Этап 6. Формулирование требований к гидрогенератору

Для проектирования генератора, который будет работать в составе гидроагрегата совместно с выбранной турбиной, необходимо задать требуемую частоту вращения (число полюсов для синхронного генератора), номинальную мощность, требующуюся величину махового момента его вращающихся частей. Следует также оценить осевую гидравлическую и весовую нагрузку от турбины, которая должна будет восприниматься подпятником агрегата (обычно подпятник входит в комплект поставки генератора).

Кроме того, необходимо указать величину разгонной частоты вращения турбины, которая определяет расчетные по прочности нагрузки генератора.

6.1. Номинальная частота вращения генератора

Номинальная частота вращения генератора принимается равной назначенной частоте вращения турбины, поскольку для крупных агрегатов не предусматривается установка редуктора или мультипликатора между турбиной и генератором.

Разгонная частота вращения задается соотношением:

n _разг = k _разг * n _синх , (6.1)

где - k _разг принимается равным 1,8 – 2,0 для РО турбин и 2,1- 2,4 для ПЛ и ДПЛ.

6.2. Номинальная активная мощность генератора

Номинальная активная мощность генератора определяется в виде:

N_ген = N_т* h_ген , (6.2)

где значением h_ген можно задаться в пределах 0.975 – 0.98.

В реальных условиях заданной обычно бывает номинальная мощность генератора, а в зависимости от его КПД рассчитывается требуемая мощность турбины.

Полная мощность генератора рассчитывается по формуле:

S _ген = N_ген / Cosφ (кВА) , (6.3)

значение Cosφ обычно принимается равным 0,8.

6.3. Вес ротора генератора и маховой момент

Вес ротора генератора и его маховой момент на этой стадии могут быть приближенно оценены по эмпирическим соотношениям.

Диаметр расточки статора:

D _{вн. статора} = 2.6 * (S _ген) ^0.25 *(n _синх) ^0.33 (м) . (6.4)

Вес ротора генератора:

G _рот = 0.8 * (D _{вн. статора} - 1) (мН). (6.5)

Маховой момент инерции ротора генератора:

GD² = 10*(S _ген) ^0.8 *(n _синх) ^-1.2 (мНм²). (6.6)

6.4. Осевое усилие

Осевое усилие на подпятник агрегата складывается из трех основных составляющих: веса ротора генератора G _рот, веса рабочего колеса и вала турбины G _т и осевого гидравлического усилия на рабочем колесе P_оc^гидр.

P_оc = G _рот + G _т + P_оc^гидр . (6.7)

Вес рабочего колеса с валом турбины можно оценить по эмпирической зависимости в виде:

G _т = k_G *(D₁)^α *(Н _max)^β (мН). (6.8)

Таблица 8

	kG	α	Β
ПЛ	0,0025	2,5	0,5
ДПЛ	0,003	2,5	0,5
РО	0,018	2,3	0,1

Гидравлическое осевое усилие на рабочем колесе ПЛ и ДПЛ:

P_оc^гидр = k_ос *(D₁² - d _вт ² ) *Н _max (мН). (6.9)

Гидравлическое осевое усилие на рабочем колесе РО:

P_оc^гидр = k_ос *D₁² *Н _max (мН). (6.10)

Таблица 9

Тип турбины	ПЛ10 - ПЛ30	ПЛ40 - ПЛ70	ПЛД50 – ПЛД70	ПЛД90 – ПЛД170	РО45 – РО500
kос	0,0067	0,0071	0,0056	0,0048	0,003-0,001

Для РО турбин меньшие значения k_ос принимаются для больших напоров.