CN106640552B - 机舱罩及包括该机舱罩的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

提供了一种风力发电机组的机舱罩以及具有该机舱罩的风力发电机组，该机舱罩包括敷设在机舱罩上的金属网(10)，金属网(10)在机舱罩上形成法拉第笼。通过在机舱罩上形成法拉第笼，能够实现雷电流泄放的有效接闪保护，并且能够对机舱实现栅格型屏蔽保护。

Description

机舱罩及包括该机舱罩的风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机组设备制造技术领域，具体地，本发明涉及一种机舱罩及包括该机舱罩的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组中的机舱罩用于保护风力发电机及其它附属设备的金属部件免受外部环境的影响。由于机舱罩的位置很高且处于空旷空间中，因此最易受雷击的伤害。

目前机舱罩材质主要有两种，全金属材质和玻璃钢材质。全金属材质机舱罩的防雷效果好，其金属板厚度达到一定要求，接闪效果和屏蔽效果均非常优异，但由于重量问题，实际应用较少。玻璃钢材质机舱罩实际应用较多，但其防雷效果较差，需要设置接闪器、引下线等防雷装置进行保护，且玻璃钢材质机舱罩不具备屏蔽保护作用，对机舱内的电气设备无雷电电磁干扰的防护。

专利文献CN103161683A公开了一种大型玻璃钢风力发电机机舱罩避雷装置。此专利采用了在机舱罩的上层和下层之间敷设金属导电网且均布置接闪器的方式来实现机舱罩的接闪保护。然而，该专利对于机舱后部的接闪保护不足，未考虑屏蔽保护作用和机舱上金属件的等电位连接，金属网嵌装在机舱罩上层和下层之间，具有局限性。

发明内容

本发明构思提供了一种兼具防雷击和防电磁干扰的机舱罩及包括该机舱罩的风力发电机组。机舱罩包括敷设在机舱罩上的金属网，金属网在机舱罩上形成法拉第笼。

根据本发明构思的示例性实施例，金属网可以包括多个金属网格，多个金属网格可以由设置在机舱罩上的多根金属线交叉连接形成。

根据本发明构思的示例性实施例，机舱罩可以包括多个机舱罩分瓣单元，多个金属网格可以分别设置在机舱罩分瓣单元上并相互连接。

根据本发明构思的示例性实施例，金属线可以在相应的机舱罩分瓣单元的边缘处留有预定长度。

根据本发明构思的示例性实施例，金属线在机舱罩分瓣单元的边缘处的预定长度部分可以用接线端子连接固定。

根据本发明构思的示例性实施例，相邻的机舱罩分瓣单元上的金属网格之间可以通过接线端子电气连接。

根据本发明构思的示例性实施例，金属线交叉的重叠部分可以通过导电连接构件电气连接。

根据本发明构思的示例性实施例，机舱罩上可以设置有金属元件，金属线可以与邻近的金属元件电气连接。

根据本发明构思的示例性实施例，机舱罩上可以设置有开口，金属网可以避开开口设置。

根据本发明构思的示例性实施例，机舱罩上的暴露于外部的金属可以被防腐蚀处理。

根据本发明构思的示例性实施例，金属线可以为铜编织带、扁状金属、电缆、金属箔中的一种或多种。

根据本发明构思的示例性实施例，金属网可以设置在机舱罩的外表面上、机舱罩的材料层中或机舱罩的内表面上。

根据本发明构思示例性实施例的以上描述，可以实现以下技术效果：

1、机舱罩顶部设置接闪器，按滚球法(即，以某一规定半径的球体，在装有接闪器的建筑物上滚过，滚球体由于受建筑物上所安装的接闪器的阻挡而无法触及某些范围，把这些范围认为是接闪器的保护范围)计算可以保护整个机舱罩顶面，实现雷电流泄放的有效接闪保护；

