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1、2012届热能与动力工程专业毕业设计 毕业设计（论文） 题 目 水轮机 选型与结构设计 专 业 热能与动力工程 班 级 学 生 指导教师 2013 年III摘 要 水轮机作为水力原动机，是水力发电机组能量转换的核心部件。水轮机参数选择的先进性和合理性，结构设计的可靠性和适用性对水轮发电机组的安全稳定运行乃至整个电力系统的生产和安全具有非常重要的意义。有必要加强转轮选型设计和水轮机结构设计方面的研究，进一步提高机组的性能和质量。本文根据山美电站的工程概况和相关参数，做了如下工作：（1）选择合适的水轮机机型。根据所给的电站原始资料和模型综合特性曲线，利用相关公式计算出原型水轮机的主要相关参数，然后
2、将所选参数转换为单位转速，在模型综合特性曲线上检验所选参数是否合适，并绘制水轮机综合运转特性曲线。（2）进行水轮机的结构设计。通过分析水轮机各零部件的作用和结构特点，寻找各零部件的特征尺寸以及各尺寸的关联关系，参照水轮机设计手册等现有资料，运用AUTO-CAD绘图软件，对山美电站的水轮机结构进行设计。设计内容主要包括：埋入部件：座环、基础环、尾水管、蜗壳；导水机构以及顶盖、底环；转动部件：转轮的结构、主轴，并对主轴进行强度校核；其他部件：主轴密封、水导轴承、真空破坏阀和补气装置。设计中优先采用先进结构、新型材料，综合考虑安全性、制造工艺以及安装、维护检修各方面因素。关键词：山美水电站，混流式水
3、轮机，结构设计，强度校核ABSTRACT As a hydraulic prime mover, the turbine is the core components of energy conversion part among the hydro electric generating set. The advancement and rationality of turbine parameters selection as well as the reliability and applicability of the structure design possess great si
4、gnificance to the safe and stable operation of the hydroelectric generating set, even to the production and safety of the whole power system. It is necessary to further the study on the runner type-selection design and the structure design of turbine, thus improving the performance and quality of th
5、e set. According to the project profiles and associated parameters of Shanmei hydropower station, this thesis completed the following tasks: 1. Selecting appropriate model of turbine. Based on the original materials and model synthetic characteristics curve provided by the plant, the paper calculate
6、d the main relative parameters of the model turbine with associated formula, and then transformed the parameters into the unit rotation speed to test the applicability on the synthetic characteristics curve, as well as drew a synthetic running features curve of the turbine. 2. Designing the structur
7、e of the turbine. The design of the turbine in Shanmei Plant was completed by several steps as follows: analyze the function and structural features of all parts of the turbine, and ascertain the characteristic size of all parts and figure out their relation; then refer to the instruction of the mat
8、erials like design manual and use the AUTO-CAD software to finish the design. The contents of the design mainly includes: 1. embedded parts: socket ring, foundation ring, draft tube and volute; 2. water distributor, coping and base ring; 3. rotatable parts: runners structure, principle axis and its
9、strength check; 4.Other parts: shaft seal, guide bearings, vacuum breaker valve and air admission device. Some advanced structure and new materials were adopted with the consideration of factors like safety, fabrication technology, installment and maintenance. KEY WORDS: Shanmei hydropower station,F
10、rancis turbine，structural design,strength calculation2012届热能与动力工程专业毕业设计目 录1.前 言11.1概述11.2原始资料21.3设计要求和设计内容31.3.1设计内容31.3.2设计要求32.水轮机的选型设计52.1 原始数据52.2 选择转轮型号52.3水轮机基本参数的计算52.4水轮机综合运转特性曲线的绘制82.4.1等效率曲线的绘制82.4.2等吸出高度线的绘制82.4.3等开度线的绘制93.水轮机总体结构设计113.1埋入部分123.1.1 座环123.1.2蜗壳123.1.3基础环123.1.4尾水管123.1.5基坑
11、里衬133.2导水机构133.2.1 顶盖和底环133.2.2 导叶133.2.3 控制环143.2.3 导叶操作机构143.3 转动部分143.3.1 转轮143.3.2 主轴153.4 其他部件153.4.1 水导轴承153.4.2 主轴密封152.4.3 补气装置153.4.4 真空破坏阀164. 埋入部件的结构设计174.1转轮的流道尺寸174.2 座环与蜗壳184.3 基础环204.4 尾水管214.5 基坑里衬及地板装置225. 导水机构结构设计235.1 导水机构总体结构设计235.2 导叶布置图的绘制245.2.1绘制导水机构运动图的目的245.2.2 确定导叶叶型255.2.
12、3确定传动件的相关尺寸及角度265.2.4 确定导叶开度275.2.5 绘制导叶布置图及相关曲线275.2.6 根据导叶布置图和检查、调整关系曲线285.3 导叶装置结构的设计295.3.1 导叶轴承及润滑295.3.2 导叶轴颈的密封315.3.3 导叶的止推装置315.3.4 导叶的套筒结构335.3.5 导叶的密封装置345.4 导叶传动机构的设计345.4.1 导叶臂345.4.2 耳柄355.4.3剪断销365.4.4 旋套365.5 顶盖、底环、控制环的结构设计385.5.1顶盖385.5.2 底环385.5.3控制环395.6 导叶的强度校核与结构设计405.7 导水机构的装配系
13、列与公差选择415.7.1导水机构装配尺寸415.7.2 导水机构的零件公差426.转动部件结构设计436.1 转轮的结构设计与减压措施436.1.1 转轮的结构设计436.1.2减压措施446.2混流式的止漏装置446.3主轴结构设计456.4主轴强度的校核476.4.1基本参数及意义476.4.2 轴身应力的计算486.4.3 法兰与轴身连接处应力计算496.4.4 强度校核结论507.轴承、密封及其它部件的设计517.1 水导轴承517.2 主轴密封527.3 补气方式的选择与设计537.4 其它部件的设计547.4.1真空破坏阀548.结论、讨论和建议56参考文献59致 谢61附录62
14、631.前 言1.1概述改革开放以来，我国电力工业的高速发展为我国国民经济持续、快速增长和人民生活水平的不断提高提供了强有力的能源支撑。水能资源是可再生能源，是技术上最成熟，经济上最合理的清洁能源，也是我国能源结构中的重要组成部分。党的十七届五中全会明确，要在保护生态的前提下积极发展水电。“十二五 ”期间，国家计划投资新能源5万亿元，常规水电将开工建设8300万千瓦。水电开发迎来难得的发展机遇。水轮机作为水力原动机，在水电建设项目中，水轮机选择设计具有重要意义：水轮机效率高，抗空蚀性能好，机组运行稳定，则发电效益就高。水轮机选型设计既是水电站设计的重要内容之一，也是编制设备采购招标文件的依据。因此，需要加强转轮选型设计和整个水轮机机构的设计研究，进一步提高机组的性能和质量，以适应我国水电事业的飞速发展。新中国成立以来，我国的水轮机和水电设备研究设计和制造业经历了从无到有、从小到大、从性能一般水平跨入世界先进行列的过程。特别是近几年来，通过出口机组和与世界著名水轮机制造公司的合作和接触机会增多，了解了国际上在水轮机设计中的经验和特点。我国在新产品开发、新技术和新材料应用，设计手段等发面获得了飞速发展。本文根据山美电站的工程概况和相关参数，做了如下工作
