[科普中国]-水轮发电机转动惯量

水枪发电机转动惯量是发电机转动部分的重tG与其惯性直径D平方的乘积，用 GDZ表示，也称为转动部分的飞轮力矩。水轮发电机组的转动惯量主要取决于磁轭和磁极。水轮发电机的转动惯量包括水轮发电机转子、飞轮及汽(水轮机)转动部份的惯量。

水轮发电机转动惯量简介水轮发电机转动惯量rotational inertia of hydrogenerator shullun fodlonl一zhuondong guonl旧ng水轮发电机转动惯.(rotational inertia of hydrogenerator)转动惯量表明电力系统出现大干扰时，水轮发电 机组转动部分保持原来运动状态的能力，所以对电力 系统的暂态过程和动稳定有很大影响。转动惯t对水 轮机调节保证计算也有很大影响，转动惯t大，机组甩 负荷后的转速上升率如保持一定值，则可允许较大的 压力上升率，从而可以减小引水钢管直径或允许增加 钢管长度，甚至不设调压井.但增大转动惯t将增加发 电机重量和造价，也延长了机组的起动时间。 当水轮发电机基本尺寸确定后，转动惯量GDZ值 可按下列经验公式计算 GDZ=kD户·”1. 式中D为定子铁芯内径，m‘l:为定子铁芯长度，m;h 为经验系数，一般可按表选取。 经脸系傲裹 ┌────────┬────┬────┬────┐ │机纽转迫(r/成.) │375 │ ├────────┼────┼────┼────┤ │经玻系狱《k) │5 .2~5.5│5.1~5。3│4.5~5.0 │ └────────┴────┴────┴────┘ 大容量低转速水轮发电机组的转动惯t最大已达 450000 tf·mZ(4410 kN·mZ)

转动惯量转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度，用字母I或J表示。在经典力学中，转动惯量（又称质量惯性矩，简称惯距）通常以I或J表示，SI 单位为 kg·m²。对于一个质点，I=mr²，其中 m 是其质量，r是质点和转轴的垂直距离。转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系。

其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动惯量不同，可分别用于测量微小电流（检流计）或电量（冲击电流计）。在发动机叶片、飞轮、陀螺以及人造卫星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的。

转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。形状规则的匀质刚体，其转动惯量可直接用公式计算得到。而对于不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般通过实验的方法来进行测定，因而实验方法就显得十分重要。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。

水轮发电机水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时1，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。

水轮发电机由水轮机驱动。它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。

柴油发电机由内燃机驱动。它起动迅速，操作方便，但发电成本高，主要用作应急备用电源，或在大电网没有达到的地区和流动电站使用。容量多在几千瓦至几千千瓦之间。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，须防止共振和断轴事故。

水轮发电机转动惯量应用水轮发电机转动惯量及惯性时间常数较小，故机组甩负荷时的转速上升率月值较大，一般大于45%，飞逸转速可达额定转速的2.5一3.5倍。

水轮发电机转动惯量与同容量立式水轮发电机相比，水轮机的转轮直径可缩小，因此灯泡式机组额定转速可提高1。%以上.发电机内径可减少25%以上，整个机组的重量(包括水轮机)可减轻25%，是较经济合理的一种机型，多用于工作水头范围为3一25m的低水头水电站。灯泡比定子机座外径与水轮机转轮外径的比值称为灯泡比。

它是灯泡式水轮发电机组的一个重要特征参数，通常取0.9一1.2。灯泡比过大将使水轮机的水力特性变坏2，机组效率降低;灯泡比过小将使铁芯长度增加，转动惯量减小，甩负荷时转速上升率增大，对通风散热不利。冷却方式灯泡式机组由于转速低、直径小、定子铁芯长度大，采用常规的自然通风冷却方式很难满足要求，因此需要采用带有风机的强迫循环轴向或轴、径向通风冷却方式。

此外.还可采用定子铁芯贴壁冷却或增压冷却。贴壁冷却是定子铁芯采用贴壁结构.利用水流带走灯泡体散发的热量。增压冷却是在灯泡体内充压，增强散热能力.可提高机组的综合效率和降低灯泡比.但需增设充压设备和提高泡体的密封性能，并对运行人员进人泡体内检查维护带来不便。

电力系统的转动惯量包括发电机和电动机及其拖动的转动机械的惯量。发电机的转动惯量只是指发电机转子、飞轮及汽（水轮机）转动部份的惯量。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所