江厦电站二期工程水轮机导叶密合线加工简化处理方法

3.9.3.1 江厦电站二期工程导水机构

导水机构由内、外导水环和16只锥形导叶以及控制环、拐臂、球铰连杆等组成，图3-59为导水机构。

图3-56　垂直支撑球铰（2）（单位：mm）

1—球面片A；2—球面座A；3—内六角紧定螺钉；4—球面片B；5—球面座B；6—内六角紧定螺钉

球铰连杆见图3-60。由于控制环与活动导叶为空间运动，对于小型贯流机组，采用球铰连杆就可保证导水机构转动灵活。

外导水环与转轮室相邻，内导水环与主轴密封座连接。内、外导水环与座环用螺栓把合，并用“O”形密封圈封水，外导水环上、下两半并用螺栓把合，组合面用“O”形密封圈封水，内导水环为整体结构。

推动导水机构运动的是一只φ350mm直缸接力器，行程587mm，连杆长用作图法确定为l=397mm，操作油压p=2.5MPa。

图3-57　水平支撑球铰（1）（单位：mm）

1—垫片；2—圆柱销；3—球形板；4—密封圈；5—球形板；6—基础板；7—垫片

图3-58　水平支撑球铰（2）（单位：mm）

1—螺栓；2—单耳止动垫圈；3—支撑座；4—支撑1；5—螺母1；6—止动轴；7—支撑接点；8—螺母2；9—支撑2

图3-59　导水机构

1—内导水环；2—导叶下轴销；3—控制环；4—球铰连杆；5—连接板；6—拐臂；7—锥型导叶；8—外导水环；9—轴套；10—转轮室

图3-60　球饺连杆

1—控制环；2—连杆头；3—连杆；4—球铰；5—连接板；6—拐臂；7—端盖；8—螺栓

3.9.3.2 大型灯泡贯流式水轮机导叶机构

对于大型灯泡贯流机组的导水机构，其连杆和上导叶轴径均应设球铰，如图3-61、图3-62所示。

由图3-62可知，其连杆与导叶外轴承采用球铰，导叶内轴承未采用球铰，导水机构操作也灵活。其控制环采用钢球滑动，结构轻巧。

导叶轴承采用自润滑材料制成的轴套，并用“L”形密封圈封水。

连杆运动为空间曲面，为保证操作时转动灵活，连杆两端设有球铰，在拐臂处设有剪切销，也可采用液压连杆，见图3-63；弯曲连杆见图3-64、图3-65；弹簧连杆结构见图3-66。如在导叶中夹有杂物时，引起连杆弯曲或弹簧伸长，在第二次打开导叶时，杂物被水流冲跑，这样可不需更换剪切销。

导叶下端设有下轴销，以利于在不拆外导水环的条件下卸下导叶。

3.9.3.3 江厦电站二期工程水轮机导叶密合线加工

江厦电站二期工程的水轮机由于是锥形导水机构，其导叶是扭曲的，其密合线理论上也是空间曲线，为保证封水又能机械加工，要进行简化处理。

以江厦潮汐试验机组为例，导叶计算截面半径R=1755mm；导叶锥角C=65°；导叶数Z=16；头部倾角A 1=20°。假定导叶密合线分布在特定的圆锥面上，如图3-67所示，密合线组成的圆锥面投影为OG，其锥角为C′，导叶转轴为OO′。导叶在截面AO′上展开图见图3-68。

图3-61（一）　导水机构装配（D 1=4.2m）（单位：mm）

1—螺栓；2—垫圈；3—外导水环；4—外轴承座；5—螺栓；6—弹簧垫圈；7—补偿垫；8—顶起螺栓；9—弹环垫圈；10—螺栓；11—外轴承压板；12—套管；13—导叶臂；14—端盖；15—螺栓；16—外舌止动垫圈；17—导叶键压板；18—螺栓；19—弹簧垫圈；20—导叶键；21—偏心销；22—弯曲连杆；23—连杆销；24—控制环；25—压环；26—内六角螺栓；27—弹簧垫圈；28—螺栓；29—螺尾锥销；30—螺母；31—弹簧垫圈；32—导叶外轴承；33—导叶外衬套；34—“O”形密封圈；35—y形密封圈；36—挡圈；37—紧定螺钉；38—压注油杯；39—钢球；40—螺钉；41—弹簧垫圈；42—指针支架；43—螺钉；44—弹簧垫圈；45—指针；46—刻度盘；47—螺钉；48—弹簧垫圈；49—密封条；50—螺尾锥销；51—螺栓；52—内导环；53—活动导叶；54—导叶内轴承；55—“O”形密封圈；56—“O”形密封圈；57—螺栓；58—单耳止动垫圈；59—导叶内侧轴；60—螺塞；61—密封条；62—螺尾锥销；63—螺母；64—“O”形密封圈

图3-61（二）　导水机构装配（D 1=4.2m）（单位：mm）

1—螺栓；2—垫圈；3—外导水环；4—外轴承座；5—螺栓；6—弹簧垫圈；7—补偿垫；8—顶起螺栓；9—弹环垫圈；10—螺栓；11—外轴承压板；12—套管；13—导叶臂；14—端盖；15—螺栓；16—外舌止动垫圈；17—导叶键压板；18—螺栓；19—弹簧垫圈；20—导叶键；21—偏心销；22—弯曲连杆；23—连杆销；24—控制环；25—压环；26—内六角螺栓；27—弹簧垫圈；28—螺栓；29—螺尾锥销；30—螺母；31—弹簧垫圈；32—导叶外轴承；33—导叶外衬套；34—“O”形密封圈；35—y形密封圈；36—挡圈；37—紧定螺钉；38—压注油杯；39—钢球；40—螺钉；41—弹簧垫圈；42—指针支架；43—螺钉；44—弹簧垫圈；45—指针；46—刻度盘；47—螺钉；48—弹簧垫圈；49—密封条；50—螺尾锥销；51—螺栓；52—内导环；53—活动导叶；54—导叶内轴承；55—“O”形密封圈；56—“O”形密封圈；57—螺栓；58—单耳止动垫圈；59—导叶内侧轴；60—螺塞；61—密封条；62—螺尾锥销；63—螺母；64—“O”形密封圈

