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大型灯泡式水轮发电机设计研究
马云锦
（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040）
科技论坛
摘要：大型灯泡式水轮发电机是水利工程中经常会用到的大型仪器设备，对都动力发电做出了巨大的贡献，将自然资源转换为了电力资源，为人类的生产生活带来了方便。本文就这种大型的灯泡式发电机设计做了论述，从电硅设计、电压选择、通风设计以及总体的布面给予了详细的研究。
关键词：灯泡式；水轮发电机；设计参数；电磁设计；通风冷却
1大型灯泡式水轮发电机概述
灯泡式机组是贯流式机组中应用最广泛的一种型式。鉴于这种机组的特点.容量在10000KW以上或水轮机转轮直径在5m以上的机组-般即可称为大型机组。大型数灯泡式机组是由卡普兰水轮机及与其直
电压可能是比较经济。
Uv-VS(KV)
式中Sx是发电机额定容量MVA。值得指出的是，若定子铁心内径
Di、并联支路数α、每槽导体数Ns不变，要使U提高一倍，则1大约需
接连接的同步发电机所组成。整个机组做成具有梨状流线型外壳称为灯泡并全部漫人河水中，压力水绕过灯泡外壳，通过锥形导叶直接作用
要增加50%。
于水轮机转轮奖叶带动发电机发电。大型灯泡式机组的发展关键是发电机的设计。
2电磁设计
发电机的电磁设计首先是要选择一个合适的设计方案，然后再通过计算确定发电机的热负荷、电磁负荷以及尺寸大小。其中的尺寸大小是有明确要求的，与常规的电磁设计有多区别，是通过电机参数和执行程序来决定的。通常的情况下，灯泡式发电机采用的是强迫密闭循环通风的方式，电磁变化参数范围较案，风量不够就通过外加风机给予通风，换气，因此.热负荷对于电磁设计影响并不大，受温度的干扰程度也很小。所以在电磁设计中.温度和热负荷可以忽略不计，但是在单独的散热通风系统中还是要计算的
定子铁心内径D和铁心有效长度1,是发电机的主要尺寸。常规机设计时,首先利用电机利用系数C的关系式：
S D,1, n
式中：一领定转速：S一发电机额定容量。确定D、值然后再考惠二者的分配。对于高速发电机以及巨型中速发电机D受转子、离心力的制约。对于低速发电机,D则以满足达到要求的GD值来选择即DL是综合在一起考患的
灯泡式发电机就不遵循上述的规则，在确定发电机尺寸的时候，最先确定的是外径，然后在考虑内径对发电机的影响，最后再确定1的参数和电磁负荷的大小。这么做的原因是考虑到水轮机转轮的直径与灯泡式发电机的定子机座外径之间的因素。对于一个发电机的机座来说，外径的大小与发电机的稳定性有极大的关系，而水轮机转轮直径的大小与其产生的动力多少有关系，因此，发电机的发电功率和机组的工作性能同时受这两个因素的限制。选择了外径后，内径也就相应的确定下来了，再确定！值就可以。另外，通风方式对灯泡式发电机电磁设计也会有影响，比如在轴向通风中，定子齿轮中间有专门的通风槽通风，这就使得换热性能更好一些。
3电压的选择设计
造厂对于电压的选择是一件头疼的事情。站在用户的角度考虑，较高的电压有利于油开关和变压器等配套设施的布置和安装，但是这和生产厂家的设计理念不服，厂家主要注重的是安全，以此为前提，然后考虑发电机的经济运行效益和合理的电流设计。按照物理学上的选择标准，对于同转速和同容量的灯泡式发电机，尽可能的选用相应的低电压。
这么做的理由：绕组集中布置，伴有并联支路的定子绕组，这就使得电压变得更低一些，也减少了单边磁拉力；多匝叠绕组会提升电压值，所以为了发电机的检修方便，厂家会选择条式波绕组，不仅为检修提供方便，还能提高发电机的可靠运行性能；发电机工作的环境通常是在水下，为了安全考虑，易使用低电压，且工作环境的温度较低和湿度较大，绕组的绝缘性质会受到破坏，使金属丝直接与水环境接触，低电压不易发生危险；发电机设计的直径和定子槽数都是一定的，没有办法改变太多，这就使得转子承担的电磁负荷能力较低，工作时能提供的电压值有限。所以，综合考虑，灯泡式发电机比较适合选用低电压运作。
一般生产厂家会考虑用并联支路的波绕组，按照公式计算出额定
4通风冷却设计
发电机通过自身配置来通风散热是满是了要求的，因为转子的转速低、直径小，使得转子的圆周速度低，没有办法达到散热通风的最佳效果，所以.在通风设计中，密闭强追循环通风方式是最常用的方法。包括三种方式：其一，径向通风方式；其二，轴向通风方式，在定子的铁心齿处设计一此通风雨道，比如转子极间间、气隙和通风槽等；其三，轴向和径向混合通风方式，对于大尺寸、大功率的容量发电机比较适用，比如铁心长度超过1400mm的发电机，如果采用单独的一种通风很有可能造成局部热量积压，引起设备的损坏，两者混合使用，可以有效缓解温度积压的情况。
5结构总体布置设计
5.1灯泡体的布置方式。灯泡式机组总体布置与水力条件和安装方式有关。从水力条件看，灯泡体布置在上游侧较好
5.2轴承布置方式。灯泡式发电机组轴承布置方式与容量和转速有关。通常有三种方式：
其一，机组有两个径向轴承，一个安装在水轮机一侧，另外一个安装在发电机的转子下游一侧。作为主力推动的轴承安装在了发电机转子下游一侧时，要满足设计要求，按照公式计算推理能否达到设计的要求：Di
≥3.2 i
满足这个要求，发电机会有一些变化，比如悬臂受力不均而使转子倾斜，为了达到转子和定子同心圆运动，降低单边磁拉力影响，定子和转子的铁心要进行倾斜率的计算，然后按照计算倾斜的角度来安装配件，以使发电机的转子和定子周围的空隙能够均匀分配
其二，机组有两个径向轴承，与上述安装的方式相同，只是将发电机转子下游侧的轴承换到了上游一则，使得推理轴承安装在了发电机转子的上游一侧，其余的设计参数和依据都和上述一样
其三，设计的机组有三个径向轴承，每一个轴承的安装部位都不一样，在水轮机一侧安装一个，在发电子转子上游一侧安装一个，在发电机转子下游一侧安装一个，这样就构成了一个完成的动力系统，便得具有主推力的轴承结合到了发电机转子的下游一则，增加了发电机的运行速度和功率，比较适合高强度、大容量的发电机组工作。
5.3安装方式。灯泡式发电机安装方式和总体布置与安装程序有关灯泡式机组安装方式有二种：一是只设有水轮机安装孔道,发电机由水轮机侧吊人安装；二是发电机与水轮机分设安装孔道.分别安装。人型灯泡式机组通常采用第二种方式。
发电机的安装方式也有二种：一是大成套整体安装，即发电机的定、转子和机架在安装间组装后整体吊人流道与水轮机联接；二是分装方式即先装转子再套人定子的方式，这种方式可减小电站起重设备容量降低成本。
参考文献
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[2]季昆仑.浅读灯泡流式水轮发电机组安装的监理J科技信息2012 21)