混流式水轮机的设计实例叶片的设计共34页文档
混流式水轮机原理与运行pdf
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混流式水轮机是一种常见的水力发电设备，它利用水流能量转化为机械能，驱动发电机发电。
下面是混流式水轮机的原理和运行过程：
1. 原理：
混流式水轮机是通过水流在转轮上产生旋转力矩而驱动转子转动的。
它的转子由叶片和导水环组成。
当水流进入水轮机的导水管道后，经过导水环引导进入叶片之间的转子空间。
水流在叶片上产生冲击和流体动压力，使叶片受到水流的作用力而旋转。
最后，通过转轮上的轴将旋转动能传递给发电机，产生电能。
2. 运行过程：
混流式水轮机的运行过程主要包括以下几个步骤：- 水流进入导水管道：水流从水库或河流等水源进入水轮机的导水管道。
- 经过导水环引导水流：水流进入导水管道后，通过导水环的引导，进入转子空间。
- 叶片接收水流冲击：水流进入转子空间后，叶片将受到水流的冲击力和动压力。
这些力使得叶片受力不均匀，从而产生旋转力矩。
- 转子旋转传递能量：叶片受到水流作用力后，转子开始旋转。
旋转的转子将机械能传递给发电机，
驱动发电机产生电能。
- 水流排出：在旋转过程中，水流的动能会逐渐转化为机械能和电能。
最后，水流从水轮机的出水口排出，回归水源。
通过这个过程，混流式水轮机将水流的动能高效地转化为电能，实现了水力发电。
以上是混流式水轮机的原理和运行过程的简要介绍。
混流式水轮机的具体设计和工作参数会根据实际的水流情况和发电需求进行调整。
卧式混流式水轮机结构的制作方法
卧式混流式水轮机结构的制作方法卧式混流式水轮机是一种常见的水力发电设备，它具有结构简单、效率高等优点，被广泛应用于水电站等能源领域。
下面将介绍一种制作卧式混流式水轮机的方法。
制作卧式混流式水轮机的关键是确定水轮机的结构和尺寸。
根据设计要求和水轮机的功率大小，确定水轮机的外径、叶片数目、叶片形状等参数。
一般来说，卧式混流式水轮机的外径较大，叶片数目较少，叶片形状为弯曲或扭曲形状，以提高水轮机的效率和运行稳定性。
制作卧式混流式水轮机的材料选择和加工工艺也非常重要。
一般来说，水轮机的叶片和轮盘部分采用高强度耐磨材料，如不锈钢或合金钢，以提高水轮机的使用寿命和抗腐蚀性能。
而水轮机的轴承和轴颈部分则采用高强度合金材料，如铜合金或铝合金，以提高水轮机的承载能力和运行稳定性。
然后，制作卧式混流式水轮机还需要进行叶轮的制作和装配。
首先，根据设计要求和叶轮的尺寸，将叶轮的毛坯进行加工和修整，以保证叶轮的形状和尺寸精度。
然后，将修整后的叶轮和轴承进行装配，注意保持叶轮与轴承之间的间隙适当，以保证水轮机的正常运转。
制作卧式混流式水轮机还需要进行静力平衡和动力平衡的校验。
静力平衡主要是通过调整叶轮和轴承之间的间隙，以及调整叶轮的质量分布，使得水轮机在运行过程中不产生明显的振动和噪音。
动力平衡则是通过调整叶轮的叶片形状和角度，以及调整叶轮和轴承之间的间隙，使得水轮机在运行过程中能够达到最佳的效率和输出功率。
制作卧式混流式水轮机的方法包括确定水轮机的结构和尺寸、选择合适的材料和加工工艺、制作叶轮和进行装配、进行静力平衡和动力平衡的校验等步骤。
通过科学合理的制作方法，可以制作出性能优良的卧式混流式水轮机，为水力发电等能源领域提供可靠的动力支持。
水轮机叶片毕业设计
一、工程背景及水轮机叶片简介图 1、为某型水轮机叶片的CAD模型。
在发电工作工程中水流由进水口流向出水口，叶片承受水流的冲刷从而开始运动，这种运动通过传动轴传递到发电机，从而带动发电机工作发电。
但是水轮机在工作仅仅一年多时间以后，就有数片叶片发生了疲劳断裂事故，使得水轮机不能正常工作发电，造成了一定的经济损失，同时也说明水轮机叶片在结构的设计方面确实存在不完善之处。
然而，由于水轮机在水下进行工作，很难通过测量得方法获得叶片上应力和位移的分布情况，也就无法知道叶片为何会断裂，无法有效的改善叶片的几何结构。
在这种情况下，长江水利委员会陆水枢纽局的委托我们对LS591水轮机叶片的进行Ansys有限元模拟计算，获得叶片的应力场和位移场的分布，从而为叶片断裂事故分析提供技术支持，并对叶片结构的改进提供具体方案。
传动轴进水口出水口图1、CAD模型二、ANSYS简介及解题步骤1、ANSYS简介对于大多数工程技术问题，由于物体的几何结构比较复杂或则问题的某些特征是非线性的，我们很难求得其解析解。
这类问题的解决通常具有两种途径：一是引入简化假设，但这种方法只是在有限的情况下是可行的。
也正是因为这样，有限元数值模拟的技术产生了。
有限元方法通过计算机程序在工程中得到了广泛的应用。
到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件达到了几百种，其中著名的有：ANSYS,NASTRAN,ASKA, ADINA,SAP等。
其中，以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，即有限元分析软件，不断的吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程问题必不可少的有力工具。
