[发明专利]风轮机用的雷电流传输单元

说明书

技术领域

本发明涉及风轮机用的雷电流传输单元(LCTU)，尤其涉及风电场上大规模发电用的风轮机中使用但不限于在这样的风轮机中使用的雷电流传输单元。

背景技术

图1示出了风电场上大规模发电用的传统风轮机1。该风轮机包括塔架2以及定位在塔架顶部上的风轮机机舱3。包括连接至轮毂4的三个风轮机叶片5的风轮机转子借助伸出机舱前部的主轴(图1中未示出)连接至机舱。超出一定水平的风因在叶片上产生升力而启动转子，并使转子旋转。旋转转换成电能，该电能被供应至电网。

这些高大的风轮机位于裸露的场所以最大限度地暴露在风中，但是这些高大的风轮机还常受到可使风轮机产生重大损害的雷击。因此，风轮机通常设置有雷电保护系统。

图2a与图2b示出了每个风轮机叶片5(这些附图中示出了单个叶片)中的传统雷电保护系统。叶片(尤其是叶片的尖端)是风轮机最可能遭受雷击的部件，因为它们是伸出最大的部件。因此，图2a的风轮机叶片5包括具有拦截雷击7的金属接收器8的尖端，该金属接收器接地或通地。接收器连接至风轮机叶片内部的雷电引下导体9。引下导体沿纵向方向延伸穿过叶片，并在轮毂4处终止。图2b示意性示出了一种公知布置，其中雷电流从雷电引下导体9传输至雷电保护系统的其余部分，并且传输至地面。雷电流借助叶片与轴之间的变桨机构13或任何其它机构从引下导体9传输至风轮机叶片的主轴10。机舱3中存在与轴接触的滑动接触件或者滑环以便运载来自轴的电流。滑环借助延伸穿过风轮机塔架2的引下导体连接至地面11。

名称为Vestas Wind Systems A/S(维斯塔斯风力系统有限公司)(与本申请的申请人/受让人相同)的国际专利申请WO 2005/050008号公报中认定了此类型的布置的问题。这些问题包括：穿过风轮机的诸如叶片变桨机构13之类的不同部件的高能电流会损害这些部件；并且滑环布置的效率低。

国际专利申请WO 2005/050008号公报描述了一种解决这些问题的改进的雷电流传输单元。图3a至图6中示出了该改进的雷电流传输单元。

图3a的雷电流传输单元15在转子的每个叶片5的雷电引下导体(经由风轮机的每个叶片外部周围的导电环或叶片带18)与机舱3的雷电引下导体(经由机舱上的导电环或雷电环16)之间形成电连接。

如图3b中最佳所示，雷电流传输单元15安装在轮毂4的突出部21(在轮毂面对机舱3的内侧)上。雷电流传输单元15在风轮机叶片与机舱前部之间的空间中在轮毂内表面与机舱之间向外伸出。

返回来参照图3a，每个叶片5的外部周围的导电环或金属环18环绕叶片的基部。每个环在变桨机构上方并垂直于叶片的纵向方向形成位于风轮机的基部上的接触面18。接触面因此随叶片的变桨而旋转。每个环连接至风轮机叶片内部的雷电引下导体9，如以上所述。

位于机舱3的面对轮毂4的外部上的导电环或金属环16机械连接至机舱。该导电环或金属环16电连接至机舱的雷电引下导体14。金属环16形成与雷电流传输单元15的接触面17。

图3b与图3c准确示出雷电流传输单元15相对于风轮机叶片上的接触面18以及机舱上的接触面17的位置。图3c还示出了雷电流传输单元15的不同区段，这些区段包括基座支撑部22、两个接触装置19a、19b以及基座支撑部与这两个接触装置之间的柔性连杆26、27。柔性连杆确保两个接触装置分别压靠风轮机叶片5上的接触面18与机舱3上的接触面17。这两个接触装置19与两个接触面17、18建立两个接触区20a、20b。

第一接触区20a确保持续接触叶片5的导电环18，并且另一接触区20b确保持续接触机舱3的导电环16。两个接触装置19a、19b由成电线或缆线形式的专用电连接件30连接。

每个接触装置19a、19b还包括专用电连接件30用的保持螺栓28、29，该专用电连接件30使得两个接触装置之间建立并保持电连接。电连接件30由具有这样的长度的柔性材料制成，该长度对应于两个接触装置在静止位置(当两个接触装置间隔最远时)二者之间的距离。如果雷电连接装置或雷电流传输单元15经受作用力，那么柔性连杆将弯曲，从而导致专用电连接件30更大程度地松垂。