仙游电站水泵水轮机结构设计_毕业设计设计说明书(编辑修改稿)

仙游电站水泵水轮机结构设计_毕业设计设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

特殊结构提供的。 另外，由于水泵水轮机双向运行，故其水导轴承油冷却循环路径作为水轮机工况和水泵工况是不同的。 考虑到不同工况启动时机组转速上升的速度差别较大，为确保轴瓦安全，水轮机工况时，油是先冷却后润滑瓦面，再回到油箱里的，水泵工况，油是先润滑瓦面 ，然后再循环至冷却器进行冷却，再回到油箱的。 结构如下图 313： 其中相对应的尺寸如下表 : 图 313 水导轴承结构 20xx 届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 11 表 313 水导轴承尺寸 参数符号 数值（ mm） 参数符号 数值（ mm） DP 1120 L 700 Da 1750 H 900 Db 1800 h 400 Dd 1350 b 50 （ 1）轴瓦高度 L：统计资料表明，轴瓦高度与直径的比值都在 ～ 1 的范围内，一些试验资料表明轴承的摩擦系数在上述范围内数值最小。 所以轴瓦高度 L=（ 500～ 1000）毫米，参照《水轮机设计手册》中的 366 页表 13—14 最终取 L＝ 700mm。 （ 2）油槽升角 β：模型试验的资料表明，油槽升角 β对上油量有一定的影响。 目前设计中采用的油槽升角一般为 50176。 ～ 70176。 ，实践表明上油效果很好。 在体外冷却的方式中，采用 β＝ 50176。 ，所以本次设计中取 β＝ 50176。 （ 3） 轴承间隙 ： 轴承总的平均间隙一般可参照下面的经验公式决定： )(1 0 0 毫米＝ PD 式中 DP——主轴直径 （毫米）＝＝ 0 0 01 1 2  实践表明，水轮机轴承间隙适当放大对减少轴承磨损、降低轴承温度有利，而对机组的运 行稳定性无明显影响。 （ 4）冷却方式：稀油润滑筒式轴承一般都装有冷却装置，本水轮机轴承选择体外冷却的方式。 这种冷却方式目前采用较多，这种结构中通常由冷却器、挡油箱、溢流板、挡油管等组成。 冷却器多数采用黄铜管，在布置条件许可下排列成扁方形，可以降低挡油箱的高度。 挡油箱、溢流板、挡油管的作用是保证热油都能经过冷却器后再经回油管返回转动油盆，以改善冷却效果。 此外，挡油箱还可以避免上部油箱中的循环油随着主轴旋转而飞溅出来。 在本机组上，挡油箱采用钢板焊接，把合在轴承体上。 ：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计 12 主轴密封 主轴密封紧靠水轮机主轴 下法兰端面，在水导轴承下方由内顶盖支撑，其作用是有效地阻挡水流从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的安全运行。 目前水泵水轮机主轴密封常用的典型形式有 3 种，即平衡式流体静压径向双端面机械密封、非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封和弹簧复位式浮动型双端面机械密封。 福建仙游 蓄能水电厂抽水蓄能机组具有水头高、转速高、容量大、运行工况复杂、起停频繁等特点，因而决定了封堵其水泵水轮机转动部分和固定部分间隙漏水的主轴密封的高性能。 为了适应电站较大吸出高度和较大密封表面线速度的功能，密 封形式采用非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封。 密封结构如图 314： 弹簧复位式浮动型双端面机械密封工作原理： 密封供水经减压并过滤处理后进入操作腔。 在正常运行时 ,将不锈钢移动环压贴在旋转抗磨环上。 密封腔润滑水来自尾水。 当操作腔和密封腔的压力达到平衡时 ,在不锈钢移动环和旋转抗磨环之间形成一层良好的润滑水膜 , 使不锈钢移动环与旋转抗磨环不发生干摩擦或过度摩擦 ,从而减少磨损量 ,并带走摩擦产生的热量。 检修密封 图 314 非平衡水压自调整轴向式分瓣机械型平面密封 20xx 届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 13 主轴的密封除了正常运行中的工作密封外，还有 另一种是机组停机检修轴承和轴承 下部主轴密封时防止尾水往机坑内泄漏的检修密封。 这种密封的结构形式有空气围带式、机械操作式或抬机密封等多种。 在本次设计中采用的是空气围带式密封， 它适用于采用稀油轴承的结构，检修时所需的操作地位较小。 在机组停机检修或主轴密封损坏时，打开检修密封操作阀，将压縮空气充入空气围带使其抱紧法兰轴面从而防止水淹水车室，在机组正常运行时或机组尚未完全停止时，不得投入检修密封。 采用的压缩空气压力是 4～ 7公斤，其所采用的围带的剖面尺寸见下图。 座环 图 32 座环结构 座环的作用，是承受整个机组及其上部混凝土的 重量以及水泵水轮机的轴向水推力，以最小的水力损失将水流引入导水机构。 机组安装时以它图 315 检修密封尺寸 ：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计 14 为基准，所以，座环既是承重件，又是过流件，又是基准件。 因此，在设计和制造时，必须保证它具有足够的强度、刚度和良好的水力性能。 