尤其是在某些环境中，样机试验是不方便的或者不可能的，而利用ANSYS软件，对这个问题有了很好的解决。
本文中水轮机叶片是在水下的环境进行工作，测量很难进行，利用有限元软件ANSYS这个问题得到了很好的解决。
2、ANSYS分析步骤ANSYS分析可以分为三个步骤：a、创建有限元模型（1）创建或读入几何模型根据实体模型按照给定的尺寸建立模型或者直接导入已经生成的几何模型，并对其进行一定程度的修复、简化等。
小型混流式水泵水轮机水力设计
小型混流式水泵水轮机水力设计毛秀丽;郑源;屈波;牟童;张新;吴在强【摘要】采用二元理论结合螺旋势流设计了混流式水泵水轮机,并利用Pro/ENGINEER建立三维几何模型.通过对不同曲率导叶的CFD数值模拟计算,分别得到水泵工况和水轮机工况下的流场流线图、速度图以及压力图,证实标准导叶更适用于混流可逆式机组.效率估算结果显示,机组效率在水轮机工况达到85％,水泵工况达到88％,说明设计方法可行.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2014(012)006【总页数】5页(P123-126,158)【关键词】混流式水泵水轮机;螺旋势流;水力设计;CFD数值模拟;水力性能;流场分析;光洁度【作者】毛秀丽;郑源;屈波;牟童;张新;吴在强【作者单位】河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学能源与电气学院,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TK734Abstract:The mixed-flow Francis pump turbine was designed according to the dualistic theory and spiral potential flow,and Pro/ENGINEER software was used to build the three-dimensional geometric model.Based on the CFD numerical simulations on the guide vanes with different curvatures,the flow pathlines,flow velocities,and pressure distributions under the water pump and turbine working conditions were obtained.The results suggested that the standard guide vanes are more suitable for the Francis pump turbine.The efficiency calculation results showed that the turbineunit efficiency can reach 85% under the turbine working conditions and 88% under the water pump working conditions,which indicated that the design method is feasible.Key words:Francis pump turbine;spiral potential flow;hydraulic design;CFD numerical simulation;hydraulic performance;flow field analysis;roughness抽水蓄能机组是一种可逆式水力机组，其既能将水能转变为电能(水轮机工况),又能将电能转换为水能(水泵工况)，根据电网的需要，来确定抽水蓄能机组的工作方式。
混流式水轮机叶片自由曲面的延展
混流式水轮机叶片自由曲面的延展摘要：传统的木模图法在表示水轮机叶片时存在表示叶片不完整和无法引入计算机辅助设计及制造的不足，为此本文提出了基于最小二乘法的非均匀有理8 样条曲线曲面延展法，解决了混流式水轮机叶片空间曲面的小区域延展问题。
同时结合水轮机叶片形状特点，利用自由曲面和解析曲面的求交法确定了叶片的延展边界，实现了叶片曲面的整体造型。
论文最后算例分析表明，该方法能够得到精度较高的延展曲面，同时算法稳定可靠。
关键词：延展求交拟合自由曲面水轮机叶片混流式水轮机叶片是一个复杂的空间扭曲而，长期以来，工程上采用木模图来表达水轮机转轮叶片、控制叶片的加工精度和测量精度。
经过长期的应用和发展这种空间扭曲叶片的木模图能够较好的满足传统的工艺制作及放样，然而在计算机辅助设计和制造技术广泛应用的今天，木模图的不足凸现出来[1，2]。
首先木模图直接面对加工制造，无法应用于研究分析整个叶片的几何特点和力学特性；再者无法直接把木模图引入计算机辅助设计和制造系统，这大大影响叶片的设计和制造质量。
随着科学技术的飞速发展，这种采用木模图来表达水轮机转轮叶片的方法已经逐渐不能满足当今市场竞争的需要。
随着自由曲面造型技术的发展，此项技术应用子水轮机叶片的曲面造型初步解决了水轮机转轮叶片的表示问题。
此项技术利用已知型值点构造非均匀有理B样条曲线曲面，进而拟合得到叶片的空间表达方程。
