水轮发电机选择
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 Kjsf2p cm 参考【2】P159公式3-2
sf:发电机额定容量(KVA);
p:磁极对数;P18
Kj:系数,一般为8~10,容量大,线速度高的取上限,本设计中取9
cos&为功率因数角,取cos&取0.875。 sf=247423/0.875=282769KVA。 sf=Nf/cos&,
9*282769=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。
VfKfV 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f50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.
VfKfV=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35,取C7106,冷却方式为空冷
lt282769=256.79 cm 62710*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,ne166.7rpm:DaDi1.2 参考【2】P160 故DaDi1.2=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:
136.4ne214rpm,D11.18Da 参考【2】P161
故D11.18*1073.12=1266.28cm
(2)风罩内径D2
按下式进行估算:
Sf20000KVA,D2D12.4m 参考【2】P161
故D21266.28cm240cm=1506.28cm
(3) 转子外径D3
按下式进行估算:
D3Di2 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D3Di=971.43cm
(4) 下机架最大跨度D4
按下式进行估算:
Sf100000KVA,D4D51.2m 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D4D51.2m=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:
214ne125rpm,h1lt2200mm cm 参考【2】P162 故1hlt2200mm=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】h20.25Di 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:h70.12Di cm 参考【2】P162 即h70.12*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】h80.15Di 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:h10lt(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:
Hh1h2h3h4h5h6h8h9446.25242.8619023011080145.71120 =1564.82cm
h110.8H0.81564.821251.86cm
(9) 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12
按下式进行计算:
h120.46h1h10 参考【2】P163 即12h0.46h1h10=0.46*446.25+340=545.28cm
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:
GfK1(
3-6
式中:
Sfne) 参考【2】P164公式23
Gf:发电机总重量(t);
Sf:发电机额定容量(KVA);
ne:额定转速(rpm);
K1:系数,对悬式发电机取8~10,对水内冷式发电机取6~7,本设计中取K18. 则:
Gf8( 2827692/3)1137.86t 166.7
发电机转子重量:0.5Gf=568.93 t
发电机飞轮力矩GD2,可按下式进行计算:
GD2K2Di3.5lt (t·㎡) 参考【2】P164公式3-7
式中 Di—定子铁芯内径,m;
lt—定子铁芯长度,m;
K2—经验系数,查参考【2】P164表3-10,K2=5.2
则:
.39(t·㎡) GD5.29.71432.56793815223.5
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:SF247.42336/1073.12,水轮发电机参数计算结果见表5-1:
表5-1 SF247.42336/1073.12型水轮发电机参数表
六、绘制发电机外形尺寸图