2、在机舱罩的侧面和后面设置金属网，以实现对机舱罩侧面、后面等部位有效接闪保护；

3、将机舱罩上所有金属件与金属网连接，无需专门设计引下线即可实现等电位连接，将防雷金属网一点引出，接入底座，可以实现雷电流泄放路径绕过偏航轴承；

4、机舱罩各分瓣单元的金属网格相互连接，形成预定尺寸的整体的法拉第笼，从而能够对机舱实现栅格型屏蔽保护。

附图说明

以下将参照附图对本发明实施例详细描述，本发明构思的上述和其它方面说明将变得明显，在附图中：

图1是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的敷设于机舱罩的的防雷金属网布线示意图；

图2A和2B分别是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的机舱罩的上顶盖不同角度的金属网布线示意图；

图3A、图3B和图3C是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的机舱罩的下侧部不同角度的金属网布线示意图。

具体实施方式

尽管参照附图描述了实施例，但应理解的是，在不脱离描述的技术的精神和范围的情况下，描述的技术不限于其具体的实施例，可对描述的技术作出各种变化、修改、等同和替换。

这里虽然使用了“上”来描述一个元件与另一元件之间的关系，然而，这里使用的“上”并不仅具有一个元件“位于”另一元件的表面“上”这一层含义，也具有该元件“位于”所述另一元件的表面“下”或者该元件“包括在”所述另一元件“中”这样的含义。

贯穿附图，同样的附图标记指示同样的元件。在附图中，为了描述的技术的清楚性，可以夸大元件的尺寸。

根据本发明构思基于上述现有技术的不足，提供了一种具有良好的防雷效果及防雷电电磁干扰效果的机舱罩100。机舱罩100包括敷设于机舱罩100上的金属网10。金属网10由设置在机舱罩100上的金属线1相互交叉连接而成。更具体地，机舱罩100包括多个机舱罩分瓣单元，每个机舱罩分瓣单元上设置有金属网格，多个金属网格相互连接，从而形成覆盖整个机舱罩的法拉第笼。

下面，将结合图1来描述机舱罩100的金属网10的基本布局。

图1是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的敷设于机舱罩100的防雷金属网10布线示意图。参照图1，金属网10基本覆盖整个机舱罩100。

将金属网10设置为基本覆盖整个机舱罩100的目的在于对整个机舱罩100的各部位实现有效接闪保护，同时形成法拉第笼，从而对机舱内部器件实现栅格屏蔽保护。

金属网10通过多根金属线1交叉设置并形成多个金属网格。图1中示出的各个金属网格的尺寸可以均匀设置，即每个金属网格尺寸一致，然而，根据实际机舱罩的结构特点，各个金属网格尺寸也可以不一致。例如，金属网格的尺寸一部分可以设置为3m×3m，而另一部分可以根据实际情况设置为诸如以3m×4m、3m×5m、4m×5m、4m×4m为例的尺寸。

因此，本领域技术人员可以基于本发明构思的上述教导在具体实践中对各个金属网格的具体尺寸进行修改和变化，且上述尺寸并不具有限制本发明构思的作用。例如，在能够实现有效接闪保护和实现栅格屏蔽保护的情况下，可以将金属网格设置为除了上述尺寸外的其它尺寸，例如，将金属网格设置为具有诸如3.5m×4.3m、2.3m×5.4m等的尺寸。

此外，对于机舱罩100的金属网格的布线方式可以采用在机舱罩100的外周布置一圈金属线回路，然后再通过金属线1分隔该回路，从而形成具有预定尺寸的金属网格。例如，当机舱罩100由多个机舱罩分瓣单元形成时，对于每个机舱罩分瓣单元的金属网格的布线方式，可以采用沿各机舱罩分瓣单元的外围布置一圈金属线回路，然后再与金属线回路的内部交叉布置金属线。此外，当金属网格的布线尺寸不能够实现有效防雷击和防电磁干扰或实现上述效果较差时，可以通过在各个金属网格中增加金属线1(减小相应的金属网格尺寸)或减少金属线1(增大相应的金属网格尺寸)来调整整个金属网格的防雷击和防电磁干扰的效果。例如，当金属网格具有5m×5m的尺寸时，可以向其中加入金属线1，以使金属网格变成2m×5m和3m×5m的尺寸。

