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目 录 1

前言 1

第一章总论 1

第一节概述 1

第二节基本技术数据及要求 16

一、额定容量SN 16

二、额定电压UN 16

三、额定功率因数cos？N 16

四、额定转速nN 17

五、飞逸转速nr 18

六、飞轮力矩GD2 18

七、机械（或惯性）时间常数Tmec 19

八、短路比Kc 21

九、直轴瞬变电抗X′d 21

十、调相容量及充电容量 22

十一、阻尼绕组 23

十二、励磁系统 24

十三、冷却方式 24

第三节安装结构型式选择 25

一、卧式机组轴承布置 25

二、悬式和伞式 26

三、悬式和伞式的适用范围 28

四、全伞式机组稳定计算 28

第一节主要尺寸选择 29

第二章电磁设计 29

一、极距τ的选择 30

二、定子铁心长度lt的确定 35

第二节电负荷的选择 36

第三节定子绕组型式的选择 37

第四节定子槽数的选择 38

一、按槽电流和电负荷选择槽数 38

二、绕组对称 40

三、每极每相槽数 40

四、硅钢片合理剪裁 50

五、对定子扇形片的叠装要求 54

第五节定子绕组接线 55

六、对定子绕组连接线的影响 55

一、标准相带分数槽双层波绕组接线 56

二、大小相带分数槽双层波绕组接线 59

三、单层波绕组接线 65

四、双层分数槽的绕组系数计算 67

第六节定子槽形 83

一、槽形尺寸 83

二、槽绝缘结构 84

第七节气隙长度选择 100

第八节磁极铁心各部尺寸的选择 100

一、极弧系数ap 100

五、极身宽度bm 101

四、极身高度hm 101

三、极靴高度hp 101

二、极靴宽度bp 101

第九节阻尼绕组尺寸的选择 102

一、阻尼条节距t2 102

二、阻尼条直径dB 103

三、阻尼环尺寸 103

四、实心磁极 103

第十节磁路计算 104

一、磁路计算原则及要点 104

二、各部磁通密度的选择 104

三、空载特性计算 105

第十一节负载磁动势计算 106

一、图解法 107

二、用功率特性曲线求取负载磁动势及运行特性 107

第十二节励磁绕组尺寸的确定 109

一、励磁绕组铜线总高度hcu 109

二、励磁绕组裸铜排的高度af和宽度bf 109

三、励磁绕组每极匝数Wf 109

四、励磁绕组绝缘结构 112

第十三节参数及时间常数 112

一、参数标么值 112

二、时间常数 113

第十四节突然短路电流和电磁转矩计算 115

一、突然短路时的电流 115

三、主要参数的影响及典型数值 115

二、突然短路电流计算公式 117

三、突然短路时的电磁转矩 117

第十五节损耗与效率 119

一、效率 119

二、损耗 121

第十六节外型尺寸估算 124

一、定子机座外径Dj 124

二、发电机机坑直径Djk 124

三、下机架跨距Ds 124

四、负荷机架高度 124

五、定子机座高度h2 124

二、转子重量 125

第十七节重量估算 125

一、总重量 125

第十八节电磁计算程序 126

第三章定子结构与计算 179

第一节机座 181

一、机座主要尺寸的初步确定 181

二、带铁心机座的刚度校核 182

三、机座焊接与加工 186

第二节定子铁心 191

一、扇形冲片 191

二、通风槽片 195

三、定位筋、托块、拉紧螺杆及齿压板 196

四、定子齿压板与拉紧螺杆的计算 200

五、定位筋、托块焊缝应力计算 204

六、定子铁心与机座热膨胀作用力计算 208

七、定位筋焊接工艺 212

八、定子铁心装压 215

第三节定子线圈 218

一、条式定子线圈计算 218

二、双层叠绕组定子线圈计算 226

三、定子线圈绝缘 242

四、线圈的电晕、电腐蚀及其防止 248

五、绕组固定 253

六、线圈端部绝缘距离 260

七、短路时绕组间的作用力 261

第四节绕组接头 264

一、直并头套连接 264

二、斜并头套连接 266

三、极间连接线 266

四、线棒端部与铜环引线的连接 268

五、绝缘盒 268

第五节铜环引线 270

一、铜环截面尺寸的确定 270

二、铜环连接 277

三、出线方式与铜环布置 278

四、铜环紧固件 281

第六节定子测温装置 284

五、铜环绝缘 284

一、定子基础件 285

第七节定子基础板与基础螺杆 285

二、螺栓、销钉及基础螺杆的强度计算 286

三、基础压应力 288

第八节定子事故 288

第四章转子结构与计算 289

第一节转轴 289

一、转轴的结构型式和选择原则 289

二、转轴材质 291

三、转轴结构尺寸的确定及对其加工要求 292

四、转轴强度计算 297

六、转轴的临界转速计算 299

五、转轴的挠度计算 299

第二节转子支架 306

一、转子支架的结构型式 306

二、转子支架结构设计 306

三、转子支架的焊接 312

