基于ANSYS平台轴流式水轮机应力应变分析毕业设计.doc

毕业设计（论文）题 目轴流式水轮机结构设计 及导叶应力分析 专 业 热能与动力工程 班 级 动094 班 学 生 指导教师 教 授 2013 年摘 要 本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对型号为ZZ600-LH-300的水轮机进行结构设计和对导叶进行应力应变分析,并且对带裂纹的导叶进行了应力应变分析。首先对水轮机总体结构作出设计，其次完成了导水机构装配情况的设计及其传动系统设计，另外，结合电站的具体情况以及我国制造业发展现状，还对水轮机部分零部件，例如主轴，导叶，控制环，导叶臂等零件作了设计。通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。 本次设计的应力应变分析是通过ANSYS平台软件进行的，其中包括用NX.UG软件建模，用ANSYS ICEM CFD软件对导叶流场进行网格划分，用CFX软件进行流场数值计算，用ANSYS软件进行模态分析和静力分析。关键字：水轮机，结构设计，数值分析，模态分析，应力分析ABSTRACTAccording to consulting the design book and referring the built up station,the present paper is to design the structure of Kaplan turbine ZZ600-LH-300 and make analysis of stress and strain, firstly make the design of the architectural structure,the guide vanes machanism assembly and the system of the way to drive the guide vanes.Besides,considering the situation of the power station and now the development of the manufactory at home,we have designed some of the parts in details such as the principal axis,the guide vanes,the discharged ring,the arms of the guide vanes.Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate.This design made analysis of stress and strain on the guide vane of the models through the ANSYS platform software, including using NX.UG software modeling, meshing the flow field of the guide vane through ANSYS ICEM CFD software, CFX software is used to numerical calculation, modal analysis and static analysis is done through ANSYS software.KEY WORDS: hydroturbine, architectural design , numerical analysis, modal analysis, stress analysis目 录1 前言11.1 概述112 设计内容21.3 原始资料22水轮机总体结构设计32.1绘制轴面流道图32.2 座环设计52.3活动导叶及导水机构装置零件72.3.1 活动导叶翼型72.3.2 导叶结构系列尺寸和轴颈选择82.3.3 导叶的密封结构92.3.4 导叶轴颈密封102.3.5 导叶套筒122.3.6 导叶轴套132.3.7 导叶臂152.3.8 导水机构装配尺寸172.3.9 导叶传动机构182.3.10 连接板192.3.11 套筒202.3.12叉头销202.3.13 叉头222.3.14 连接螺杆232.3.15 剪断销242.3.16分半键252.3.17端盖262.4 控制环272.5 主轴及其附属部分282.5.1 主轴直径计算282.5.2主轴结构设计292.5.3 水导轴承302.5.4主轴密封332.6 操作油管332.7 转轮部分342.7.1 叶片342.7.2 转轮体352.7.3 叶片操作机构与接力器362.7.4 泄油阀372.7.5 叶片密封装置372.8 底环382.9 顶盖和支持盖392.10 真空破坏阀392.11 导水机构传动系统总设计402.11.1 确定导叶开度403 应力分析433.1 导叶模型建立433.2 导叶周边流道模型建立433.2.1 单周期流道网格划分443.3 CFX数值计算453.3.1 边界条件451.