PAGE34某水電站水輪機(jī)發(fā)電的選型計(jì)算案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u15678某水電站水輪機(jī)發(fā)電的選型計(jì)算案例概述 185601.1水輪發(fā)電機(jī)形式及容量選擇 1135311.2水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式 236531.3水輪發(fā)電機(jī)的基本參數(shù) 230591.4立式水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸 3262011.5水輪發(fā)電機(jī)重量估算 71.1水輪發(fā)電機(jī)形式及容量選擇（1）發(fā)電機(jī)形式選擇水輪發(fā)電機(jī)包括有立式水輪發(fā)電機(jī)（包含傘式、懸式）、臥式水輪發(fā)電機(jī)和燈泡式水輪發(fā)電機(jī)三種。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及其轉(zhuǎn)速，同時(shí)還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)適用的要求。臥式水輪發(fā)電機(jī)一般適用于轉(zhuǎn)速大于375r/min以及一些小容量發(fā)電機(jī)組，中小容量的低水頭電站中一般選用燈泡式水輪發(fā)電機(jī)。本次設(shè)計(jì)的水電站屬于大型水電站，因此發(fā)電機(jī)形式從立式水輪發(fā)電機(jī)中初選，參考如下選擇標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)Di當(dāng)Di當(dāng)Di式中，DiltnN根據(jù)后面的計(jì)算數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到Di（2）發(fā)電機(jī)容量選擇額定有功功率（kW）：Pn額定視在功率(kVA):Sn式中，PΣN——裝機(jī)臺(tái)數(shù)，本次設(shè)計(jì)中水電站左右岸各裝機(jī)三臺(tái)，總裝機(jī)臺(tái)數(shù)6臺(tái)；cosφ將查得數(shù)據(jù)代入公式，得到額定有功功率為200MW，額定視在功率為228.57MW。1.2水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式主要包括空氣冷卻方式和水內(nèi)冷方式兩種?？绽涫剿啺l(fā)電機(jī)的極限容量SfSf代入則有S空氣冷卻方式又包括徑向和軸向兩種通風(fēng)方式。其中徑向通風(fēng)方式不設(shè)風(fēng)扇，既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，又能均勻散熱，這種通風(fēng)方式技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于大型機(jī)組。因此此次設(shè)計(jì)中采用徑向通風(fēng)冷卻方式。1.3水輪發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)（1）額定電壓U額定電壓根據(jù)設(shè)計(jì)水頭和轉(zhuǎn)速的不同而不同，發(fā)電機(jī)的額定電壓經(jīng)過(guò)綜合的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，一般依據(jù)水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-3進(jìn)行選取，由額定容量為204.08MW，因此確定高電壓為15.75KV。（2）功率因數(shù)μ上述設(shè)計(jì)過(guò)程中已查得為0.875。（3）額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)相同，為115.4r/min（4）飛輪力矩GD當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)段內(nèi)機(jī)組轉(zhuǎn)速將會(huì)升高，此時(shí)需要水輪發(fā)電機(jī)具有足夠的飛輪力矩能保證機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高在控制范圍內(nèi)，其數(shù)值估算公式如下：GD2式中：K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-5可得此時(shí)K=5.0；Dilt將以上參數(shù)代入式中可得，飛輪力矩GDG（5）慣性時(shí)間常數(shù)T慣性時(shí)間常數(shù)是指轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間，計(jì)算公式如下：Tg式中，Sn——發(fā)電機(jī)額定視在功率（kVA），在此次設(shè)計(jì)中為228571kVA。代入已知參數(shù)計(jì)算可得慣性時(shí)間常數(shù)為：Tg1.4立式水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸（1）定子鐵芯的內(nèi)徑D首先計(jì)算極距τ值，然后根據(jù)τ值和磁極個(gè)數(shù)計(jì)算得定子鐵芯內(nèi)徑。對(duì)于50Hz水輪發(fā)電機(jī)，有極距τ值：τ=K式中，Sn——額定視在功率（kVA），在此次設(shè)計(jì)中為228571kVA；2p——磁極個(gè)數(shù)，查參數(shù)表可知p為26；K1代入已知參數(shù)得到τ=10×定子鐵芯內(nèi)徑DiD代入數(shù)據(jù)計(jì)算有：（2）定子鐵芯長(zhǎng)度lt三相50Hz大容量水輪發(fā)電機(jī)的電機(jī)利用常數(shù)C的值與每級(jí)容量有如下近似關(guān)系：C=K式中，Sn2p——磁極個(gè)數(shù)；K2——系數(shù)，取1.58~1.95，代入已知參數(shù)，得到C值為：C=1.8×又定子鐵芯長(zhǎng)度lt有：

ll（3）定子鐵芯外徑D根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)，由于nN=115.4r/min<Da=D代入數(shù)據(jù)，計(jì)算可得Da=1347.3+1.2×圖9傘式水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸示意圖（4）平面尺寸估算①定子機(jī)座外徑D此次設(shè)計(jì)中因nnD1代入數(shù)據(jù)計(jì)算得，D1=1.14×②風(fēng)罩內(nèi)徑D2由于Sn=228571kVA>20000kVA，可得③轉(zhuǎn)子外徑DD3其中，δ為單邊空氣間隙，初步估算時(shí)可以忽略不計(jì)，則有D3④下機(jī)架最大跨度DSn=228571kVA>100000kVA，所以，D4表8水輪機(jī)機(jī)坑直徑轉(zhuǎn)輪直徑（mm）水輪機(jī)機(jī)坑直徑（mm）轉(zhuǎn)輪直徑（mm）水輪機(jī)機(jī)坑直徑（mm）轉(zhuǎn)輪直徑（mm）水輪機(jī)機(jī)坑直徑（mm）轉(zhuǎn)輪直徑（mm）水輪機(jī)機(jī)坑直徑（mm）140016001800200022502500240026002800300032003500275030003300380041004500380042004600520058005300500055006000650070007500700077008400900096001020080008500900095001000010500108001140012000125001300013500D5=9132mm，所以⑤推力軸承外徑D推力軸承外徑根據(jù)發(fā)電機(jī)容量從水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-7即下表9查得表9推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑單位：mm發(fā)電機(jī)容量（kVA）10000-2000020000-6000060000-10000010000-30000推力軸承外徑D62000-26002600-36003600-42004200-5000勵(lì)磁機(jī)外徑D71400-16001600-26002600-36003600-4800取D6（5）軸向尺寸計(jì)算①定子機(jī)座高度h因有nn=115.4r/min<125r/min，所以h1=lt+2τ，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到②上機(jī)架高度h此次設(shè)計(jì)中我們選用的是傘式非承載機(jī)架，因此查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)，得h2③推力軸承高度h因Sn=228571kVA>20000kVA，根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-8，可知此時(shí)能夠選用④下機(jī)架高度h傘式承載機(jī)架h4=0.20D⑤定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離h傘式承載機(jī)架h5⑥下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離h按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，一般為700~1500mm，本次設(shè)計(jì)中取為1500mm。⑦轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h無(wú)風(fēng)扇時(shí)有：h7=lt+（500~600）mm，所以可?、喟l(fā)電機(jī)主軸高度h因h8=（0.7~0.9）H，其中H為發(fā)電機(jī)高度，即主軸法蘭盤(pán)底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度，H=h1⑨定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤(pán)底面距離hh9=0.46h1+綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)選擇全傘式水輪發(fā)電機(jī)，為利于防洪，布置方式選用埋入式。根據(jù)尺寸初估可以畫(huà)出全傘式水輪機(jī)外形圖如