四、转子支架加工 315

五、转子支架计算 315

第三节转子磁轭 346

一、结构型式 346

二、扇形叠片磁轭装配的结构设计 346

三、扇形磁轭冲片的叠片方式 354

四、扇形叠片磁轭的固定 360

五、磁轭的强度计算 361

第四节磁极 367

一、磁极固定方式 367

二、磁极的结构设计 367

三、磁极的应力计算 385

第五节集电装置 401

一、集电环 401

二、电刷装置 401

第五章推力轴承结构与计算 405

第一节推力轴承的分类 405

一、按支承结构划分 405

二、按油循环冷却方式划分 413

三、按推力瓦冷却方式划分 417

第二节推力轴承的润滑计算 418

一、扇形瓦推力轴承润滑计算 418

二、推力轴承的润滑参数 423

第三节推力轴承的支承结构 427

一、刚性支承 427

二、弹性油箱 428

三、平衡块 436

第四节推力轴承的循环冷却 438

一、内循环 438

二、外加泵外循环 443

三、镜板泵外循环 447

一、推力轴瓦 456

四、润滑油 456

第五节推力轴承的主要结构部件 456

二、镜板 464

三、推力头 466

四、托盘 468

五、绝缘垫 469

第六节推力轴承的油密封 470

一、油槽盖密封 470

二、阻旋装置 470

三、气囱 471

四、挡油管密封 471

二、油压顶起减载装置 474

一、起动和停机的注意事项 474

第七节推力轴承的使用 474

第六章导轴承及座式轴承结构与计算 478

第一节概述 478

第二节结构型式和应用范围 478

一、具有单独油槽的导轴承 478

二、与推力轴承合用一个油槽的导轴承 478

三、楔子板式导轴承 480

第三节导轴承的设计要点和润滑计算 480

一、导轴承的设计要点 480

二、导轴承的润滑计算 480

四、座圈 488

三、套筒 488

五、滑转子 488

一、导轴承瓦 488

第四节导轴承的主要结构部件 488

二、导轴承支柱螺钉 488

六、油冷却器 491

第五节座式滑动轴承 498

一、结构型式 498

二、润滑方式和润滑油 499

三、滑动轴承承载能力 502

四、润滑计算 503

第一节机架的结构 507

一、机架的结构型式与分类 507

第七章机架结构与计算 507

二、机架的主要结构部件 510

三、机架的适应变形结构 511

四、对机架的制造工艺要求 515

第二节负荷机架的计算 516

第八章通风冷却与热计算 522

第一节水轮发电机的冷却方式 522

第二节水轮发电机的通风系统 522

一、开启式自通风系统 522

二、管道式通风系统 523

三、闭路自循环通风系统 523

第三节水轮发电机的通风计算 528

一、简易通风计算 528

二、水轮发电机通风计算 531

第四节通风元件的选择 545

一、风扇 545

二、转子磁轭风沟 569

三、定子径向风沟 569

四、转子盖板 569

五、挡风板 572

第五节通风损耗 573

第六节水轮发电机的热计算 573

一、定子各部分温升计算 574

二、考虑负序电流影响时励磁绕组和阻尼绕组的温升计算 577

一、空气冷却器 584

第七节空气冷却器与暖风窗装置 584

二、暖风窗 601

第九章内部冷却水轮发电机的设计问题 608

第一节概述 608

一、水轮发电机的极限容量 608

二、内部冷却水轮发电机的发展概况 609

三、内部冷却水轮发电机的经济性 613

第二节水内冷水轮发电机的设计特点 615

一、水内冷水轮发电机的利用系数 615

二、发电机几何尺寸、主要参数与损耗之间的关系 615

第三节水内冷水轮发电机定、转子绕组的热计算 620

一、定子绕组的热计算 620

二、转子绕绕组的的热计算 622

一、定子绕组的流体阻力计算 623

第四节水内冷水轮发电机定、转子绕组的流体阻力计算 623

二、转子绕组的流体阻力计算 624

第五节水轮发电机转子绕组加强空气冷却 625

一、转子绕组采用加强空气冷却的主要方式 626

二、内部加强通风冷却的散热效果 629

第六节水内冷水轮发电机结构设计 631

一、水内冷水轮发电机总体结构 631

二、水内冷水轮发电机定子线圈的结构设计 631

三、水内冷水轮发电机转子线圈的结构设计 642

四、定子铁心的水冷结构 646

七、转子进、出水装置 650

六、定子绕组的端部固定 650

五、定子铁心压板的水冷结构 650

八、转子水路系统 654

九、绝缘引水管 654

十、水接头 657

十一、转子的测温装置 662

第七节冷却水循环系统 662

第八节水冷线圈的制造要点及运行与维护 666

一、水接头的焊接 666

二、对定子线圈的水压、流量和渗漏检查 666

三、对转子线圈的水压、流量和渗漏检查 667

四、空心导线的腐蚀及其防止 668

五、对水质的要求 669

第一节概述 670

第十章贯流式水轮发电机结构与计算 670

