CN110953128B - 风力涡轮机 - Google Patents
风力涡轮机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110953128B CN110953128B CN201910923157.4A CN201910923157A CN110953128B CN 110953128 B CN110953128 B CN 110953128B CN 201910923157 A CN201910923157 A CN 201910923157A CN 110953128 B CN110953128 B CN 110953128B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrically conductive
- shaft
- wind turbine
- plate member
- conductive means
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- -1 graphite compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/30—Lightning protection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
- F03D1/0658—Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
- F03D80/82—Arrangement of components within nacelles or towers of electrical components
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
- H02G13/80—Discharge by conduction or dissipation, e.g. rods, arresters, spark gaps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
一种风力涡轮机，其包括被连接到在轴向方向上延伸的可旋转的轴(4)的轮毂(3)，以及将轴(4)支撑在壳体(6)上的至少一个轴承(7)，其中壳体(6)包括导电罩区段(10)，其至少部分地围绕轴（4）的轴向部段（21），其中罩区段(10)通过至少一个第一导电装置(11)和至少一个第二导电装置(23)连接到轴(4)，其中至少一个第一导电装置(11)和至少一个第二导电装置(23)都被布置成在轴向方向上彼此间隔开，其中至少一个轴承(7)被布置在轴(4)的部段(21)与壳体(6)的罩区段(10)之间、在至少一个第一导电装置(11)和至少一个第二导电装置(23)之间的轴向位置处。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括被连接到在轴向方向上延伸的可旋转的轴的轮毂以及将轴支撑在壳体上的至少一个轴承，其中壳体包括导电罩区段，该导电罩区段至少部分地围绕轴的轴向部段。
背景技术
海上和陆上风力涡轮机两者都比它们周围环境中的结构或植被高，使得它们非常暴露以被闪电打击。在大多数情况下，闪电击中风力涡轮机的转子叶片中的一者，并且然后经由风力涡轮机叶片传导到风力涡轮机的轮毂，并且然后经由风力涡轮机的轴、壳体和塔架传导到地面。此外，闪电感应出流过风力涡轮机的大电流。由于这些大电流可能随时间快速变化，因此也可能感应出风力涡轮机的部件之间的大电压差。这种大电压差可能引起对部件、尤其是对轴承等部件的损坏风险，所述轴承连接轴和壳体等经受闪电打击所感应出的电流的零件。轴承上的巨大电压差降可能导致不期望的电流流过轴承，这可能损坏或者甚至毁坏轴承，并且因此也损坏或者甚至毁坏风力涡轮机的功能性。
由于无法防止风力涡轮机叶片遭受闪电打击，因此所期望的是，构造风力涡轮机使得它们更能抵抗闪电打击，并且使得对轴承等脆弱部件的损坏变得不太可能。
因此，本发明的目的是提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有对其至少一个轴承免受闪电引起的损坏的改进保护。
发明内容
根据本发明，通过如最初描述的风力涡轮机来实现该目的，其中导电罩区段通过至少一个第一导电装置和至少一个第二导电装置被连接到轴，其中所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置都被布置成在轴向方向上彼此间隔开，其中所述至少一个轴承被布置在所述轴的部段与所述壳体的导电罩区段之间、在所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置之间的轴向位置处。
