一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，包括風輪、發(fā)電機、主機架和塔筒，所述的風輪由葉片與輪轂通過變槳軸承連接組成，在所述輪轂周圍安裝由多根桿狀導體構成的導電網(wǎng)架。輪轂后側有電氣接地結構，并相對于輪轂旋轉軸線靜止。導電網(wǎng)架中導體末端與葉片根部導電環(huán)之間存在火花隙，導電網(wǎng)架與電氣接地結構之間存在火花隙。本實用新型通過在相對轉動導體間建立火花隙，形成具有相對最低阻抗的雷電電流通路，有效避開了各處軸承，對其充分保護。本實用新型的導電網(wǎng)架可以直接接納擊到輪轂的雷電電流并通過上述通路導入大地，有效的保護了輪轂內(nèi)的各部件。
【專利說明】一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及大型直驅(qū)風力發(fā)電機，尤其涉及一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機。
【背景技術】
[0002]隨著風力發(fā)電機進入兆瓦級時代，風機的安裝高度也越來越大。雷電瞬間巨大的能量足以破壞風機一些主要部件，雷擊已經(jīng)成為風機安全運行的一大威脅。因此，在風機設計時，防雷設計是很重要的一方面。目前，現(xiàn)有成熟的防雷方法通常是:利用葉片的接閃器，將雷電電流通過單獨導線導向變槳軸承和輪轂等金屬部件，然后依靠輪轂、主軸、機架、塔筒和各處軸承的裝配接觸關系形成導電通路，直至導入大地。如此，電流會流經(jīng)偏航變槳軸承和主軸承等重要部件，難免會造成不同程度的灼燒點蝕等損傷。另外，針對雷電電流會對發(fā)電機轉子等部件造成破壞，現(xiàn)在已經(jīng)有了將擊到葉片的雷電導離發(fā)電機而直接導入塔筒的方法，但對于擊到輪轂上的雷電，由于輪轂與轉子電氣連接，仍然會對發(fā)電機造成威脅。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決現(xiàn)有技術的上述問題，本實用新型要設計一種旨在使擊到葉片和輪轂的雷電電流避開主要軸承、輪轂和發(fā)電機內(nèi)部如轉子等重要部件的具有雷電保護功能的直驅(qū)風機。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下:一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，包括風輪、發(fā)電機、主機架和塔筒，所述的風輪由葉片與輪轂通過變槳軸承連接組成，所述的發(fā)電機的轉子與輪轂連接，并通過主軸承與主軸相連，所述的主軸安裝在主機架上，再通過偏航軸承與塔筒相連。在所述輪轂周圍安裝由多根桿狀導體構成的導電網(wǎng)架。輪轂后側有電氣接地結構，并相對于輪轂旋轉軸線靜止。導電網(wǎng)架中某些導體與葉片根部導電環(huán)之間存在火花隙，導電網(wǎng)架與電氣接地結構之間也存在火花隙。
[0005]所述的葉片的主體由不導電的非金屬材料制成，通過變槳軸承連接到輪轂上；在靠近葉片葉尖的位置，設置至少一處導電體作為接雷單元，接納擊到葉片的雷電電流；在葉片靠近輪轂處設置導電環(huán)；接雷單元通過葉片下引線與導電環(huán)電氣連接。
[0006]所述的導電網(wǎng)架是由一系列桿狀導體相互交叉并電氣連接而形成包絡輪轂的網(wǎng)架狀結構。導電網(wǎng)架與輪轂間隔一定距離，防止與輪轂之間產(chǎn)生電弧。導電網(wǎng)架的某些導體與導電環(huán)通過火花隙電氣連接，輪轂后側的導電網(wǎng)架的某些導體通過火花隙與接地結構電氣連接。
[0007]所述的主機架和塔筒通過主機架下引線與塔筒間的火花隙建立電氣連接。
[0008]本實用新型所述的輪轂后側的接地結構為電氣接地結構，所述的電氣接地結構是發(fā)電機的外殼體。
[0009]本實用新型所述的接雷單元是專門的接閃器、金屬鑲片或者金屬材質(zhì)的一段葉片。
[0010]本實用新型所述的桿狀導體包括金屬線、金屬桿或金屬條。
[0011]本實用新型的工作原理如下:通過上述措施，就建立起了葉片導電端一葉片近輪轂端附近的導電環(huán)一導電網(wǎng)架一輪轂后側的接地結構一主機架一塔筒一大地的雷電電流通路。
[0012]當葉片遭受雷擊時，雷電電流從葉片導電部分進入，經(jīng)過下引線傳到葉根附近的導電環(huán)上，經(jīng)過導電環(huán)與導電網(wǎng)架間的火花隙傳入導電網(wǎng)架上，接著再通過火花隙傳遞到接地結構上，接地結構上的雷電電流經(jīng)過主機架后傳遞到塔筒上，最后導入大地。
