 460 534 24 2 ZZ440-46
13、460 534 32 3 ZZ360-35 350 406 24 4 HL240-46 460 534 24 5 HL220-46 460 534 24 6 HL200-4 6460 534 24 7 HL180-46 460 534 24 8 HL160-46 46 24 0 520 9 HL120-38 380 456 18 10 HL100-40 400 472 18 11 H LA153-46460 534 24 12 H LA179-40400 472 18 13 HLA194-35 350 4 13.320 14 HLA244-35 350 406 24 15 HLA296-35
14、350 4 15.624 16 HLA339-50 500 600 24 17 HLA551-35.2 4 352 13.324 18 HLA548-40 400 480 20 19 HLD06a-40 400 464 24 20 HLD41-35 350 406 24 21 HLD46-40 400 500 20 22 HLD54-40 400 480 20 23 HLD74-35 350 406 24 4 .5 根据导叶布置图和关系曲线检查、调整根据导叶布置图和关系曲线检查、调整 检查以下项目是否符合要求： 1.一般要求：)( 0 afS 的关系应符合合理的导闭规律：即在在突然率 部负紧了
15、尽量降低机组转升和蜗壳压力，一般 导水力方向移动时， 导叶关闭应先快后慢 （即开度值 叶关机组 全荷，需要急停机时 器匀速向 ，为速上上升要 0 a求机构在接关闭随着 变大，曲线)( 0 afS 的斜率也变大） ，如下图。 2.=5070；角度较小时，传动操作力矩的效果最好，但角度过小时，叉 头式连杆有可能会与控制环相干涉，反之。 5 水轮机结构分析与设计课程上机指导书 赵道利 编 3.=80110；角度呈 90时，传动操作力矩的效果最好，角度过小还可能 会发生连杆和转臂相碰。 4.检查传动件在不同位置是否相碰，尤其在剪断销破断后，连杆或转臂是否相 碰。对混流式水轮机来说，还需检查导叶与固定导叶、转轮叶片是否相碰。 6 图3 接力器行程、S、与的关系曲线 如上述曲线不符合要求， 则需适当调整角度 0 a 或、值， 重新上述绘制过程， 直到符合要求为止。 4.6 确定相应部件的位置确定相应部件的位置 1.确定控制环大耳环和小耳环的相对位置； 2.确定限位块的位置； 3.确定导叶关闭时的密封位置； 立面：导叶头部和相邻导叶尾部接触面的位置立面：导叶头部和相邻