此外，为了实现金属网10的防雷击和防电磁干扰的效果，构成金属网10的同方向的多根金属线1可以均匀平行分布。另外，如果机舱罩100的侧部仅包括一条沿水平方向布置的金属线1，该金属线1可以布置在该侧面的竖直方向的中部，例如图1中的线L。这里水平方向为图1中的x-y面方向，竖直方向为图1中的x-z面方向。

此外，构成金属网10的金属线1的材料可以为具有良好导电性能的金属导体。根据本发明构思的示例性实施例，可以采用铜作为构成金属线1的金属材料。例如，可以将铜线制作成铜编织带来构成本发明构思的金属网10的金属线1。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。这里采用铜作为构成金属线1的材料主要出于生产成本、导电性及生产实用性的考虑。然而，也可以采用除铜以外的其它金属材料，例如，铝、钢等。此外，也可以采用除编织带以外的其它形状来用作金属线1，例如，扁带、电缆、金属箔等。这里，本发明构思采用了铜编织带作为构成金属线1的具体示例。

此外，采用如上所述的金属材料作为金属线1形成金属网10时，金属线1的截面尺寸可以根据实际情况来具体选择。例如，当采用铜编织带作为金属线1时，可以选择截面面积为50mm²的铜编织带来构成金属线1。例如，当选择的铜编织带具有50mm²以上的横截面积的情况下，可以防直击雷和电磁干扰；当选择的铜编织带具有50mm²以下的横截面积的情况下，防电磁干扰效果较好，但是防止雷击效果会差一些。

此外，相邻的金属网格的金属线1可以以“十”或“T”形形状相交。在这种情况下，可以在构成两个相邻的金属网格的金属线1的交叉重叠区域用导电连接构件将两根交叉的金属线1进行电气连接。例如，可以采用两块25mm*25mm*1mm的铜板呈“井”和/或“T”型压接金属线1的交叉重叠区域，并且可以采用的铆钉将经压接的两交叉重叠的金属线1电气连接。但本发明构思不限于此，也可以使用其它导电连接构件对两交叉重叠的金属线1进行电气连接。

此外，可以在金属网10与其它构件的连接处设置接线端子3。例如，可以在下面将要详细描述的金属网10的接地端处设置接线端子3。例如，为了保证机舱罩100内的防雷金属网10与机舱底座的可靠连接，可以在金属网10的终端设置接线端子3，以保证连接的方便性。例如，当机舱罩100由多个机舱罩分瓣单元构成时，相邻的机舱罩分瓣单元的边缘处可以设置有连接预留金属线的接线端子3。此外，该接线端子3可以包括连接孔或连接柱等本领域公知的电气连接结构。根据本发明的示例性实施例，可以采用铜接线端子。然而，本发明的示例性实施例不限于此，接线端子3可以包括任一形式的用于固定和电气连接的连接构件，例如，不锈钢螺栓(包括两个平垫一个弹垫一个螺母)等。由于相邻的机舱罩分瓣单元需要结合在一起形成机舱罩100，因此，每个机舱罩分瓣单元的边缘处用于连接的预留金属线的接线端子3可以对称设计，以便于后续的接线端子3之间的电气连接。

当机舱罩100由多个机舱罩分瓣单元构成时，由于相邻的机舱罩分瓣单元之间的相应的金属线1需要电气连接，因此需要在机舱罩分瓣单元的边缘处预留超过机舱罩分瓣单元的边缘处的具有预定长度的金属线1。在这种情况下，接线端子3可以用来固定从金属网10伸出到机舱罩分瓣单元的边缘外部的金属线1，同时也可用来将两相邻的机舱罩分瓣单元相对应的金属线1电气连接。根据本发明构思的示例性实施例，可以采用接线端子3(例如，铜接线端子(铜鼻子))来固定从机舱罩分瓣单元的边缘处伸出的金属线1。在这种情况下，金属线1可以预留出预定长度(例如，预留出150mm-200mm)，而预留出的金属线1的端头则可用接线端子3进行固定(例如，尺寸为600AФ12mm的铜鼻子)。此外，当需要将两个接线端子3电气连接时，可以采用其它连接构件对其进行电气连接，例如螺栓(M10*20，包括两个平垫一个弹垫一个螺母)。

