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第1篇 水轮发电机结构与设计1

第1章 水力发电1

概述1

水力发电2

水能及其转换2

水力发电及其特点3

水电站及其设备4

水电站的分类4

水电站厂房5

水电站设备5

第2章水轮发电机工作原理7

概述7

电机基本工作原理7

电机磁路8

水轮发电机的工作原理8

水轮发电机励磁系统9

励磁系统的基本结构9

励磁方式10

第3章 水轮发电机的基本技术数据12

规格数据12

额定容量（SN）12

额定电压（UN）12

额定功率因数（cosψN）12

额定转速（nN）和飞逸转速（ny）13

电磁参数14

直轴瞬变电抗X′d和直轴超瞬变电抗X"d14

短路比KC15

机械参数15

飞轮力矩（GD2）15

机械（惯性）时间常数（Tmcc）和储能常数（H）16

第4章 水轮发电机主要尺寸与经济性17

发电机主要尺寸与额定功率及转速的关系17

水轮发电机主要尺寸比与尺寸的确定18

主要尺寸比18

主要尺寸的确定18

第5章 水轮发电机结构型式与分类20

水轮发电机结构型式20

水轮发电机的分类20

立式与卧式20

空冷与内冷21

常规与非常规21

水轮发电机总体布置22

卧式机组轴承布置22

立式机组轴承布置23

悬式和伞（半伞）式结构的判断与稳定性29

悬式和伞（半伞）式结构的判断29

全伞式机组稳定性30

第6章 定子31

概述31

定子机座31

机座结构类型32

机座结构设计32

定子铁心39

铁心冲片39

通风槽片44

铁心固定47

铁心设计53

定子绕组60

绕组的构成原则60

绕组的基本要求60

绕组型式及选择61

绕组换位63

绕组绝缘70

绕组设计76

定子装配89

绕组连接89

绕组固定106

铜环引线113

定子基础部件121

第7章 转子124

转子结构特点与要求124

磁极125

磁极固定126

磁极铁心127

磁极线圈134

阻尼绕组145

垫板与弹簧151

磁极键151

磁极部分计算152

转子体162

整体结构转子体162

组合结构转子体163

转子磁轭与支架配合紧量186

风扇187

风扇结构要求187

风扇结构和类型187

轴195

轴基本要求及其受力195

轴结构及其连接196

轴尺寸确定及计算198

滑环与电刷装置204

滑环204

电刷装置207

第8章 轴承209

轴承分类209

卧式电机轴承209

座式滑动轴承结构型式及尺寸确定209

座式滑动轴承油润滑方式210

润滑方式及润滑油选择211

座式滑动轴承承载及计算211

立式电机轴承212

推力轴承212

导轴承236

轴承油循环冷却系统241

推力轴承油循环冷却系统241

导轴承油循环冷却系统250

轴承油密封251

油槽盖密封251

挡油管密封252

轴承高压油顶起装置254

工作原理255

油室压力和油量255

油室直径和油膜厚度257

环形油室和多油室258

油泵压力选择258

高压油顶起计算258

轴承润滑计算260

推力轴承润滑计算260

导轴承润滑计算263

轴承用润滑油264

油冷却器266

油冷却器类型266

油冷却器结构及其要求267

轴电流268

第9章 机架270

机架受力及其要求270

机架受力270

机架结构要求270

机架结构型式271

辐射型机架271

井字形机架272

桥型机架272

斜支臂机架272

多边形机架273

三角（△）环形机架273

机架主要结构部件275

中心体275

支臂275

合缝板277

千斤顶277

千斤顶受力277

千斤顶结构278

机架尺寸的选择与计算279

机架尺寸选择279

负重机架挠度、刚度和应力计算279

第10章 辅助装置283

灭火装置283

灭火方式283

水灭火系统285

水灭火系统设计286

不同灭火系统应用286

制动装置（系统）287

制动方式287

制动系统288

制动器289

不同制动方式应用292

制动器计算292

测温装置294

测温部位和测温数量294

测温元件294

测温系统297

油、水管路系统298

轴电流监测装置298

粉尘收集装置299

空间加热装置299

第11章 通风冷却与发热300

通风系统300

通风系统分类300

立式水轮发电机典型通风系统风路结构305

水轮发电机通风系统论述306

水轮发电机通风计算318

冷却与发热计算323

水轮发电机冷却方式323

水轮发电机发热计算325

空气冷却器及暖风装置331

空气冷却器331

暖风装置338

第12章 内冷却水轮发电机341

极限容量与冷却方式341

内冷却水轮发电机343

内冷（水冷）却水轮发电机的经济性343

内冷（水冷）却水轮发电机的设计特点344

水内冷水轮发电机346

蒸发冷却水轮发电机361

水轮发电机转子绕组强迫通风冷却367

转子绕组散热冷却的主要途径367

转子绕组强迫通风冷却结构367

转子绕组强迫通风冷却计算370

第13章 发电电动机372

抽水蓄能电站372

发电电动机特点375

双向旋转375