定常流动计算边界条件452.进口边界条件463.出口边界条件464.固壁面边界条件463.4定常流动计算结果分析463.5 导叶的模态分析与静力分析483.5.1 约束施加483.5.2荷载施加493.5.3模态分析493.5.4 静力分析513.6 带裂纹缺陷的导叶的导叶分析523.6.1 带裂纹导叶的模型523.6.2 带裂纹导叶有限元网格划分523.6.3 模态分析结果533.6.4 静力分析结果543.6.5 结论554 总结56致谢57参考文献581 前 言1.1 概述 能源作为经济发展的物质基础，在我国社会主义现代化建设中起着决定性作用，为保证国民经济的可持续发展，能持续供应的能源就必须得到保证。随着我国经济的快速发展，能源需求逐年上升，这样，以煤炭为主的能源结构，不仅在很大程度上限制了经济的快速发展，同时也引发了能源安全以及环境污染等重大问题。基于以上问题的考虑，水能，作为安全、可靠、清洁的可持续能源越来越受到人们的重视。我国拥有世界上最为丰富的水能资源，但水能的开发率较低，为了满足人民日渐增长的电力需求和化石能源的有限性之间的矛盾，积极开发水电，已经成为我国的当务之急。 近年来，水轮发电机组的容量、尺寸及转速不断提高。水轮机尺寸越来越大，而叶片厚度越来越小，其固有频率大大降低，水轮机各过流部件在运行过程中，受到各种不平衡力的作用，工作环境非常复杂，各种水力不平衡力和激振源的相互藕合使过流部件产生振动。近年来投产的容易引起由于导叶与转轮动静干扰或叶道涡等影响产生的水压脉动共振，成为叶片产生裂纹的主要根源。 水轮机过流部件的刚强度、振动特性与疲劳破坏是设计、运行部门等所关注的问题。随着有限元方法的日益成熟，在水轮机过流部件的刚强度分析中的应用逐渐普及。对于叶片的振动问题，是涉及到固体力学、振动力学、水力学、计算流体力学、材料力学等多学科的综合性课题，其包含的知识内容极为广泛。 因此，在工程实际中，对转轮叶片的刚强度分析显得越来越重要，尤其对于分析水轮机叶片裂纹的事故并防止其发生，具有重要作用。目前，工程中在轴流式转轮的刚强度分析中，大多利用现代的计算机技术，采用ANSYS有限元分析计算方法，对该水轮机叶片在最大水头下的强度进行分析计算。1.2 设计内容 一、绘制水轮机转轮 1.按给定水轮机型号和转轮直径等参数，确定水轮机转轮流道的 主要特征尺寸绘制转轮流道图 2.应用CAD软件绘制导叶单线图，导叶布置图 3.导叶最优开度下实体造型 4.划分网格并计算，进行流场分析； 二、应力应变分析 1.正常导叶和带裂纹导叶有限元网格划分 2.正常导叶和带裂纹导叶固有频率分析 3.正常导叶和带裂纹导叶静力分析 三、外文翻译 1.3 原始资料本次毕业设计基本参数如下：水轮机型号ZZ600-LH-300出力（kw）2500设计水头（m）6.2额定转速（r/min）125最大水头（m）7.8设计流量（m3/s）51.5最小水头（m）42 水轮机总体结构设计2.1绘制轴面流道图 查阅水轮机设计手册得，型号为ZZ600-LH-300的水轮机模型流道尺寸和转轮室尺寸分别如图2-1，图2-2所示，根据比例换算所得真机的流道尺寸和转轮室尺寸如表2-1，表2-2所示：图2-1 ZZ600流道尺寸表2-1 流道尺寸参数符号真机数值（mm）参数符号真机数（mm）D13000R22832Z14d2876D03765d3876Z020d4832.5b01464h1717dB999h2276R1708h3324 轴流式水轮机转轮室是水轮机过流通道的一部分，转轮室的外形和选用的转轮型号有关。本水电站转轮型号为ZZ600，其转轮室结构如下图所示。图2-2 ZZ600转轮室尺寸表2-2 ZZ600转轮室尺寸参数符号模型数值mm真机数值mmR150150R2100300R35001500R43851155R（球）5001500h1209627h2154462H555165h481243D29731919D398129438°8° 在电站运行时，由于水流的压力脉动在转轮室上作用有很大的周期性载荷，为加强转轮室的刚度并改善转轮室与混凝土的结合，在转轮室四周有环向和竖向的加强筋，并用千斤顶和拉紧杆将转轮室牢牢固定在二期混凝土中。2.2 座环设计 座环是反击式水轮机的基础部件之一，除了承受水压力作用外，还承受整个机组和机组段混凝土重量，因此要有足够的强度和刚度。其基本结构是由上环、下环和固定导叶组成。 