1、2013 届热能与动力工程专业毕业设计（论文）毕业设计 （ 论文 ）题 目 仙游电站水泵水轮机 结构设计 专 业 热能与动力工程 班 级 动 093 班 学 生 指导教师 教授 2013 年：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计2福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计摘 要抽水蓄能电站在电网中担任填谷调峰的关键作用，对提高电网供电质量和电网灵活性有着十分重要的意义。安装在抽水蓄能电站的水泵水轮机，需要根据电网的调度在水轮机和水泵两种工况间转换运行，以此完成调频调峰等重要任务。由于水头高、转速高、容量大、运行工况复杂、起停频繁等特点，因而决定了水泵水轮机在结构上表现出独有的特征.福建仙游蓄能水电厂从电
2、站规模、机组容量及高水头水泵水轮机等方面而言，都是极具代表性的抽水蓄能电站。本次毕业设计就是以该电站为对象，通过查阅相关资料及水轮机设计手册，辅助以 CAD 绘图工具，对其混流式水泵水轮机结构进行设计，绘制了总装配图，导水机构装配图，导叶布置图，主轴零件图。关键词：福建仙游蓄能电站, 水泵水轮机, 结构设计,CAD2013 届热能与动力工程专业毕业设计（论文）The Structural Design of Pump-turbine inFujian Xianyou Pumped Storage Power stationAbstract Pumped storage power statio
3、n plays a pivotal role in peka-clipping of power grid，being significant to improve the quality of power supply and the flexibility of power network.Pump-turbine，which is specially applied to pumped storage power station，transfers between turbine and pump according to the manage of power grid to fulf
4、il the vital task of peak regulation and frequency adjustment. It also shows unique features in structure due to the characteristics of high water head, high speed, large capacity, complex operation condition and frequent start-stop. Fujian Xianyou pumped storage power station is extremely typical w
5、hen it comes to the scale，unit capacity,or the high-head pump-turbine.The graduation project takes Guangzhou pumped storage power station as the object,aiming at completing the structural design of Francis pump-turbine in this power station by refering to related data,the design hand book of hydraul
6、ic turbine and Computer Aided Design CAD.The overall assembly, the distributor assembly, as well as some of the major parts are well designed.KEY WORDS: Fujian Xianyou pumped storage power station, pump-turbine, structural design, CAD：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计目录1前 言 .11.1 概述 .11.2 设计内容 .21.3 原始资料 .22.水泵水轮机总
7、体结构设计 .32.1 绘制轴面流道图 .32.2 转轮部分 .32.2.1 转轮结构 .32.2.2 转轮连接 .42.2.3 转轮止漏装置 .52.2.4 泄水锥 .52.2.5 转轮减压装置 .53.主轴及其附属结构部分 .63.1.1 主轴直径计算 .63.1.2 主轴结构设计 .73.1.3 水导轴承 .93.1.4 主轴密封 .103.1.5 检修密封 .123.2 座环 .143.3 顶盖 .153.4 底环 .163.5 基础环 .173.6 蜗壳 .173.7 接力器 .183.8 真空破坏阀 .184.导水机构 .194.1 活动导叶翼型 .204.2 导叶开度的确定 .2
8、14.3 导叶结构、尺寸和轴颈选择 .214.4 导叶的密封结构 .234.5 导叶套筒 .234.6 导叶止推装置 .244.7 导叶轴颈密封 .254.8 导叶轴套 .265.导叶传动机构及零部件 .285.1 导叶臂 .295.2 连接板 .305.3 叉头 .315.4 连接螺杆 .325.5 端盖 .325.6 分半键 .335.7 剪断销 .345.8 叉头销 .355.9 叉头销轴套 .365.10 控制 环 .376.总结 .38参考文献 .40：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计01前 言1.1 概述随着社会经济的快速发展,我国能源消耗不断增大,环境污染不断加剧,转变能源结构
