摘 ?要：水輪機模型是驗證水力設計思想的基本載體，模型裝置流道型線的精確無誤、試驗過程中的機組的平穩(wěn)可靠是保證水力設計效果的前提。水輪機模型裝置的結構設計作為項目的中間環(huán)節(jié)，工作成效的優(yōu)劣直接影響到整個科研項目的成敗。隨著發(fā)電設備市場競爭的日益激烈，對水輪機模型試驗裝置的設計、加工、安裝、調試都提出了更高的要求。如何提高我們自身結構設計能力和設計水平已成為亟待解決的問題。

關鍵詞：水輪機模型;裝置設計;結構優(yōu)化

一、水輪機模型的設計對比分析

通過不同國家、不同廠家水輪機模型裝置的對比分析， 歸納適應新時代試驗條件的模型裝置部套結構，為優(yōu)化裝置結構、提高裝置穩(wěn)定性提供技術基礎。

1、模型裝置總體結構

模型裝置靜壓軸承的安裝精度決定了模型轉輪的安裝精度和模型裝置試驗結果的穩(wěn)定性;導控系統(tǒng)的控制精度決定了活動導葉開關的同步性和導葉開口的一致性;裝置的拆卸方式直接影響了安裝的效率。以上三方面直接影響了模型裝置能否實現(xiàn)對水力設計思想的可靠驗證，下面對此逐一分析。

（1）靜壓軸承連接方式

國內模型裝置設計多采用分體式結構，即靜壓軸承單獨把合固定。在分體式的結構設計中，能夠實現(xiàn)轉輪的靈活調節(jié)和安裝，具有工程效率高，安裝快速的特點。但是這種分體式的結構在高水頭、大流量的工況下穩(wěn)定性一般，各個接觸部件之間具有較大的柔性，部件間需要較大間隙值才能克服徑向位置變化量，分體式結構已經(jīng)不能夠滿足工程的需求。而整體式結構的裝置中，采用靜壓軸承與頂蓋整體把合連接，頂蓋具有絕對的剛性，保證了裝置在工況變動時的結構穩(wěn)定。

（2）裝置拆裝方式

底環(huán)與座環(huán)設計為一整體的模型裝置，便于生產(chǎn)加工，縮短了加工周期;同時確保了座環(huán)與底環(huán)流道的光順過渡，保證了水力性能。這種拆裝方式的不足之處是，無法直接在試驗工位完成活動導葉的更換，而需將模型裝置靜壓軸承與導控部套全部拆除，并重新調整轉動中心。而模型裝置采用“下拆式”結構。底環(huán)與座環(huán)采用分體式結構，在更換活動導葉時無需將頂蓋拆除，在試驗工位即可完成更換工作，且不用調整轉動中心，省去了二次找正的時間，降低了工作強度，但該結構對加工精度有嚴格的要求，并需要在安裝時嚴格檢查底環(huán)與座環(huán)過渡處流道的光順性，以避免流道出現(xiàn)高低臺階，影響效率。

（3）導控系統(tǒng)結構

模型裝置導控系統(tǒng)結構為通過連桿將導葉臂與控制環(huán)連接，導葉臂通過螺栓夾緊方式與活動導葉連接，中間靠銷軸連接。這種結構的優(yōu)點是原理簡單、安裝調整方便。其局限之處為依靠單個螺栓把合夾緊導葉臂克服導葉水力矩，試驗水頭升高時，導葉水力矩明顯增加，當導葉臂所提供的夾緊力不足以克服導葉水力矩時，螺栓夾緊失效，活動導葉產(chǎn)生角位移。

活動導葉采用脹緊裝置連接，導葉臂采用導向銷軸傳遞扭矩，導葉臂受力均勻，連接強度得到提高，操控性能也更優(yōu)異，且該結構兼具節(jié)省空間、拆裝方便及外形美觀的優(yōu)點。

2、模型結構的創(chuàng)新

（1）蝸殼材料的選用

蝸殼選用鍛造鋁錠材料，在加工時采用的編程數(shù)控法，克服了蝸殼采用鋼板拼焊方法加工時產(chǎn)生的流道精度低的問題;解決了采用鑄造蝸殼帶來的流道缺陷以及生產(chǎn)周期長的問題。該材料具有良好的機加性能和強度，蝸殼在水壓試驗及高水頭工況下的變形量也極大減少。

（2）尾水部套設計方法的完善

隨著水電行業(yè)的發(fā)展和競爭的日趨激烈，對水輪機模型裝置的研究提出了更高的要求，為了滿足社會的發(fā)展需求，尾水部套設計也在不斷的更新和完善。新材料、新結構的應用有效改善了結構設計的限制問題。如肘管采用鑄造形式整體數(shù)控加工的方法;擴散段成型鋼板厚度增加等。有效提高了裝置剛度以及對惡劣工況的適應性。

二、模型裝置設計的趨勢

國家對水電行業(yè)的重視程度越來越高，投入力度也越來越大，市場中不同生產(chǎn)企業(yè)的競爭也是越來越激烈。水輪機模型裝置也逐漸向高水頭適應性、高加工精度、拆裝方便等方面發(fā)展。如何設計出結構優(yōu)化、布局合理，加工及安裝簡易，成本易于控制、零部件甚至部套具有高通用性和標準化、檢修和維護便捷的模型裝置將成為科研人員未來研究的重點。此外，根據(jù)美國工業(yè)設計協(xié)會測算，工業(yè)品外觀每投入1美元，可帶來1500美元的收益。所以在保證裝置各項性能的同時，模型裝置的外觀設計也不可忽視，一個優(yōu)異的產(chǎn)品在設計中不可缺少對企業(yè)特點、文化等內容的思考。

結語

模型裝置的制造安裝精度以及試驗過程中的機組的平穩(wěn)可靠是保證水力試驗效果的前提。隨著發(fā)電設備市場競爭的日益激烈，對水輪機模型試驗裝置的設計、加工、安裝、調試都提出了更高的要求。小到法蘭倒角的問題，大到蝸殼材料的選用和加工制造方法的變革， 做好模型裝置的設計是一個系統(tǒng)的工程，從產(chǎn)品的設計到原材料采購、制造、包裝都有體現(xiàn)，不可一蹴而就。但是在產(chǎn)品國際化，對比全球化的舞臺上，只有迎難而上不斷創(chuàng)新才能在競爭中立于不敗之地。

參考文獻

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