[发明专利]包括雷电保护系统的风力涡轮机

说明书

本发明提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括用于提供适合于将雷电从转子传导到电接地部的电传导路径的雷电保护系统。该雷电保护系统包括护罩，该护罩电联接到风力涡轮机轴承壳体和风力涡轮机毂和/或主轴的前端。护罩形成电传导路径的一部分以便将风力涡轮机转子经由绕过轴承装置的短路路径电联接到轴承壳体。

技术领域

本发明属于风力涡轮机领域，并且具体地属于风力涡轮机雷电保护系统。

背景技术

风力涡轮机可能由于它们的高度而在雷电风暴中被雷电击中。典型的负云到地雷电放电内的电流在1-10微秒内非常快速地上升到其峰值，然后在50-200微秒内缓慢地衰减。该电流在击中风力涡轮机的叶片时经由最低阻抗路径行进至地面。在没有任何雷电保护的情况下，该路径通常包括风力涡轮机的允许毂和叶片自由旋转的轴承。通过这些轴承的这种大电流可能对轴承造成损坏。

为了保护风力涡轮机的轴承，已经开发了许多保护系统。一种这样的保护系统通过将火花隙装置安装在机舱上而实现，使得当电流沿着或顺着叶片行进时(在被雷电击中之后)，高电流使穿过火花隙的周围空气电离以产生避开轴承的电流路径。火花隙的一个目的是不阻碍风力涡轮机在毂与机舱之间的旋转。然而，这产生射频干扰，因为火花隙是激活的，这可能是不期望的，此外，采用火花隙路线的总电流的比例可能是不可预测的，并且轴承仍可被损坏。

例如在WO 2005/050008 A1中存在在叶片与机舱之间具有直接连接的雷电保护系统。这描述了雷电电流传送单元(LCTU)，其包括适于连接叶片和机舱或塔架的至少两个滑动接触点。LCTU还包括至少一个电导体，所述至少一个电导体在所述两个滑动接触点接触的表面之间建立专用连接。叶片上的滑动接触点通常与叶片带接触，该叶片带是围绕叶片根部端的圆周的金属带。叶片带距离将叶片根部结合到毂的金属部分至少最小距离是重要的，使得优选的电流路径经过LCTU。趋势是更大和更长的叶片，并且随着叶片长度增加，该叶片带的位置可以在机舱的前表面的末端外部。因此，LCTU解决方案对叶片和机舱的物理部件施加了防止处于不同电压的部件之间的电弧的设计约束。在某一叶片长度，LCTU解决方案将达到物理限制，并且需要可替代的方案。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：转子，该转子包括毂和从毂向外突出的多个叶片；主轴，该主轴在前端处附接到毂并且在后端处延伸到变速箱或发电机；轴承壳体，该轴承壳体用于经由轴承装置可旋转地支撑主轴；以及雷电电流保护系统，该雷电电流保护系统提供适合于将雷电从转子传导到电接地部的电传导路径，其中，轴承壳体电连接到电接地部，雷电电流保护系统包括形成电传导路径的一部分的护罩，其中，护罩的后端与轴承壳体接触，并且护罩的前端与毂和/或主轴的前端接触，并且护罩将转子经由绕过轴承装置的短路路径电联接到轴承壳体，其中护罩被布置成围绕主轴的前端。

护罩在与轴承壳体接触处可具有比主轴大的直径。

第一方面的风力涡轮机可以进一步包括容纳轴承壳体的机舱，其中护罩被封闭在机舱内。

护罩可与以下各项之一形成滑动或滚动接触：(i)毂和/或主轴的前端；或(ii)轴承壳体，并且该滑动或滚动接触提供电联接。

护罩可在围绕该护罩的圆周的多个离散的接触点处与以下各项之一形成滑动接触：(i)毂和/或主轴的前端；或(ii)轴承壳体。

护罩在该护罩的前端或后端处可通过至少一个固定接触点而被电联接并且在该护罩的后端或前端处可通过至少一个滑动或滚动接触点而被电联接。

护罩可包括多个金属片，这些金属片被偏压成与轴承壳体或毂和/或主轴的前端接触。护罩可以可替代地包括金属网格、格栅或网。

可包括金属网格、格栅或网的护罩还可包括用于将护罩偏压成与以下各项之一滑动接触的带或环：(i)毂和/或主轴的前端；或(ii)轴承壳体。

护罩可具有相对小的厚度。优选地，护罩的厚度小于10mm。