根据转轮直径（ 1000mm）从《水轮机设计手册》 104 页表 614 选出座环基本尺寸，再根据实际情况稍作改动，设计如下图 32， 表 26 所示： 表 32 水轮机座环尺寸 参数符号 数值（ mm） 参数符号 数值（ mm） Db 5440 H1=b0+1025 410 Da 6572 H 1375 k 85 1 105 R 125 2 135 (座环边的延伸角度根据蜗壳的具体尺寸而定 ) 作为焊接件的座环，除了符合相应的焊接规程保证其焊接质量外，主要加工面的光洁度和公差也要达到精度要求，此外，对制造质量还提出如下要求： 1) 考虑到其强度要求，钢板厚度选取为 100mm，固定顶盖连接螺钉处，钢板厚度为 130mm。 2） 所有过流表面打磨光滑至表面光洁度为 ，其余表面为 ； 3） 固定导叶进口端 节距误差不超过 ， 顶盖与底环把合面平行度误差不超过 毫米 /米； 4）座环分两瓣， 分瓣结构的合缝面光洁度为 ，合缝面间隙一般不超过 毫米。 5)合缝面 局部允许有 ～ 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。 顶盖 顶盖是水轮机的主要部件之一，需要有足够的强度和刚度 ，因此多数设计成箱型结构，并考虑检修而留有一定的空间位置。 其主要作用有： 20xx 届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 15 1）形成流道并承受相应的流体压力； 2)固定和支撑活动导叶及其连杆机构； 3)支撑水导轴承； 4)支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等 此次结构设计中，顶盖采用 E284 焊接而成，钢板厚度为 80mm,由于高水头水泵水轮机导叶轴较长，导致顶盖高度也增高，因此顶盖外缘法兰设计为双层形式。 顶盖最大直径处已达 5m,受运输条件限制，顶盖采用两瓣组合，为防止水流或泥沙的冲刷，在顶盖的过流面铺设抗磨板，并且 顶盖在制造时要求套筒孔与底环同心。 顶盖结构如图 33： 图 33 顶盖结构 底环 底环是 水轮机主要环 形部件之一，位于导叶下方，安装在座环的下环上，它用来安装导叶下轴承及支持导叶的下轴颈。 底环也是形成流道的组成部件之一，由于受到运输条件的限制，底环分两瓣制造。 对底环的重点要求是，导叶的下轴承孔与顶盖导叶套筒同心，刚度应力达到要求。 结构见图 34 ：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计 16 图 34 底环结构 底环主要尺寸如下： 外径 4958mm 内径 3896mm 高度 1498mm 材料 E284 基础环 基础环是混流式水轮机座环与尾水管进口椎管短段相连接的基础部件 ，埋设于混泥土内，转轮的下环在其内转动。 本设计中，基础环采用钢板焊接形式，与尾水管进口锥管段螺栓把合连接。 基础环与转轮下环间有一定间隙作为安装中放置斜楔、调整转轮水平用。 结构如图 35. 图 35 基础环 20xx 届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 17 蜗壳 蜗壳是水轮机引水部件，安装在座环与球阀之间，在机组作水轮机运行时，蜗壳在座环圆周方向提供均匀的流速不变的压力水流进入转轮。 在机组作为水泵抽水时，蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管。 做为常规水轮机来说，只要结构条件和经济条件允许，希望截面越大越好。 而常规泵则希望蜗壳断面扩散程度必须适当。 两种工况下蜗壳的特性存在着一些相互矛盾的因素，要让同一蜗壳实现两种工况的最优化，设计时必须兼顾两方面的技术要求。 从结构尺寸看，水泵水机的蜗壳接近常规水泵的蜗壳，但水泵水轮机有活动导叶可以调节水流而保持高效运行，这一点普通水泵是无法做到的。 福建仙游电厂为 400m 段高水头水泵水轮机 ,蜗壳采用金属蜗壳，材料为 、座环、导叶和转轮的检查，还设有相应的管道和测孔。 接力器 本次毕业设计所选转轮直径为 米，属 于大型机组，故本次毕业设计采用单导管直缸接力器，其将布置在水轮机机墩内，操作油压采用 pH=25公斤 /厘米 178。 接力器直径Hc PDbHDd 10m a x1 / 式中： 1D ——转轮直径 maxH ——最高水头 10/Db ——导叶相对高度 HP ——调速系统的额定油压 λ——计算系数 从《水轮机设计手册》 中的表查得 λ=， HP =40 公斤 /厘米 178。 ， maxH取 535m， b0/D1 = ：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计 18 cdm 根据接力器直径系列取 dc=700(mm) 真空破坏阀 导叶突然关闭时，尾水管内的水流由于惯性将继续流动，此时转轮室 内会产生真空，由于压强差，尾水管内的水流会回流到转轮室，由于水流惯性很大，通常会产生抬机现象，影响机组稳定运行，严重时会将机组整个抬起，水流灌入厂房造成严 重事故。 所以需要在这种情况下进行补气，消除转轮室内真空。 针对这种情况采用顶盖加真空破坏阀的方法。 20xx 届热能与动力工程专业毕业设计（论文）。