由于本水电站水头较低，小于40m，故而选择与混凝土蜗壳连接的座环，考虑到电站的基本资料，现对制造质量提出如下要求： 1)此座环所选材料为 ZG30，采用铸造结构； 2)考虑到其强度要求，钢板厚度选取为75mm； 2)所有过流表面打磨光滑至表面粗糙度为3.2； 3)固定导叶进口端节距误差不超过0.0015Da； 4)顶盖与底环把合面平行度误差不超过0.025 毫米/米； 5)分瓣结构的合缝面粗糙度为6.3，合缝面间隙一般不超过0.05 毫米，局部允许有0.150.3 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。 座环的尺寸和转轮型号、直径有关，其固定导叶的形状又取决于水力和强度计算，所以座环尺寸变化的因素较多，不可能完全统一。参考水轮机设计手册104 页表6-14 选出座环基本尺寸，再根据电站实际情况稍作改动，设计如下图2-3，表2-3所示：表2.3 水轮机座环尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Db5150H1=b0+10-251475Da4500R200k75其中参数符号对应 图2-3 水轮机座环（，根据蜗壳而定）图2-3 水轮机座环2.3活动导叶及导水机构装置零件2.3.1 活动导叶翼型 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流的环量，保证水轮机具有良好的水力特性，调节流量，以改变机组出力，正常与事故停机时，封住水流，停止机组转动。 圆柱式导水机构的导叶叶形，通常有对称形和非对称形（正曲率）两种标准叶形。由于对称形导叶一般用于具有不完全包角的高比转速轴流式水轮机中，故本设计中采用对称形的叶形。参考水轮机设计手册中137 页表8-5，再根据本水轮机的具体情况，得对称形导叶叶形的断面参数如下表：表2-4 导叶翼型参数参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)D13000k5.8D03765r44.4Z020L665a56.7L1322.5b69.1L2342.5c71.8d0138.7d69.1m57.1e62.5其符号所代表的意义见图 2-4:图2-4 导叶翼型图2.3.2 导叶结构系列尺寸和轴颈选择 导叶轴颈可按转轮直径 D1，使用水头H1（指最高水头），导叶的相对高度b0/D1，从水轮机设计手册中146 页表8-10 初选轴颈db，选得db =115mm，再根据db=115mm 从设计手册中表8-9 查得导叶结构的其它尺寸如下表：表2-5 导叶尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115hA95da95hB140d1125hc200dc105h120d2110h2110dm30h345d3M24h412d432h56d5109H 参考617其中参数符号所代表下图2-5中符号图2-5 导叶结构尺寸导叶的材料为ZG20MnSi整铸，为保证导叶转动灵活，导叶上、中、下三个轴颈要同心，径向摆度不大于中轴颈公差的一半，导叶体端面与不垂直度允许误差不超过0.15/1000。导叶过流表面型线要正确，制造中应用样板检查。2.3.3 导叶的密封结构导叶关闭后，导叶体的立面应该有很好的密封。由于本机组属于低水头的机组，因此采用圆橡皮条直接镶入鸽尾槽内封水，这种结构制造简单，但只适用于40 米水头以下的机组，因为水头太高会把圆橡皮条冲掉。从水轮机设计手册上148 页表8-12 查得圆橡皮条和鸽尾槽的尺寸如下表：（由于导叶体较高，可在中间加焊数段钢筋，使橡皮条分段固定。）表2-6 圆橡皮条和鸽尾槽的尺寸参数符号数值（mm）a9b9.5c2其中参数符号对应下图2-6中符号：图2-6 导叶密封2.3.4 导叶轴颈密封 导叶中轴颈密封多数装在导叶套筒的下端，目前不少机组中已改用“L”型密封，实践证明，封水性能很好，结构简单。“L”型密封圈与导叶中轴颈之间靠水压贴紧封水，因此轴套和套筒上开有排水孔，形成压差。密封圈与顶盖配合端面，则靠压紧封水，所以套筒与顶盖端面配合尺寸应保证橡胶有一定的压缩量。密封圈的材料采用中硬耐油橡胶，模压成型。其尺寸大小如下表2-7：表2-7 中轴颈密封参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115h18d12014d111024d2155R20.5R51.5其中参数符号意义对应图2-7： 图2-7 中轴颈密封 导叶下轴颈的密封主要是防止泥沙进入，发生轴颈磨损。下轴颈密封一般采用“O”型橡皮圈密封结构，其尺寸大小如下表2-8：表2-8 下轴颈密封参数符号数值（mm）db115D95d7.5其中参数符号意义对应图2-8：图2-8 下轴颈“O”型密封 导叶中轴颈处虽有密封装置，但因导叶是转动的，不可避免会有少量漏水，其排除方法主要是通过自流排水或水泵排水将漏水排出。对于轴流式水轮机，导水机构套筒处得漏水由排水管集中到顶盖下部的轴承支架内，连同主轴密封处的漏水，由水泵抽水至电站集水井。2.3.5 导叶套筒 导叶套筒是固定活动导叶上中轴套的部件，采用HT2140铸铁铸造。