[0013]本實用新型具有以下有益效果:
[0014]1、本實用新型通過在相對轉動導體間建立火花隙，形成具有相對最低阻抗的雷電電流通路，有效避開了各處軸承，對其充分保護。
[0015]2、本實用新型的導電網(wǎng)架可以直接接納擊到輪轂的雷電電流并通過上述通路導入大地，有效的保護了輪轂內(nèi)的各部件。
[0016]3、本實用新型的輪轂后側接地結構，一般指發(fā)電機殼體。雷電電流會在導電網(wǎng)架和發(fā)電機殼體上產(chǎn)生集膚效應，這樣對輪轂和發(fā)電機內(nèi)部部件是一種有效的保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本實用新型共有附圖2張，其中:
[0018]圖1是直驅(qū)風機雷電保護系統(tǒng)簡圖。
[0019]圖2是圖1的局部放大圖，用以表示導電網(wǎng)架的火花隙。
[0020]圖中:10、風輪，11、葉片，12、輪轂，13、整流罩，21、轉子，22、定子，23、主軸承，24、主軸，25、殼體，30、主機架，31、偏航軸承，32、主機架下引線，40、塔筒，51、葉片下引線，52、導電環(huán)，60、導電網(wǎng)架，61、導體A，62、導體B，63、導體C，64、導體D，65、導體E，66、導體F，71、火花隙A，72、火花隙B，73、火花隙C，74、火花隙D，75、火花隙E。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖1所示，葉片11安裝在輪轂12上，加上整流罩13，組成風輪10。每個葉片11可繞葉根中心轉動。輪轂12連接發(fā)電機轉子21，轉子21通過主軸承23連接到主軸24上。風機運轉時，風輪10和轉子21可繞主軸軸線轉動，而主軸24和發(fā)電機定子22以及發(fā)電機殼體25與主機架30固定連接，相對靜止。主機架30通過偏航軸承31安裝在塔筒40上。
[0022]葉片11導電端的功能是將葉片11上的雷電電流導向?qū)щ娋W(wǎng)架60。每個葉片11大部分由非導電材料制成，但在葉片11上端，具有至少一處接雷單元。每個接雷單元都通過葉片下引線51與導電網(wǎng)架60電氣連接。葉片下引線51應置于葉片11腔體內(nèi)，以得到保護。
[0023]葉片11可相對輪轂12做變槳轉動，當變槳范圍比較大時，考慮扭纜影響，葉片下引線51就不能與導電網(wǎng)架60直接相接。為此葉根部位設置導電環(huán)52，接雷單元通過葉片下引線51與導電環(huán)52連接。葉片下引線51可穿過葉片11非導電端的預留孔與導電環(huán)相連。導電環(huán)52通過一個或多個火花隙與導電網(wǎng)架60電氣連接。
[0024]導電網(wǎng)架60不僅能接受葉片11導雷單元傳過來的雷電電流，還可以直接吸納擊到輪轂12周圍的雷電電流，并將其傳導至發(fā)電機接地結構，避開輪轂12和轉子21。導電網(wǎng)架60由一系列在輪轂12周圍相互交叉和電氣連接的桿狀導體組成。這些桿狀導體可以是導電的線、桿和條等形式。除了輪轂12與轉子21的連接面，導電網(wǎng)架60基本上將輪轂12包圍起來，并與輪轂12相隔距離不低于100mm，以防止兩者之間產(chǎn)生放電。
[0025]考慮到變槳轉動，導電網(wǎng)架60中的導體D64環(huán)繞導電環(huán)52—周，并與之有一定徑向間隙作為火花隙A71，如圖2中所示?？紤]到風輪的旋轉，導體E65也呈環(huán)狀布置在輪轂12后側，接近于發(fā)電機殼體25，并留有整周火花隙B72。導體D64和導體E65做成環(huán)狀的目的在于當葉片11或風輪旋轉時，環(huán)狀導體會產(chǎn)生整周連續(xù)的火花隙，在存有安裝誤差等因素導致火花隙大小不均的情況下，能夠使雷電電流總能找到阻抗最小的一處或幾處火花隙作為通路。
[0026]在輪轂12前側，桿狀導體A61的末端與導體D64搭接，并與導電環(huán)52存有火花隙C73。在輪轂12后側，導體C63—端亦與導體D64搭接并與導電環(huán)52留有火花隙C73，而另一端與環(huán)形導體E65搭接，并與發(fā)電機殼體25留有火花隙D74。在導電網(wǎng)架60中，應針對每件葉片11設置一條上述的由導體A61、導體C63、導體D64和導體E65連接成的導電路徑，以將每件葉片11的雷電電流導入導電網(wǎng)架60中。
