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】P149表3-1，悬式适用于转速大于150r/min，伞式适用于转速小于150r/min。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?
根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 式中
??Kj4sf2p cm 参考【2】P159公式3-2
sf:发电机额定容量(KVA); p:磁极对数;P?18
Kj:系数,一般为8~10,容量大,线速度高的取上限,本设计中取9cos＆为功率因数角，取cos＆取0.875。 sf=247423／0.875=282769KVA。 sf=Nf／cos＆,
??9*4282769=84.73 cm
2*18 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Vf是否在转子材料允许范围内。
Vf?KfV 参考【2】P160公式3-3
式中
Kf:飞逸系数,与水轮机型式有关或按机组的飞逸转速nf与额定转速ne的比值确定;V:转子额定线速度,当频率f?50周/秒时在数值上等于极距?;Vf:飞逸线速度 Kf= nf／ne=308.4／166.7=1.85; V=?=84.73 cm.
Vf?KfV=1.85*84.73=156.75m／s
查参【2】P160，转子磁轭的材料用整圆叠片。
2、定子内径Di 计算公式：
Di?式3-4
3、定子铁芯长度lt 计算公式：
lt? 式中：
2p??=
2*18?*84.73=971.43 cm 参考【2】P160公
SfCDn2ie cm 参考【2】P160公式3-5
Sf:发电机额定容量(KVA);
ne:额定转速(rpm);Di:定子内径(cm);
C:系数,见参考[2]P160表3?5,取C?7?10?6,冷却方式为空冷 lt?282769=256.79 cm ?627?10*971.43*166.7 lt／?=256.79／84.73=3.03＞3 ，通风较困难。
4、定子铁芯外径Da 按下式进行估算：
查参考【2】P160，ne?166.7rpm:Da?Di?1.2? 参考【2】P160
故
Da?Di?1.2?=971.43+1.2*84.73=1073.12cm
1073.12Di==0.025小于等于0.035，故选择悬式布置是正确的。 ltne256.79*166.7三、 外形尺寸估算
1、平面尺寸估算
（1） 定子机座外径D1 按下式进行估算：
136.4?ne?214rpm,D1?1.18Da 参考【2】P161
故D1?1.18*1073.12=1266.28cm
（2）风罩内径D2 按下式进行估算：
Sf?20000KVA,D2?D1?2.4m 参考【2】P161
故
D2?1266.28cm?240cm=1506.28cm
（3） 转子外径D3
按下式进行估算：
D3?Di?2? cm 参考【2】P161
式中：δ为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。 即D3?Di=971.43cm （4） 下机架最大跨度D4 按下式进行估算：
Sf?100000KVA,D4?D5?1.2m 参考【2】P162
式中：
D5为水轮机机坑直径，参考【２】Ｐ162表3-6，转轮直径为5m时D5=700cm。
即D4?D5?1.2m=700+120=820cm （5） 推力轴承外径D6和励磁机外径D7
根据发电机容量Sf=282769KVA，查参考【２】Ｐ162表3-7，推力轴承外径D6=484cm， 励磁机外径D7=456cm。
2、轴向尺寸计算
（1） 定子机座高度h1 按下式进行计算：
214?ne?125rpm,h1?lt?2??200mm cm 参考【2】P162
故1h?lt?2??200mm=256.79+2*84.73+20=446.25cm
（2） 上机架高度h2 按下式进行估算：
对于悬式发电机，【2】h2?0.25Di cm 参考P162
故2h=0.25*971.43=242.86cm
（3） 推力轴承高度h3、励磁机高度h4、副励磁高度h5和永磁机高度h6 根据发电机容量Sf=282769KVA，查参考【２】Ｐ163表3-8。
推力轴承高度h3=190cm，励磁机高度h4=230cm，副励磁高度h5=110cm，永磁机高度
h6=80cm
（4） 下机架高度h7 按下式进行计算：
悬式非承载机架：h7?0.12Di cm 参考【2】P162
即
h7?0.12*971.43=116.57cm
（5） 定子支座承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8 按下式进行计算：
悬式非承载机架：【2】h8?0.15Di cm 参考P163
即8h=0.15*971.43=145.71cm
（6） 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9
按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm，取h9=120cm。 （7） 转子磁轭轴向高度h10 按下式进行计算：
有风扇时：h10?lt?(700~1000)mm 参考【2】P163
即10h=256.79+85=340cm
（8） 发电机主轴高度h11 按下式进行计算：
h11?(0.7~0.9)H 参考【2】P163
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：
H?h1?h2?h3?h4?h5?h6?h8?h9?446.25?242.86?190?230?110?80?145.71?120 =1564.82cm
h11?0.8H?0.8?1564.82?1251.86cm