根据本发明构思的示例性实施例，金属网10可以以暗敷的形式设置在机舱罩100上，例如，金属网10可以设置在机舱罩100的表面上，设置在机舱罩100的材料中以及设置在机舱罩100的内表面上。例如，当机舱罩100由多层结构(例如，多层纤维结构)形成时，金属网10可以层叠在多层结构中。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。例如，金属网10可以敷设在机舱罩100的内壁。或者，例如，在有防腐保护措施的情况下，金属网10可以设置在防腐蚀层(未示出)与机舱罩100之间(即，机舱罩100的表面上和位于其表面上部的防腐蚀层的下方)。此外，在暗敷金属网10时，为了实现更好的防雷击和防电磁干扰特性，可以均匀地敷设金属网10，并且使金属网10的金属线1紧贴机舱罩不下垂。

此外，为了延长机舱罩金属网10的使用寿命，不允许发生金属线1断芯现象。此外，金属线1的拉伸强度可以不小于40Mpa/cm，并且直角撕裂强度可以不小于75kN/m。此外，也可以对金属线1暴露到空气中的部分以及接线端子3暴露于空气中的金属部分进行防腐蚀处理。例如，可以在金属线1暴露到空气中的部分以及接线端子3暴露于空气中的金属部分覆盖(例如，镀覆)锡、锌等材料，从而在防止暴露的金属部分被空气或湿气腐蚀的情况下保证电气连接的可靠性。然而，本发明构思不限于此。也就是说，本领域技术人员可以基于实际情况来选择是否覆盖防腐材料，以及选择合适的工艺来对暴露的部分覆盖覆层，并且所选的覆层材料可以根据本领域公知的材料来实现。例如，可以采用诸如热缩管的绝缘材料包覆上述金属材料的暴露部分。这种情况下，被包覆的部分诸如热缩管还可以起到指示此处为接地部件的作用。此外，为了使上述绝缘材料能够在正常温度范围内起到保护内部金属材料不被腐蚀的作用，上述绝缘材料应该具有足够的机械强度和弹性。

通过上述描述，形成了具有金属网10的机舱罩100，使整个机舱罩100形成了一个等势体。因此，需要在具有金属网10的机舱罩100的顶部设置连接金属网10的接闪器5，同时将由金属网10构成的等势体接地，从而实现雷电流泄放以防雷击。连接金属网10的接闪器5可以设置为一个或多个，且相邻的接闪器5之间可以用金属线1电气连接。机舱罩金属网10接地点可以设置在机舱中部且靠近机舱平台的附近位置处。根据本发明构思的一个示例性实施例，可以采用一根例如尺寸为1mm²×70mm²的软铜电缆将上述等势体连接至机舱底座内平台轴承防雷接地排。

可以利用机舱的金属框架及机舱底座作为机舱等势体，机舱罩100上所有金属件(例如：测风支架、安全挂绳护栏、吊环、组件法兰内置金属等)可以与附近的金属网格电气连接。这里，连接材料可以使用经防腐蚀处理的金属线1(例如，50mm²镀锡铜编织带)，从而可以形成机舱罩100上所有金属件的等电位连接，如图1所示。

虽然图1示出了根据本发明构思的金属网10的基本布线视图，然而，由于机舱罩100上还设置有其它构件(例如，开口)，因此，图1中仅是理想状态下不具有任何其它结构的机舱罩100的金属网10布线视图。下面，将参照图2A至图3C来描述在机舱罩100上具有其它构件的情况下的金属网10的布线视图。

