发电机选择计算

第四节 水轮发电机的选择计算
一、 发电机型式的选择
水轮发电机按其轴线位置可分为立式布置和卧式布置两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于中小型机组及贯流式机组。

本电站采用立式布置，立式布置又分为悬式和伞式两种。

悬式布置和伞式布置的适用条件，查参考【2】P 149表3-1，悬式适用于转速大于150/min r ，伞式适用于转速小于150/min r 。

因为水轮机的标准转速为166.7r/min ，所以水轮发电机选用悬式布置。

水轮发电机的冷却方式采用径向通风密闭式空气循环冷却。

二、 主要尺寸估算
待选水轮发电机的有关参数如下：
发电机型式：悬式 标准转速：166.7r/min 磁极对数：18
外形尺寸计算如下：
1、极距τ
根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 4
2p
s K f j =τ cm 参考【2】P 159公式3-2
式中
9
,,,10~8,:18
;:);
(:本设计中取线速度高的取上限容量大一般为系数磁极对数发电机额定容量j f K P p KVA s =
f s =N f ／cos ＆, cos ＆为功率因数角，取cos ＆取0.875。

f s =151300／0.875=172914KV A 。

4
18
2172914
9⨯⨯=τ=74.92 cm
由上求出τ后,尚应校核发电机在飞逸状态下,转子飞逸线速度V f 是否在转子材料允许范围内。

V K V f f = 参考【2】P 160公式3-3
式中
飞逸线速度
秒时在数值上等于极距周当频率转子额定线速度的比值确定与额定转速机组的飞逸转速与水轮机型式有关或按飞逸系数:;/50,:;,:f e f f V f V n n K τ= f K = f n ／e n =308.4／166.7=1.85;
V =τ=74.92 cm.
V K V f f ==1.85⨯74.92=138.6m ／s
查参【2】P 160，转子磁轭的材料用低合金高强度钢
2、定子内径i D 计算公式：
τπ
p
D i 2==
92.7418
2⨯⨯π
=858.52 cm 参考【2】P 160公式
3-4
3、定子铁芯长度t l 计算公式：
e
i f t n CD S l 2= cm 参考【2】P 160公式3-5
式中：
冷却方式为空冷
取表见参考系数定子内径额定转速发电机额定容量,107,53]2[,:);
(:);(:);
(:6160-⨯=-C P C cm D rpm n KVA S i e f
.7
16652.858107172914
26⨯⨯⨯=-t l =201.05 cm
t l ／τ=201.05／74.92=2.68﹤3
4、定子铁芯外径a D 按下式进行估算：
查参考【2】P 160，τ2.1:7.166+=≤i a e D D rpm n 参考【2】P 160
故
τ2.1+=i a D D =858.52+1.2⨯74.92=948.42cm
e t i n l D =.7
166201.0552.858⨯=0.0256﹤ 0.035，故选择悬式布置是正确的。

三、 外形尺寸估算
1、平面尺寸估算
（1） 定子机座外径1D 按下式进行估算：
当 a e D D rpm n 18.1,2144.1361=≤≤ 参考【2】P 161
故⨯=18.11D 948.42=1119.14cm
（2）风罩内径2D 按下式进行估算：
m D D KVA S f 4.2,2000012+=> 参考【2】P 161
故
=2D 1119.14+240=1359.14cm
（3） 转子外径3D
按下式进行估算：
δ23-=i D D cm 参考【2】P 161
式中：δ为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。

即i D D =3=858.52cm （4） 下机架最大跨度4D 按下式进行估算：
m D D KVA S f 2.1,10000054+=> 参考【2】P 162
式中：
5D 为水轮机机坑直径，参考【２】Ｐ162表3-6，转轮直径为5m 时D 5=700cm 。

即12054+=D D =630+120=750cm （5） 推力轴承外径6D 和励磁机外径7D
根据发电机容量f S =172914KV A ，查参考【２】Ｐ162表3-7，推力轴承外径6D =449cm ，
2、轴向尺寸计算 （1） 定子机座高度h 1 按下式进行计算：
200m m 2,1252141++=≥>τt e l h rpm n cm 参考【2】P 162
故2021
++=τt l h =201.05+2⨯74.92+20=370.89cm
（2） 上机架高度h 2 按下式进行估算：
对于悬式发电机，i D h 25.02= cm 参考【2】P 162
故
2h =0.25⨯858.52=214.63cm
（3） 推力轴承高度3h 、励磁机高度4h 、副励磁高度5h 和永磁机高度6h 根据发电机容量f S =172914KV A ，查参考【２】Ｐ163表3-8。

推力轴承高度3h =180cm ，励磁机高度4h =230cm ，副励磁高度5h =110cm ，永磁机高
度6h =80cm
（4） 下机架高度h 7 按下式进行计算：
悬式非承载机架：i D h 12.07= cm 参考【2】P 162
即
=7h 0.12⨯858.52=103.02cm
（5） 定子支座承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h 8 按下式进行计算：
悬式非承载机架：i D h 15.08= cm 参考【2】
P 163
即
8h =0.15⨯858.52=128.78cm
（6） 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h 9
按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm ，取h 9=110cm 。

（7） 转子磁轭轴向高度h 10 按下式进行计算：
有风扇时：mm l h t )1000~700(10+= 参考【2】P 163
即10
h =201.05+90=291.05cm
（8） 发电机主轴高度h 11
按下式进行计算：
H h )9.0~7.0(11= 参考【2】P 163
式中H 为发电机总高度，即由主轴法兰盘底至发电机顶部的高度。

则：
98654321h h h h h h h h H +++++++=
=370.89+214.63+180+128.78+110 =1004.3cm
cm H h 87.9033.10049.09.011=⨯==
（9） 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h 12 按下式进行计算：
1011246.0h h h += 参考【2】P 163
即10112
46.0h h h +=
=0.46⨯370.89+291.05 =461.66 cm
四、 水轮发电机重量估算
水轮发电机重量可按下式进行估算： 3
21)(e
f f n S K G = 参考【2】P 164公式
3-6
式中：
9
,7~6,10~8,:);
(:);(:);(:11=K K rpm n KVA S t G e f f 本设计中取对水内冷式发电机取对悬式发电机取系数额定转速发电机额定容量发电机总重量
则：
t G f 23.922)7
.166172914(
93
/2=⨯=
发电机转子重量：0.5f G =461.11 t 发电机飞轮力矩GD 2，可按下式进行计算：
t i l D K GD 5
.322= （t ·㎡） 参考【2】P 164公式3-7
式中 i D —定子铁芯内径，m ； l t —定子铁芯长度，m ；
2K —经验系数，查参考【2】P 164表3-10，2K =5.2 则：
58.193830105.25852
.82.55
.32
=⨯⨯=GD （t ·㎡）
五、选取发电机型号
根据发电机结构形式、发电机额定出力（兆瓦）、磁极个数和定子铁芯外径（cm），可以确定水轮发电机型号为：SF151.3-36/948.42，水轮发电机参数计算结果见表
SF151.3-36/948.42型水轮发电机参数表
六、绘制发电机外形尺寸图
根据以上发电机外形尺寸参数，参照参考【2】P161图3-27（a），绘制出发电机外形尺寸图，如附图。