这种方法存在一个不足[1，3，4，5]，即非均匀有理6样条曲线曲面无法定义型值点区域外的图形，对混流式水轮机叶片的进行曲面造型时表现为无法拟合0-0断面和上冠之间区域的曲面形状。
这就引出了非均匀有理6样条曲线曲面延展问题。
1基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线曲而延展法1.1延展问题的已知条件现在通用的木模阁在表示水轮机叶片时一般给出等2而的0^)数椐。
如图1所示，由图可以看出，在0-0断而以上只有一个已知型值点，即进水边与上冠的交点，有时甚至还没有表示出这个点；同样在16-16断而以下也只有一个已知型值点，即出水边与下环的交点，有时甚至还没有表示出这个点。
混流式水轮机设计实例-叶片设计
1e
同理，
u
2
9.63m / s
V
o
m2
f ( L 2) 4.45m / s
2
arctan V m 2 24.8
对于其他流线同理可得到以下数据：
u
2e
26.8
0
2
进出口速度三角形的计算结果
流线 L1 r1 528 r2 276 u1 18.43 Vu1 17.13 Vω1 1.3 Vm1 4.1 β1（º） β1e（º） 72.41 74.41 u2 9.63 Vm2 4.45 β2（º） β2e（º） 24.8 26.8
2
1
根据已知，为便于计算取 (V uR)
2
0
r
1
528mm, r 2 276mm, u 1
2 r 1n 60
2 528 333.3 10 60
3
18.43m / s
2 n 2 333.3 34.89 60 60
V
m1
f ( L1) 4.1m / s
在方格纸上绘出V f ( L) 曲线图，L为等势线与流线交点到流 线进口端点的弧线长度。
m
16
Vm(m/s)
15
14
13 12 11
10
9 8 7 6
5
L1 L2 L3 L4 L5
4 3 2
1
0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 L(mm)
A
R
n
式中 R----流道出口断面外半径 n----出口断面的圆环个数。 出口断面CD上各轴面分点位置可 用半径rk表示。 K r n R
混流式水轮机
/trade/pay_success.htm?biz_order_id=213979720000462&out_trade_no=T200P213979720000462&dealing=T第一节混流式水轮机结构一、概述混流式水轮机是反击式水轮机的一种，其应用水头范围很广，从20~700m水头均可使用。
它结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数。
现以图2-1所示的混流式水轮机为例来介绍这种水轮机结构。
水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称固定导叶1，在转轮四周布置着导水机构导叶2。
座环支柱具有坚固的上环a和下环b，蜗壳和上下环焊接在一起。
导叶轴颈用衬套（钢或尼龙材料）支承在底环3和固定于顶盖4的套筒5上。
底环固定于座环的下环上面。
顶盖用螺钉6与座环的上环连接。
导水的传动机构是由安置在导水叶上轴颈的转臂12，连杆13和控制环14组成。
导叶的开度0a（从导叶出口边端到相邻导叶背部的最短距离）的改变是通过导水机构的两个接力器16和控制环连接的推拉杆15传动控制环来实现的。
图2-1 HL200-LJ-550水轮机剖面图（高度单位：m，尺寸单位：mm）1—固定导叶；2—导叶；3—底环；4—顶盖；5—套筒；6—螺钉；7—主轴法兰；8—主轴；9—上冠；10—下环；11—叶片；12—转臂；13—连杆；14—控制环；15—推拉杆；16—接力器；17—导轴承；18—泄水锥；a19,b19—上，下迷宫环；a—坐环上环；b—坐环下环；20—连接螺栓由于混流式水轮机应用水头较高，导叶承受的弯曲载荷大，因此导叶的相对高度0b与轴流式水轮机比较起来做得短一些，以减小跨度。
此外，随着水头增高，相同功率下水轮机的过流量减小，这样有可能减小流道的过流载面。
0b一般随水头增加而减小。
导叶和水轮机顶盖4及底环3之间的间隙及相邻导叶在关机时的接合面都会有漏水现象。
一般采用橡胶的或金属制成的密封件，可使导水机构关闭时的漏水量最小。
毕业设计论文-混流式水轮机
白山水电站水轮机结构设计摘要水轮发电机组是将水能转化为电能的核心设备，水轮机结构设计得是否合理就成为电站能否有效运行得关键。
本设计的主要内容为白山水电站水轮机结构设计。
白山水电站位于吉林省桦甸市老恶河哨口，第二松花江上游，是国家电力公司东北公司直属的梯级水力发电厂，国家特大型企业。
白山发电厂介于东北电网南网、北网之间，地理位置适中，在东北电网中担负调峰、调频和事故备用任务，目前是东北电网装机容量最大的水电厂。
这次设计的主要内容有三部分。
第一部分是对水轮机进行总体结构的设计。
第二部分是对导水机构进行设计。
第三部分则是对主要部件进行强度校核。
在本次毕业设计中，所有的图纸都采用AutoCAD软件进行绘制。