图2A和2B分别是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的机舱罩的上顶盖不同角度的金属网10布线示意图。其中，图2A是具有金属网结构的机舱罩上顶盖的主视图，图2B是具有金属网结构的机舱罩上顶盖的俯视图，其中，图2A示出了暗敷4根z轴方向的金属线1-1、1-2、1-3和1-4的机舱罩上顶盖的具体示例，且图2B示出了交叉暗敷2根x轴方向的金属线1-9和1-10以及4根z轴方向的金属线1-5、1-6、1-7和1-8的机舱罩上顶盖的具体示例。图3A、图3B和图3C是示意性地示出根据本发明构思的示例性实施例的机舱罩的下侧部不同角度的金属网格布线示意图，其中，图3A是具有金属网格结构的机舱罩的下侧部的主视图，图3B是部分地示出图3A具有金属网格结构的机舱罩的下侧部的左视图；图3C是部分地示出具有金属网格结构的机舱罩的下侧部的俯视图，其中，图3A具体示出了机舱罩的侧面暗敷2根x轴方向的金属线1-15和1-16和4根z轴方向的金属线1-11、1-12、1-13和1-14的具体示例，图3B具体示出了机舱罩的后部的一部分暗敷1根y轴方向的金属线1-23和1根z轴方向的金属线1-22的具体示例，图3C具体示出了机舱罩的底部的一部分暗敷4根y轴方向的金属线1-17、1-18、1-19和1-20以及1根x轴方向的金属线1-21的具体示例。这里，“下侧部”意指机舱罩的除上顶盖以外的部分，其包括侧壁和底部两者。因此，根据本发明构思的机舱罩由可以多个机舱罩分瓣单元构成，并且可以由机舱罩的上顶盖和下侧部构成，即机舱罩的上顶盖和下侧部分别可以包括一个或更多个机舱罩分瓣单元。

参照图2A，由于机舱罩100上顶盖的结构及尺寸的要求，可以在上顶盖的侧部只设置竖直金属线1-1、1-2、1-3和1-4，而不设置水平金属线，并且金属线可在适当的位置处进行弯折(例如，金属线1-1)。此外，如上所述，在机舱罩100上顶盖靠近机舱下侧部处预留有预定长度的金属线，这些具有预留长度的金属线通过在其相应位置处的接线端子3固定，以与图3A的机舱罩下侧部的上部处预留的相对应的接线端子3固定的预定长度的金属线电气连接。

此外，参照图2B和图3A-图3C，与图1不同的是，由于机舱罩100上设置有开口4等，因此，金属线在设置时需要绕过这些开口(例如，金属线1-17、1-18、1-19、1-20、1-22)。另外，对于机舱罩100上的附属金属结构(非接闪器)，其需要与金属网10通过金属线1进行等电位连接，从而防止这些附属金属结构被雷击。例如，当金属线被设置在经过诸如连接座、中部连接板等的金属结构时，并且当机舱罩100由纤维材料制成时，可以将这些金属结构设置在纤维层与由金属网格构成的金属网层之间，以使金属件与金属网10连接到一起。另外，例如，当金属线被设置在机舱罩上的金属结构2(例如：测风支架、安全挂绳护栏、吊环、组件法兰内置金属等)附近时，可以通过金属结构2附近的金属线将金属结构2等电位连接(例如，金属线1-12处)。通过将机舱罩上的所有金属结构等电位连接，从而可以防止这些金属部件被雷击。

另外，由于机舱罩100的具体结构及机组的特殊性，使得金属线可以不连续地设计。例如，如图2B所示，于x方向布置的金属线1-9和1-10并未在x轴方向具有连续的结构，即，在由z方向布置的四条金属线1-5、1-6、1-7和1-8构成的三个区域内的金属线1-9和1-10并未在同一水平处连续。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此，即，对于位于不同部位处的金属线，可以基于实际情况来设计其具体部分处的金属线的连续状态。

