[发明专利]一种具有雷电保护功能的直驱风机

说明书

技术领域

本发明涉及大型直驱风力发电机，尤其涉及一种具有雷电保护功能的直驱风机。

背景技术

随着风力发电机进入兆瓦级时代，风机的安装高度也越来越大。雷电瞬间巨大的能量足以破坏风机一些主要部件，雷击已经成为风机安全运行的一大威胁。因此，在风机设计时，防雷设计是很重要的一方面。目前，现有成熟的防雷方法通常是：利用叶片的接闪器，将雷电电流通过单独导线导向变桨轴承和轮毂等金属部件，然后依靠轮毂、主轴、机架、塔筒和各处轴承的装配接触关系形成导电通路，直至导入大地。如此，电流会流经偏航变桨轴承和主轴承等重要部件，难免会造成不同程度的灼烧点蚀等损伤。另外，针对雷电电流会对发电机转子等部件造成破坏，现在已经有了将击到叶片的雷电导离发电机而直接导入塔筒的方法，但对于击到轮毂上的雷电，由于轮毂与转子电气连接，仍然会对发电机造成威胁。

发明内容

为解决现有技术的上述问题，本发明要设计一种旨在使击到叶片和轮毂的雷电电流避开主要轴承、轮毂和发电机内部如转子等重要部件的具有雷电保护功能的直驱风机。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有雷电保护系统的直驱风机，包括风轮、发电机、主机架和塔筒，所述的风轮由叶片与轮毂通过变桨轴承连接组成，所述的发电机的转子与轮毂连接，并通过主轴承与主轴相连，所述的主轴安装在主机架上，再通过偏航轴承与塔筒相连。在所述轮毂周围安装由多根杆状导体构成的导电网架。轮毂后侧有电气接地结构，并相对于轮毂旋转轴线静止。导电网架中某些导体与叶片根部导电环之间存在火花隙，导电网架与电气接地结构之间也存在火花隙。

所述的叶片的主体由不导电的非金属材料制成，通过变桨轴承连接到轮毂上；在靠近叶片叶尖的位置，设置至少一处导电体作为接雷单元，接纳击到叶片的雷电电流；在叶片靠近轮毂处设置导电环；接雷单元通过叶片下引线与导电环电气连接。

所述的导电网架是由一系列杆状导体相互交叉并电气连接而形成包络轮毂的网架状结构。导电网架与轮毂间隔一定距离，防止与轮毂之间产生电弧。导电网架的某些导体与导电环通过火花隙电气连接，轮毂后侧的导电网架的某些导体通过火花隙与接地结构电气连接。

所述的主机架和塔筒通过主机架下引线与塔筒间的火花隙建立电气连接。

本发明所述的轮毂后侧的接地结构为电气接地结构，所述的电气接地结构是发电机的外壳体。

本发明所述的接雷单元是专门的接闪器、金属镶片或者金属材质的一段叶片。

本发明所述的杆状导体包括金属线、金属杆或金属条。

本发明的工作原理如下：通过上述措施，就建立起了叶片导电端→叶片近轮毂端附近的导电环→导电网架→轮毂后侧的接地结构→主机架→塔筒→大地的雷电电流通路。

当叶片遭受雷击时，雷电电流从叶片导电部分进入，经过下引线传到叶根附近的导电环上，经过导电环与导电网架间的火花隙传入导电网架上，接着再通过火花隙传递到接地结构上，接地结构上的雷电电流经过主机架后传递到塔筒上，最后导入大地。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在相对转动导体间建立火花隙，形成具有相对最低阻抗的雷电电流通路，有效避开了各处轴承，对其充分保护。

2、本发明的导电网架可以直接接纳击到轮毂的雷电电流并通过上述通路导入大地，有效的保护了轮毂内的各部件。

3、本发明的轮毂后侧接地结构，一般指发电机壳体。雷电电流会在导电网架和发电机壳体上产生集肤效应，这样对轮毂和发电机内部部件是一种有效的保护。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是直驱风机雷电保护系统简图。

图2是图1的局部放大图，用以表示导电网架的火花隙。

图中：10、风轮，11、叶片，12、轮毂，13、整流罩，21、转子，22、定子，23、主轴承，24、主轴，25、壳体，30、主机架，31、偏航轴承，32、主机架下引线，40、塔筒，51、叶片下引线，52、导电环，60、导电网架，61、导体A，62、导体B，63、导体C，64、导体D，65、导体E，66、导体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。

具体实施方式