由于导叶型线为空间曲面，因此导叶头部、尾部所对应的夹角C1、C2是不同的，图3-67中头部密合点M与尾部密合点N之连线MN与XOZ面不平行，而是成一角度Ⅰ，密合设计的任务，就是要使角Ⅰ的取值使相邻导叶、尾部密合点坐标逼近。(www.xing528.com)

根据导叶密合线所处空间关系，建立数学模型，可确定导叶头部、尾部密合点M、N坐标，尾部倾角A 2，如图3-68所示。

图3-62　导叶轴端结构图（单位：mm）

1—外保护套（不锈钢）；2—橡皮圈；3—导叶外轴；4—球面轴承内环（不锈钢）；5—球面轴承外环（青铜镶聚四氟乙烯膜）；6—调整垫片（合金铝）；7—外保护套；8—外密封环；9—导叶；10—导叶内轴；11—导叶内轴承（青铜）；12—保护套；13—内密封环

图3-63　液压连杆（单位：mm）

（a）1—导叶；2—拐臂；3—挠曲连杆；4—液压连杆供油总管；5—液压连杆供油管；6—液压连杆；7—卡块；8—控制环；（b）1—拐臂；2—连杆头；3—行程开关；4—活塞；5—液压缸体；6—压力油管接头；7—控制环；（c）1—拐臂；2—摩擦环；3—挠曲连杆；4—连杆头

图3-64 弯曲连杆（1）（单位：mm）

1—叉头螺栓；2—左联接头；3—锁定片；4—弯曲板；5—信号片；6—信号装置；7—固定装置；8—绝缘垫；9—右连接头

图3-65　弯曲连杆（2）（单位：mm）

1—轴承压板；2—螺栓；3—连杆轴承；4—轴承支撑板；5—外舌止动垫圈；6—螺栓；7—圆柱销；8—轴承盖；9—圆柱销；10—检测板；11—弯曲连杆信号器；12—螺钉；13—绝缘板；14—螺母；15—外舌止动垫圈；16—螺栓

图3-66　弹簧连杆

1—连杆Ⅰ；2—弹簧；3—螺栓；4—连杆Ⅱ；5—连接销；6—信号传感器

图3-67　导叶密合状态轴截图

OO′—导叶轴线；OG—密合面圆锥投影线；M—头部密合点；N—尾部密合点；C—导叶锥角；C′—密合线圆锥锥角；C1—头部叶宽对应夹角；C2—尾部叶宽对应夹角；AO′—垂直导叶转轴之截面

图3-68　导叶在AO′上展开图

A 1—头部倾角；A 2—尾部倾角；E—偏心距；R（1）—截面半径

图3-69　工装抬起与平转角计算图

为加工要求还需给出工装角，见图3-69。工装角可根据密合点坐标求得，主要是便于金加工，即一头加工很少，另一头多加工一些。

上述计算可由计算机编程后自动打印。实践表明，经上述简化计算后加工的导叶密合线间隙，实测最大为0.2mm×300mm（导叶高1600mm），基本满足要求。

3.9.3.4 锥形导水机构运动图的绘制

为了确定推拉杆销孔（大耳朵）与连杆销孔（控制环上小耳朵）及与导叶开度的相互关系，需绘制导水机构运动图，见图3-70。

图3-70　锥形导水机构运动图

锥形导水机构为空间运动。可通过三个平面来分析：一是yoz平面，即通过水轮机中心线及导叶中心线的平面；二是xoy平面，它与yoz平面垂直并通过控制环球销中心所在的圆周；三是ζCξ平面，为通过拐臂中心线并与导叶中心线垂直。

在已知导叶锥角α、导叶中心线上的长度EC、连杆长度Lc=AB、拐臂长度L H=AC、控制环球销中心所在圆周直径Dc、控制环球销中心平面与拐臂左极端位置Aj的距离A j′n和导叶全关至全开所应转过的角度（也就是拐臂应转过的角度）θmax，即可求导叶在不同位置时，拐臂、连杆及控制环球销中心在上述三平面上的投影。

先确定转臂球销中心点A在ζCξ平面上的位置及其在其他两平面的投影；如从全关到全开，拐臂在ζCξ平面转过∠A 0 CA k=θmax，则A点运动轨迹为圆弧；在yoz的投影为直线段，而在xoy面上投影为小椭圆上的一段弧，这样就可以绘出任意θ角时，A点在各平面上的投影。

再求出控制环球销中心B点在xoy平面上的投影，可据已知连杆长AB、B点在xoy面上的轨迹以及该轨迹在yoz面上的投影求出，任取一点e为中心，以AB=Lc为半径作圆，在圆的半径上取ef=A′n′（由yoz平面上量取）自f作垂线交辅助圆于g，则fg就是连杆球销位于任意点A时，AB在xoy平面的投影长度。这样就可以在以Dc为直径的园周上定出B点在xoy平面上的投影B″。从而可确定控制环球销行程及大耳朵孔行程S与θ角的关系。

确定了连杆不同位置时B点在ζCξ上的投影B 0c、Bc、…后，即可绘出连杆在该平面上的投影A 0 B 0c、ABc、…，并可量出不同位置时拐臂与连杆投影的夹角λ。

现这一作图法可由计算机编程，直接由CAD绘出。