套筒结构与主轴材质、密封结构和顶盖的高度有关。分段套筒虽有质量小，便于加工，容易调整装配等优点，但由于受到机组尺寸的限制，本次设计仍选择传统的整体圆筒形结构。套筒的尺寸大小如下表2-9：表2-9 导叶套筒参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115d726d1320d86d2195h210d3120h135d4130h2115d5135h353d6280Z6H 参考430其中参数符号对应下图2-9中符号： 图2-9 导叶套筒为满足于导叶臂的装配要求，最终取H=430mm。2.3.6 导叶轴套 导叶轴套目前已广泛采用具有自润滑功能的工程塑料代替，这样不仅简化了结构，而且节省了大量的有色金属，降低成本。该设计中，导叶套筒采用尼龙1010，其吸水性小，尺寸较为稳定，通过离心熔铸成型，适合在水轮机导叶、连杆等部位应用。a） 上轴套尺寸系列如表2-10 所示：表2-10 上轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc105h37d1105h16d2120h212d3119.61d4150表中参数符号意义见图2-10： 图2-10 上轴套b） 中轴套尺寸系列如表2-11 所示：表2-11 中轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115h115d1115h125d2130h26d3129.6d56d41350.8表中参数符号意义见图2-11：图2-11 中轴套c） 下轴套尺寸系列如表2-12 所示：表2-12 下轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）da95h90d195h16d21100.8d3109.6表中参数符号意义见图2-12：图2-12 下轴套2.3.7 导叶臂 根据叉头传动机构装配尺寸从水轮机设计手册上165 页的表8-23查出导叶臂及其销孔尺寸如下表2-13,2-14：表2-13 导叶臂参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115H154Dc105DL181D1144de42D2148K8d2120R120dm35Df11d3M16T0.2d422其中参数符号意义对应图2-13(左) :表2-14导叶臂销孔尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dcn40DC11R65h40B140h155其中参数符号意义对应图2-13 ：图2-13 导叶臂2.3.8 导水机构装配尺寸 导水机构大部分零件应做到标准化、系列化，在水轮机设计手册上132页查表8-1可得出按转轮系列尺寸编制的导水机构装配系列，下表2-15是本水电站对应的导水机构装配尺寸：表2-15 导水机构装配尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值(mm)D13000Dc2400Z020LH500D03765lp25030°lc410其中参数符号意义对应图2-14图2-14导水机构装配2.3.9 导叶传动机构 鉴于叉头传动机构受力情况好，所以本水电站采用叉头传动机构。其主要是由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺帽、分瓣键、剪断销、轴套、端盖和补偿环等组成。参照水轮机设计手册164页表8-25，可得出本次设计的导叶传动机构装配尺寸，如表2-16所示：表2-16 导叶传动机构装配尺寸参数符号数值(mm)参数符号数值(mm)接力器直径dc410d268D3/jdZ020h45d1M48×4h160dn60D/dc导叶中轴颈db115dcn45D4/dc4分瓣键直径dm35D/gc2.3.10 连接板 根据叉头传动机构装配尺寸从水轮机设计手册上167 页的表829到表8-30查出连接板尺寸如下表2-17：表2-17 连接板尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D1165DR250R1100h40K0.02h155Dcn40D4l20D258D3l1=l262d1150c1d2M24其中参数符号意义对应图2-15： 图2-15 连接板2.3.11 套筒 根据连接板D2=100，从水轮机设计手册上168 页的表833查出轴套尺寸如下表2-18：表2-18 轴套尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dn70Dh78d278jdh18d183c2.5其中参数符号意义对应图图2-16：图2-16 轴套2.3.12叉头销根据套筒dn=70D，从水轮机设计手册上170页的表836查出剪断销尺寸如下表2-19：表2-19 