[0027]同時，僅僅是和葉片11對應的幾條上述路徑是不足以稱為“網(wǎng)架”的。若將上述路徑稱為網(wǎng)架的“經(jīng)線”的話，那么輪轂12周圍仍然需要布置更多的“經(jīng)線”。如本例中導體B62，一端與導體A61在A處或其他處連接，另一端可直接連接到環(huán)形導體E65上。另外，也應設置數(shù)條導體做“瑋線”，如圖中的導體F66。導體F66與導體A61、導體B62相互交叉和連接，構成網(wǎng)架結構，提供了多條通路，雷電電流通過時，可以選擇相對阻抗最小的通路流過。導體的數(shù)量應足夠多，以形成較密的網(wǎng)架，對輪轂12充分的保護。
[0028]導電網(wǎng)架60可以安裝或集成在非導電材質(zhì)的整流罩13內(nèi)側，這在設計和安裝中不難做到。各處火花隙應盡量小，以降低阻抗。構成火花隙的導體端部應盡量成較尖銳形狀，以助于產(chǎn)生放電。
[0029]導電網(wǎng)架60通過火花隙與發(fā)電機殼體25電氣連接。殼體25與主機架30連接，主機架30通過主機架下引線32和火花隙E75，與塔筒40電氣連接。由于電流的集膚效應，雷電電流會在導電網(wǎng)架60和殼體25上分布并傳導，不會流向輪轂12和發(fā)電機內(nèi)部轉子21等部件。這樣，無論輪轂12和轉子21接地與否，雷電電流都不會對其造成破壞。
[0030]綜上，本實用新型設計了一種帶雷電保護系統(tǒng)的直驅(qū)風機，當葉片11或輪轂12遭受雷擊時，雷電電流都會被導電網(wǎng)架60吸納，通過包含火花隙在內(nèi)的低阻抗通路傳到發(fā)電機殼體25，接著經(jīng)過主機架30，再通過火花隙傳到塔筒40。一旦雷電電流傳到塔筒40，就會與大地連接并導入大地，從而保護了風機上的主要軸承、輪轂12和發(fā)電機轉子21等部件免受雷擊破壞。
【權利要求】
1.一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，包括風輪(10)、發(fā)電機、主機架(30)和塔筒(40)，所述的風輪(10)由葉片(11)與輪轂(12)通過變槳軸承連接組成，所述的發(fā)電機的轉子(21)與輪轂(12)連接，并通過主軸承(23)與主軸(24)相連，所述的主軸(24)安裝在主機架(30)上，再通過偏航軸承(31)與塔筒(40)相連； 其特征在于:在所述輪轂(12)周圍安裝由多根導體構成的導電網(wǎng)架(60);輪轂(12)后側有電氣接地結構，并相對于輪轂(12)旋轉軸線靜止；導電網(wǎng)架(60)中導體末端與葉片(11)根部的導電環(huán)(52)之間存在火花隙，導電網(wǎng)架(60)與電氣接地結構之間存在火花隙； 所述的葉片(11)的主體由不導電的非金屬材料制成，通過變槳軸承連接到輪轂(12)上；在靠近葉片(11)葉尖的位置，設置至少一處導電體作為接雷單元，接納擊到葉片(11)的雷電電流；在葉片(11)靠近輪轂(12)處設置導電環(huán)(52);接雷單元通過葉片下引線(51)與導電環(huán)(52)電氣連接； 所述的導電網(wǎng)架￠0)是由一系列桿狀導體相互交叉并電氣連接而形成包絡輪轂(12)的網(wǎng)架狀結構；導電網(wǎng)架(60)與輪轂(12)間隔一定距離，防止與輪轂(12)之間產(chǎn)生電??；導電網(wǎng)架(60)的某些導體與導電環(huán)(52)通過火花隙電氣連接，輪轂(12)后側的導電網(wǎng)架(60)的某些導體通過火花隙與接地結構電氣連接； 所述的主機架(30)和塔筒(40)通過主機架下引線(32)與塔筒(40)間的火花隙建立電氣連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，其特征在于:所述的輪轂(12)后側的接地結構為電氣接地結構，所述的電氣接地結構是發(fā)電機的外殼體(25)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，其特征在于:所述的接雷單元是專門的接閃器、金屬鑲片或者金屬材質(zhì)的一段葉片。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種具有雷電保護功能的直驅(qū)風機，其特征在于:所述的桿狀導體包括金屬線、金屬桿或金屬條。
【文檔編號】F03D11/00GK204253289SQ201420688522
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】范玉林, 高德忠, 宋清玉 申請人:中國第一重型機械股份公司, 一重集團大連設計研究院有限公司