此外，虽然图2A及图3C中示出了多条金属线，并且使用了多个附图标记进行标注，但其并未对金属线的数量进行限制。具体地，例如，虽然图2A中的金属线1-1和图2B中的金属线1-5使用了两个附图标记进行标注(可以包括两个或更多个机舱罩分瓣单元，通过多个机舱罩分瓣单元的组合构成了机舱罩的上顶盖)，但本领域技术人员通过本发明构思应该理解的是，当机舱罩100的上顶盖一体地形成(不具有组装在一起的结构，即，仅由一个机舱罩分瓣单元构成)时，金属线1-1与金属线1-5可以为一条金属线，并且可以一体地形成。因此，当机舱罩100的上顶盖整体地形成时，机舱罩100的上顶盖的侧壁与顶部的金属线可以一体地形成。因此，对于图2A至图3C中其它部分的具有不同附图标记的金属线(例如，1-2与1-6、1-3与1-7等)也可以基于上述示例而做出相应的解释和描述。

此外，对于金属线1之间以及金属网格与设置在机舱罩100上的金属结构之间的电气连接的可靠性，可以限定它们的连接面的接触电阻小于0.03Ω。

通过在机舱罩上敷设金属网格，对机舱罩侧面、后面等部位同时实现了有效接闪保护。此外，将机舱罩上所有金属件与金属网格连接，不再设置金属线缆即可实现等电位连接。此外，机舱罩顶部设置接闪器，通过防雷金属网格泄放雷电流，减少了引下线的安装，美观方便。

以上描述了根据本发明构思的示例性实施例的具有金属网的机舱罩，该机舱罩可以应用于风力发电机组，从而通过具有金属网的机舱罩来为风力发电机组实现有效接闪保护和防电磁干扰的保护。

已在此公开的发明技术，虽然采用了特定的术语，但是仅以一般描述性意义来使用和解释这些术语，而不是为了限制的目的。在某些情况下，如对本领域普通技术人员来说应理解的是，自提交本申请之时起，除非另外明确表示，否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或者与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员应理解的是，在不脱离权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的机舱罩，其特征在于，

所述机舱罩包括敷设在所述机舱罩的外表面上的用于接闪并泄放雷电流的金属网(10)，所述金属网(10)在所述机舱罩上形成金属网罩，以覆盖整个机舱罩，

其中，所述机舱罩包含埋设的金属件，所述金属件与所述金属网(10)等电位连接，

其中，所述金属网(10)由设置在所述机舱罩上的多根金属线(1)交叉连接形成，所述金属线(1)的截面面积大于50mm²。

2.如权利要求1所述的机舱罩，其特征在于，所述机舱罩包括多个机舱罩分瓣单元，多个所述金属网格分别设置在所述机舱罩分瓣单元上并相互连接。

3.如权利要求2所述的机舱罩，其特征在于，所述金属线(1)在相应的机舱罩分瓣单元的边缘处留有预定长度。

4.如权利要求3所述的机舱罩，其特征在于，所述金属线(1)在机舱罩分瓣单元的边缘处的预定长度部分用接线端子(3)连接固定。

5.如权利要求4所述的机舱罩，其特征在于，相邻的所述机舱罩分瓣单元上的所述金属网格之间通过所述接线端子(3)电气连接。

6.如权利要求1所述的机舱罩，其特征在于，所述金属线(1)交叉的重叠部分通过采用导电连接构件呈“井”和/或“T”型压接来电气连接。

7.如权利要求1所述的机舱罩，其特征在于，所述金属线(1)与邻近的金属件电气连接。

8.如权利要求1所述的机舱罩，其特征在于，所述机舱罩上设置有开口(4)，所述金属网(10)避开所述开口(4)设置。

9.如权利要求1所述的机舱罩，其特征在于，所述金属线(1)为铜编织带、扁状金属、电缆、金属箔中的一种或多种。

10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括权利要求1-9中任一项权利要求所述机舱罩。