叉头销尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dn70dch210d70gbD59d165gbb3.5d269R1.5d362c3h88d03h130r1.5H143其中参数符号意义对应图2-17：图2-17 叉头销2.3.13 叉头 根据连接板dn=70从水轮机设计手册上167 页的表8-31查出叉头尺寸如下表2-20： 表2-20 叉头尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1M56×4L150d270DL195d365DR62d4100r12H140r16h90c12h125S20其中参数符号意义对应图2-18：图2-18叉头2.3.14 连接螺杆 根据连接板d1=M56从水轮机设计手册上168 页的表832查出叉头尺寸如下表2-21：表2-21 连接螺杆尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）d1M56×4b24d260b18d350r2S50c3l135其中参数符号意义对应图2-19：图2-19 连接螺杆2.3.15 剪断销 根据连接板Dcn=80mm，从水轮机设计手册上170页的表835查出剪断销尺寸如下表2-22：表2-22 剪断销尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）Dcn40dc4r1d20h14.5d239h210d345h40d440l38b4L90b13其中参数符号意义对应图2-20：图2-20剪断销2.3.16分半键 根据上轴直径dc =230mm，从水轮机设计手册上169 页的表834查出分半键尺寸如下表2-23：表2-23 分半键尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）dc105b16.4dm35K4L110c1B34b118.6l1140h210l2110h325h5h46其中参数符号意义对应图2-21：图2-21 分半键2.3.17端盖 根据轴颈db=250mm，从水轮机设计手册上171页的表837查出端盖尺寸如下表2-24：表2-24 端盖尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）db115h124d1195R52.5d21061M20d345218d426338d5135d665h32其中参数符号意义对应图2-22：2-22 端盖2.4 控制环 控制环是传递接力器作用力，并通过传动机构转动导叶的环形部件，在本次设计中采用A3铸造。根据水轮机转轮直径查水轮机设计手册第185页图8-34及其表8-52到表8-54得出控制环尺寸如下：表2-26 控制环尺寸（总体）参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）DC2400Dy2550Z020S25R12其中参数符号意义对应图2-23： 图2-23 控制环（总体）2.5 主轴及其附属部分2.5.1 主轴直径计算主轴的外径尺寸可以根据机组的扭力矩初选，扭力矩按以下公式计算：式中 ： N代表主轴传递的功率（千瓦）n代表主轴转速（转/分）由原始资料：N=8.8MW=8.8×KW n=187.5r/min所以， 根据水轮机设计手册上 319 页图1212 扭力矩与主轴外径的关系曲线查得D<200（mm），主轴内孔直径按水轮机设计手册320 页上的公式122 计算：式中 ：D主轴外径（厘米）N主轴传递的功率（千瓦）n主轴转速（转/分）max最大许用应力（公斤/厘米2）初选主轴的材料为 ZG20MnSi，其中max=550 （公斤/厘米）所以根据主轴内孔直径公式计算得：但为了保证主轴有足够的刚强度，可将主轴内径按标准直径系列取为400mm 。2.5.2主轴结构设计 主轴是水轮机的关键部件之一，用来传递水轮机转轮产生的转矩（功率），使发电机旋转，产生电能，同时承受轴向水推力及转动部分的重量。它的毛坯采用 ZG20MnSi 整锻。由于本机组是大型的轴流式水轮机，在主轴内装有操作油管，所以主轴必须要有中心孔。同时，这样的空心轴，不但减轻了主轴的质量，提高轴的刚度和强度，而且还能消除轴心部分组织疏松等缺陷，便于检查。主轴与转轮的连接结构在设计中采用转轮上盖与主轴法兰合一的结构。主轴一端与发电机相连，另一端与转轮相连。查水轮机设计手册上312页的表12-3 得轴的尺寸如下表2-29：表2-29 主轴尺寸参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）参数符号数值（mm）D400d2102R35D725h100R16Db580h1115R2375Dp415l45R35D2717l145f2D3410l28Z20d360m1.5C12d360C115db68d170其符号所代表的意义如下图2-24所示:图2-24 主轴（其中上边为水轮机端，下边为发电机端）2.5.3 水导轴承 水轮机导轴承型式很多，目前比较常用的有水润滑的橡胶轴承;稀油润滑有转动油盘、斜油槽自循环的筒式轴承和稀油润滑油浸式分块瓦轴承。