关键词：白山水电站；水轮机；结构设计；强度校核The Structural Design of Hydraulic Turbine for Baishan Hydraulic Power StationABSTRACTThe water-turbine generator set transforms the hydro energy as the electrical energy core equipment, the hydraulic turbine structural design whether reasonable becomes the power plant whether effective movement to result in the key.This design primary coverage Baishan hydroelectric power station hydraulic turbine structural design. The Baishan hydroelectric power station is located on Lao’e river sentry post mouth in Huadian city of the Jilin Province, upstream the second Songhua River, is the stave hydro-electric power station which SGCC Northeast Corporation subordinates, National Extra large type Enterprise. The Baishan power plant is situated between south and north of the northeast electrical network, the geographical position is moderate, shoulders in the northeast electrical network adjusts the peak, the frequency modulation and the accident spare duty, at present is the biggest hydroelectric power plant installed capacity in northeast electrical network. This design primary coverage has three parts. The first part carries on the design of the overall structure. The second part carries on the design of the water organization. The third part carries on the intensity checking of the major component.In this graduation project, all blueprints use the AutoCAD to carry on the plan.KEYWORD: Baishan hydro-power station; hydraulic turbine;structural design; ntensity checking目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (3)1 绪论 (5)1.1选题的目的和意义 (5)1.2白山水电站的基本情况 (5)1.3基本参数 (6)1.4毕业设计具体内容 (6)2水轮机总体结构设计 (7)2.1转轮流道尺寸 (7)2.2导叶高度及分布圆直径 (8)2.3主轴直径 (8)2.4主要部件结构 (9)2.4.1转轮 (9)2.4.2接力器 (11)2.4.3导叶 (12)2.4.4座环 (19)2.4.5顶盖 (20)2.4.6底环 (20)2.4.7 基础环 (21)2.4.8主轴 (21)2.4.9水导轴承 (23)2.4.10主轴密封 (23)2.4.11控制环 (24)2.4.12 补气装置 (25)3导水机构传动系统设计 (27)3.1导叶开度 (27)3.2导水机构运动系统的设计 (28)3.2.1导水机构的装配尺寸 (28)3.2.2导水机构的配合公差与间隙 (28)3.2.3导水机构的传动部分 (29)4 强度校核 (36)4.1主轴的强度校核 (36)4.1.1基本参数的定义 (36)4.1.2轴身应力的计算 (36)4.1.3薄臂轴法兰与轴身联接处应力的计算 (37)4.2导叶强度计算 (42)4.2.1 基本参数的意义： (42)4.2.2 导叶上的作用力计算： (43)4.2.3 各断面惯性矩、断面模数计算： (44)4.2.4 挠度计算： (45)4.2.5 各支反力及其应力计算： (47)4.2.6 导叶轴颈C的最优间隙确定： (49)4.2.7 按选定的挠度值，复核若干断面应力： (50)致谢 (52)参考文献 (53)1 绪论1.1选题的目的和意义作为一名即将毕业的大学生，毕业设计是大学学习的最后一个重要的综合性教学环节，撰写毕业论文，主要有两个方面的目的：一是对所学知识进行一次全面的考核。