频繁启、停375

专门启动措施375

复杂过渡过程375

制造难度大375

发电电动机结构376

总体布置376

定子376

转子378

推力轴承379

通风冷却系统382

带有风机的轴—径向通风系统382

磁轭径向通风系统384

可变速发电电动机384

变极式变速发电电动机384

可调式变速发电电动机386

发电电动机启动方式388

选择启动方式的因素388

启动方式389

启动方式综合比较397

发电电动机启动与停机397

发电工况的启动与停机397

电动机（水泵）工况的启动与启动试验398

抽水蓄能机组工况转换400

抽水蓄能机组工况转换种类400

抽水蓄能机组工况转换401

第14章 贯流式水轮发电机403

贯流式水电站403

贯流式水电站的型式403

贯流式水电站特点405

贯流式水轮发电机发展概况406

灯泡贯流式水轮发电机主要技术问题408

灯泡比408

发电机额定电压409

发电机功率因数409

通风冷却409

飞轮力矩（GD2）和惯性时间常数（Tmcc）409

灯泡贯流式水轮发电机结构410

总体布置410

定子414

转子417

轴承417

锥体420

灯泡头420

辅助装置421

灯泡贯流式水轮发电机通风冷却421

通风方式422

冷却形式423

冷却结构426

风机和冷却器布置428

增压冷却429

水内冷却结构429

二次循环冷却与冷却套430

二次循环冷却430

冷却套431

冷却套散热及计算431

通风和热计算433

潮汐电站433

潮汐能源特征433

潮汐能源434

潮汐能源的开发434

潮汐发电机组435

第2篇 水轮发电机启动、停机与运行437

第15章 水轮发电机启动与停机437

启动前检查437

安装质量检查437

清洁检查437

间隙检查437

轴承油槽检查437

油循环系统检查437

制动系统检查437

管路检查438

接线检查438

集电环、电刷检查438

密封检查438

润滑油油质检查438

转动部件检查438

通风系统检查438

监测系统检查438

内冷却发电机检查438

启动应具备的条件438

水轮发电机启动试验439

水轮发电机停机及停机后检查440

停机过程中检查440

停机后的检查和调整440

第16章 水轮发电机空载与带负荷试验441

水轮发电机空载试验441

发电机三相短路试验441

发电机定子绕组直流耐压试验441

发电机空载升压试验441

机组过速试验442

水轮发电机组带负荷试验442

水轮发电机组并入系统试验442

水轮发电机组带负荷试验443

水轮发电机组甩负荷试验443

水轮发电机组调相运行试验444

水轮发电机组进相运行试验445

水轮发电机组最大出力试验445

水轮发电机组72h带负荷连续试运行和30天考核试运行445

第17章 水轮发电机运行447

水轮发电机正常运行447

电磁功率（输出功率）与功率角关系447

水轮发电机并联运行449

水轮发电机安全运行极限456

电压变化与水轮发电机运行状态关系458

外部阻抗对水轮发电机运行的影响459

水轮发电机运行特性459

空载特性460

短路特性460

零功率因数负载特性461

利用零功率因数曲线和空载曲线确定定子漏抗和电枢反应磁势463

外特性463

调整特性464

发电机的同步电抗和短路比465

用电势—磁势图求取额定励磁电流和电压变化率466

效率特性与损耗467

水轮发电机特殊运行470

进相运行470

调相运行480

调峰运行481

调频运行481

不对称运行482

水轮发电机的不正常运行488

发电机的电压过高或过低488

发电机频率波动489

发电机失磁489

发电机温度过高491

发电机的振动与响声492

第3篇 水轮发电机监测、维修与增容改造493

第18章 水轮发电机使用与维护493

水轮发电机使用条件493

水轮发电机的维护493

日常维护的要求493

主要部件的日常维护494

预测性维护495

第19章 水轮发电机监测和诊断501

状态监测和诊断501

监测和诊断手段501

维修策略501

离线和在线监测502

离线状态监测502

数据采集器503

在线状态监测504

第20章 水轮发电机检修513

水轮发电机检修的必要性及其分类513

机组检修的必要性513

机组检修的分类及其内容513

水轮发电机主要检修项目514

定子514

转子516

推力轴承518

导轴承518

油冷却器518

制动器519

空气冷却器519

挡风板519

第21章 水轮发电机增容改造521

水轮发电机增容改造目标、原则和条件521

增容改造目标521

增容改造原则521

增容改造条件522

水轮发电机状态评估522

水轮发电机使用寿命期522

水轮发电机状态评估方法523

水轮发电机增容改造途径523

增容改造可行性523

增容改造途径524

增容改造后核算526

水轮发电机增容改造实施与效果527

增容改造实施527

增容改造效果528

附录1三峡水电站左岸厂房发电机简介530

附录2常用工业材料的物理性能534

附录3国内外部分大容量水轮发电机参考总图536

参考文献550