其它型式轴承如稀油润滑毕托管上油方式轴承，在中、小型机组中虽有采用，但近期已被斜油槽自循环的筒式轴承所代替。干油润滑轴承国内运用不多。查水轮机设计手册345页，本次设计中采用稀油润滑分块瓦式轴承，主要是因为以下原因：稀油润滑分块瓦式轴承虽然有密封在轴承下部，转轮悬臂大，成本高，平面布置尺寸大等缺点，但鉴于其受力均匀，轴瓦研刮、调整方便，运行安全可靠，在大中型机组中应用较多其结构如图2-25：:图2-25 稀油润滑分块瓦式水导轴承本次设计中， Nr=2500kW，n=125r/min，再参照国内部分运行机组的结构参数，其尺寸对应下表2-31：表2-31 水导轴承参数符号数值参数符号数值N（千瓦）2500瓦宽B（毫米）250n（转/分）125瓦数10轴颈直径（毫米）610B/L0.8轴颈直径De（毫米）738轴瓦单边间隙（毫米）0.25瓦高L（毫米）666使用部位水导 考虑本次设计中，其他部件的布置情况，针对以上数值作出了一定的变动，具体参照总装图中的尺寸。 另外，对于稀油润滑分块瓦式轴承，本次设计选择将轴领作为主轴轴身上的附加物，之后与轴身焊成一体，轴领采用与主轴同样材质的铸件或者锻件，粗加工后焊于轴身上，并经退火处理，消除焊接应力。退火前主轴内孔灌以铸铁铁屑或者黄砂，两端封闭，以减少内孔氧化。轴颈下部开有成一定角度或径向的通油孔。当主轴旋转时，此孔起着油泵的作用，将经过冷却器冷却后的润滑油输送到轴瓦面及轴承体空腔内，工作后的热油经轴承体上部油孔和顶部流向冷却器，形成油循环。轴领下部通油孔数目在2432范围内，孔直径取30mm。挡油箱以上的轴领处，开有数个通气孔，以平衡轴领内外侧压力，防止油和油雾外溢。轴领处的结构如下图2-26：图2-26轴颈处结构本次设计中，油盆选择用A3钢板焊接，并在制造过程中进行煤油渗漏试验。分块轴瓦采用ZG30、滑动面浇注ChSnSb11-6锡基轴承合金，垫板采用30Cr，并有以下制造要求：本体铸成整圈，分割成若干块，合金浇注前挂纯锡，不许脱壳，瓦面粗糙度为8，瓦背面支顶垫板与背面贴紧不许有间隙，垫片热处理HRC3540。支顶螺丝材料为锻钢35，热处理HRC40，细牙螺纹与螺帽选配。分块瓦轴承体材料为ZG30，支顶螺丝孔中心线与轴心线垂直，轴承体法兰面与分块瓦承托面平行，误差不超过0.030.05毫米。2.5.4主轴密封主轴部分的密封装置分两种，一种是机组正常运行中，橡胶轴承压力水箱的密封，稀油轴承下部防止机组漏水的主轴密封。这一种密封的结构形式很多，如盘根、垫料式密封，单层或双层橡胶密封，径向式端面碳精块（尼龙块）密封，水泵密封等等。本次设计中采用的是水压式端面密封，这种密封方式检修维护方便，结构简单，工作寿命长，其结构见图2-30。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，采用的压缩空气压力是47 公斤/厘米2，其所采用的围带的剖面尺寸见下图2-27：图2-27水压式主轴密封2.6 操作油管转桨式水轮机转轮的接力器操作油管装于主轴中心孔内。通常，操作油管用两根无缝钢管组成内外两个压力油腔，上部接至受油器，下部与转轮接力器的活塞杆连接。操作油管的外油腔与转轮接力器活塞上部油腔联通，内腔则与活塞下部油腔联通。本次设计中操作油管被分为数段，用法兰连接，这主要是考虑到电站布置，主轴和接力器结构的变化，为满足动作灵活，加工、装卸方便。根据水轮机设计手册中的要求，参照已有电站资料，本水电站操作油管水轮机段得结构如图2-28所示：图2-28 操作油管示意图2.7 转轮部分2.7.1 叶片叶片由本体和枢轴构成。叶片本体与枢轴的连接方式有两种。一种是用分别整体铸造；一种是采用分开铸造，加工后用螺钉或销钉等机械零件组合。由于本机组属于大型机组，所以叶片和枢轴采用分别铸造，然后用螺钉连接。叶片材料为ZG20SiMn，由于该材料抗汽蚀性能差，因此根据电站的运行条件，在表面堆焊不锈钢层，以提高转轮的抗汽蚀性能。叶片枢轴支承在转轮体上，采用滑动轴承结构，轴承衬为青铜。2.7.2 转轮体转轮体外表面是过流通道的一部分，其内部则装有全部叶片和操作机构，上部与主轴联接，下部接泄水锥，形状较为复杂。在本次设计中转轮体采用ZG20MnSi 整铸而成。转轮体外圆采用球形结构，球形轮毂能使叶片和转轮体表面配合良好，在各种叶片转角下它们之间的间隙可以很小，从而减小容积损失。在本次毕业设计中，转轮体与主轴联接时，采用的是转轮上盖与主轴法兰合一的结构。图2-29转轮结构图2.7.3 叶片操作机构与接力器叶片操作机构的型式很多，本次设计采用的是带直连杆的操作架的结构。由于其零件数少，结构简单，转轮