9、、促进电力系统节能减排已成为全社会共同关注的焦点。经济发展对电力的需求逐步加大，为满足电力供需关系，各种新能源和核电开始投网运行，这致使电力系统日负荷峰谷差越来越大。抽水蓄能电站作为目前解决盈余电能储存问题的最有效方式，其调峰填谷、调频调相、旋转备用的作用日益突出，对于提高电网稳定性和供电质量意义重大。目前，世界抽水蓄能技术正在不断超高水头、大容量方向发展，我国蓄能电站技术虽起步较晚，但至今也取得了较快的进步，在诸多核心技术上实现了重大突破，正在逐步实现国产化进程。水泵水轮机作为蓄能电站的核心设备，其机构设计的合理性直接影响到运行效率、运行稳定性等诸多方面，因此合理的结构设计是保障电站经济运行
10、的首要前提。福建仙游蓄能电站作为我国大型抽水蓄能电站的代表之一，对国内整个抽水蓄能技术的发展起到了极大的借鉴和推动作用。本次毕业设计通过查阅各种参考文献和水轮机设计手册，在掌握常规水轮机机组结构的前提下，学习水泵水轮机的结构特点。并以福建仙游抽水蓄能电站为对象，参考相同水头段其他蓄能电站机组结构特点，完成对该电站水泵水轮机的结构设计。既可以将平时的专业理论知识进行系统的实践练习，又能通过各种中外文文献的学习，了解专业领域最新的研究方向。更重要的是在完成毕业设计的过程中，能发现自己平时学习和认识上的疏漏点，及时的进行完善和弥补。通过本次毕业设计，进一步提高自己的动手和创新能力，深入了解常规水轮机
11、及水泵水轮机的结构，拓宽视野，为自己即将到来的研究生学习奠定良好的基础。CAD 制图技术是本次毕业设计中使用到的重要工具，既确保了绘图计算的准确性，也使得整个设计及修改过程更加快捷方便，让我们对软件使用的熟练程度和使用技巧也得到很大的提高。2013 届热能与动力工程专业毕业设计（论文）11.2 设计内容（一）根据给定的福建仙游蓄能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
12、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； 1.3 原始资料 本次毕业设计的基本参数如下：单机容量：300MW拟用水轮机型号：HLX-LJ-410额定转速：428.6r/min水轮机设计流量：79.16 m 3/s水泵流量：最大 68.05 m3/s 最小 54.63 m3/s吸出高度：-65m安装高程：205m：福建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计22.水泵水轮机总体结构设计2.1 绘制轴面流道图可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求，故其流道的特征形状与离心泵更为相似。高水头水泵水轮机的轴面流道十分扁平，进口直径D1 与出口直径 D2 的比率
13、一般为 2：1 或更大，相对导叶高度 b0 不超过 10%。本设计查阅福建仙游抽水蓄能电站相关资料，拟用转轮型号 HLX-LJ-410，其流道尺寸符号及数值分别如图 2-1、表 2-1 所示。图 2-1 HLX-LJ-415.8 流道图表 2-1 流道尺寸参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm）D0 4743 R1 3636D1 4158 R2 995D2 1810 R3 60Dk 1175 h1 1664bo 400.8 h2 10752.2 转轮部分2.2.1 转轮结构2013 届热能与动力工程专业毕业设计（论文）3转轮是水轮机中直接将水能转换为机械能的部件，由于不受运输条件的限制(
14、3886mm)，所以转轮采用整体铸造，转轮由上冠、下环、7 个叶片和泄水锥等组成，材料为 Z5CN1704M。图 2-2 为转轮结构，尺寸如表 2-2所示:表 2-2-1 转轮尺寸2.2.2 转轮连接混流式转轮与主轴常用的连接方式有两种：连轴螺钉连接和键传递扭矩连接。后者在小型机组中应用较广，但由于本设计为大型机组，故采用法兰螺钉连接的方式，转轮重量由发电机推力轴承承担，转轮法兰尺寸符号及数值如图 2-3、表 2-2-2 所示。参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm）Da 3618 H 1792Db 1060 L1 240Dc 1866 100bo 400.8图 2-2-1 转轮结构：福
15、建仙游蓄能电站水泵水轮机结构设计4表 2-2-2 转轮法兰尺寸2.2.3转轮止漏装置止漏装置的作用是减少机组的容积损失，常用的形式有缝隙式、迷宫式和梳齿式三种，材料选用碳素钢、不锈钢或其他抗磨钢板。本设计中由于水头大于200m，故采用梳齿式止漏环，机械装配点焊与转轮固定，根据水轮机设计手册表 10-11，由转轮直径查选梳齿密封间隙为 1.5mm.2.2.4 泄水锥泄水锥形式参照典型结构，与上冠的连接方式采用 16 个布置在连轴螺钉内侧的 M60 螺钉把合，为避免运行中脱落，另与上冠点焊加强，材料为 Z5CN1704M。2.2.5 转轮减压装置福建仙游抽水蓄能电站属于 500 米水头段的高水头电站，因此在上冠处设置减压装置，对于减小机组轴向水推力非常关键。常见的转轮减压结构有两种：一是减压板和泄水孔方式，另有顶盖排水管和泄水孔方式。本参数符号 数值（mm） 参数符号 数值（mm）Dm 1030 h 96Dn 1350 1 63D 850 2 M100h 130图 2-3 转轮连接法兰