第二节贯流式水轮发电机的类型和特点 671

一、分类 671

二、特点 675

第三节灯泡贯流式水轮发电机的电磁设计 675

一、灯泡比的确定 675

二、主要尺寸和电磁负荷的确定 676

三、额定电压的选择 677

四、额定功率因数cos？N和气隙长度δ 677

五、飞轮力矩GD2和机械时间常数Tmec 680

六、定子槽数的选择 680

第四节灯泡式水轮发电机的结构设计 680

一、总体布置 680

二、灯泡式水轮发电机的主要结构部件 684

第五节灯泡式水轮发电机的通风冷却与热计算 692

一、通风系统 692

二、通风结构 693

三、增压冷却 694

四、通风散热计算 697

第六节励磁和辅助设备 704

一、励磁方式选择 704

二、制动方式 705

三、灭火方式 705

第七节安装和维护 705

一、安装 705

二、维护 706

二、三相凸极式永磁发电机电磁计算程序 707

一、三相凸极式永磁发电机 707

第十一章水轮发电机的辅助设备 707

第一节永磁发电机 707

三、单相感应式永磁发电机 716

四、单相感应式永磁发电机电磁计算程序 716

五、永久磁钢 725

第二节制动系统 726

一、制动器 729

二、电制动 732

第三节灭火系统 737

第四节油、水管路系统 740

第五节电缆及测温元件 740

三、气量 747

二、水量 747

一、油量 747

第六节油量、水量和气量的确定 747

第十二章水轮发电机安装 749

第一节安装程序 749

一、悬式和伞式水轮发电机的分装配及预装配 749

二、悬式水轮发电机的一般安装程序 749

三、伞式水轮发电机的一般安装程序 750

第二节定子装配 751

一、定子组合工艺及要求 751

二、分瓣定子合缝下线 752

三、定子线圈接头焊接 754

四、定子绕组接头连接处的绝缘处理 755

六、在工地叠片和下线的定子 756

五、定子绝缘介电强度试验 756

第三节转子装配 757

一、轮彀套装 757

二、轮臂连接 759

三、磁轭装压 759

第四节机架组合 762

第五节轴瓦研刮 762

一、推力瓦的研刮 762

二、导轴承瓦的研刮 763

第六节定、转子起吊 763

一、定子起吊 763

第七节发电机总装 764

二、转子起吊 764

一、定子安装 765

二、转子安装 765

三、机架安装 766

四、推力轴承的安装 767

五、机组轴线的测量及调整 768

六、推力轴承调整受力 774

七、机组中心的调整 777

八、导轴承瓦间隙的确定 777

第八节水轮发电机的动平衡 778

一、概述 778

二、校动平衡的方法 778

一、轴承座的安装及轴瓦的研刮 782

第九节卧式水轮发电机的安装 782

二、定子和转子的安装 784

三、轴线测量及调整 787

四、轴瓦各部分间隙的测量及调整 790

第十三章水轮发电机试验 793

第一节试验项目 793

第二节绕组对机壳及其相互间绝缘电阻测定 794

第三节绕组在实际冷却状态下直流电阻的测定 795

第四节电枢绕组绝缘直流介电强度试验与泄漏电流测量 796

第五节电机绕组绝缘交流介电强度试验 797

第六节电机绕组匝间绝缘介电强度试验 799

第七节定子铁损试验 800

第八节 空载特性测定 802

第十节轴承温度测定 803

第九节三相稳态短路特性测定 803

第十一节轴承绝缘电阻测定 804

第十二节轴电压测定 804

第十三节效率及损耗测定 805

一、间接法——损耗分析法 805

二、惰转法 806

三、量热法 807

第十四节温升试验 808

第十五节短时过电流试验 811

第十六节额定励磁电流和电压变化率测定 811

第十七节电压波形正弦性畸变率和电话谐波因数（THF）的测定 813

一、空载短路特性作图法求直轴同步电抗Xd和短路比Kc 814

第十八节水轮发电机参数测定 814

二、定子漏抗Xσ 815

三、零序电抗X0 816

四、负序电抗X2 817

五、低转差法求直轴同步电抗Xd及交轴同步电抗Xq 818

六、反励磁试验求交轴同步电抗Xq 819

七、静测法求直轴超瞬变电抗X″d和交轴超瞬变电抗X″q 819

八、三相突然短路试验求X′d、X″d、T′d、T″d、Ta和Iamax 821

九、电压恢复试验求X′d、X″d及T′d0 823

十、空载－短路特性、零功率因数过励法求保梯电抗Xp 824

第十九节电压波形的谐波数学分析法 824

一、高压电机带电测温 827

第二十节带电测温 827

二、低压电机带电测温 830

第二十一节超速试验 831

附录 832

1 一些国家的水能资源和开发情况 832

2 水轮发电机基本技术条件（JB861-82） 833

3 水轮发电机大部件运输 840

4 次谐波引起的电磁振动计算公式 844

5 空载电压波形畸变率计算 852

6 电话谐波因数（THF）计算 857

7计算弦长用的数据表 860

参考文献 870