导电罩区段和轴之间的连接尤其是电连接，该电连接至少在大电流、特别是闪电感应的电流的传导期间持续存在于风力涡轮机中。轴与壳体的导电罩区段可以彼此永久地电连接。还可能的是，在风力涡轮机中出现大电流期间，例如通过包括一个或多个小气隙来建立导电罩区段和轴之间的电连接，所述小气隙通常是绝缘的，但是其通过击穿、特别是通过电弧形成而被桥接，并且因此例如在闪电感应电流的接地期间变得导电。
由所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置创建导电罩区段和轴之间的连接。所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置在轴的轴向方向上分离，使得在所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置之间的轴部段平行于壳体的导电罩区段被连接。
围绕轴的部段的导电罩区段以及导电装置可以形成法拉第笼。因此，被布置在所述至少一个第一导电装置和所述至少一个第二导电装置之间的轴向位置处并且将轴支撑在特别是壳体的导电罩区段上的至少一个轴承在闪电打击的情况下受到保护。闪电打击通常击中风力涡轮机的转子叶片，并且通过转子叶片传导至轮毂。闪电电流从轮毂流过风力涡轮机的轴。通过第一导电装置，电流可以部分地在壳体的导电罩区段中流动，该导电罩区段例如经由连接到塔架并且因此接地的壳体的基架被接地。部分电流仍然可以流过轴，其中可以通过所述至少一个第二导电装置而发生该部分电流的接地，该第二导电装置也连接到壳体的导电罩区段，并且因此经由基架和塔架至接地。第二导电装置也可以用作通过轴的电流路径的末端，从而减少或防止电流在轴的与轮毂相对的端部上的反射。
对于轴的该部段，导电罩区段充当同轴屏蔽，其中在第一和第二导电装置之间到轴的传输阻抗低，使得导电罩区段中的大电流仅在轴和导电罩区段之间引起小的电压差，并且因此也在被布置在轴和导电罩区段之间的轴承上引起小的电压差。
风力涡轮机的壳体可以形成风力涡轮机的机舱，或者它可以是形成机舱的壳体布置结构的部分。导电罩区段是壳体的部分，并且例如是壳体和/或机舱的主框架。导电罩区段可以直接支撑在壳体的基架上，其中基架被支撑在风力涡轮机的塔架上。
在本发明的优选实施例中，第一导电装置可以包括导电板构件，该导电板构件具有围绕轴的圆形开口，其中该圆形开口的直径大于轴的直径，使得至少部分地在轴的外圆周与板构件的圆形开口之间形成间隙。轴与特别是环形板构件之间的间隙可以形成火花间隙，可以通过轴和板构件之间相对低的电压差来桥接该火花间隙。可以通过电弧来桥接火花间隙，这使得经由第一导电装置实现的轴和导电罩区段之间的连接是导电的。
间隙的击穿电压或在间隙中引起电弧放电的电压分别使得第一导电装置导电。该电压取决于间隙的宽度并且取决于其他参数，例如取决于空气湿度等，并且可以例如具有大约1 kV的幅度。与闪电打击期间可能出现的电压差相比，这种电压相对低。特别地，在风力涡轮机现场处的标准操作条件下，击穿电压可能低于1 kV。
为了还保持轴和导电罩区段之间的电压差低，所期望的是，所述至少一个第一导电装置具有低的自感。由于闪电感应电流分别可能随时间迅速改变或者具有大的di(t)/dt，因此，如果所述至少一个第一导电装置的自感低，则在第一导电装置上或者在轴和导电罩区段之间分别仅有小的电压降。因此，被布置在轴的部段与导电罩区段之间的轴承上的电压降也保持较低，并且轴承受到保护。通过将板构件用于所述至少一个第一导电装置，可以实现低自感。
此外，根据本发明，板构件的外圆周可以附接到导电柔性构件，特别是柔性金属膜或柔性金属网，其中导电柔性构件附接到壳体的导电罩区段。优选地，板构件的外圆周具有与壳体的导电罩区段的外圆周相同的形状。这可以是例如圆形几何结构，其中壳体的导电罩区段可以包括圆柱形几何结构，其中圆形板构件通过使用导电柔性构件附接到圆形端面中的一者。导电柔性构件的柔性、以及因此板构件附接到壳体的导电罩区段的柔性允许对轴弯曲进行补偿，轴弯曲可能在风力涡轮机运行期间发生。因为导电柔性构件是导电的，所以从轴流过板构件的电流可以从板构件传导到壳体的导电罩区段中。
在本发明的优选实施例中，至少一个弹簧可以布置在壳体与板构件的径向表面之间，其中弹簧在轴的径向方向上对板构件施加力。由弹簧施加在板构件上的力可以导致板构件和轴之间的接触。因此，板构件和轴之间的电连接在板构件和轴之间的接触区域中以及在轴和板构件之间的间隙中都是可能的，该间隙由于板构件的圆形开口与轴的直径之间在直径上的差异而被保持。弹簧将板构件推向轴，使得当轴发生弯曲时也可以维持板构件和轴之间的接触。
根据本发明，轴可以在其外圆周上、在所述至少一个第一导电装置的轴向位置处包括导电磨损环。在所述至少一个第一导电装置的轴向位置处提供围绕轴的外圆周的磨损环避免或至少减轻了由于轴和所述至少一个第一导电装置之间的接触而可能随时间发生的、轴的损坏或磨损的发生。磨损环的应用的优点在于在磨损环磨损或损坏的情况下，磨损环可以容易地被更换，并且轴保持未受损或未受磨损影响。当然，如果需要，也可以在轴和所述至少一个第二导电装置之间提供磨损环。
在本发明的优选实施例中，板构件可以包括与轴处于接触的至少一个电绝缘的间隔构件，特别是辊或滑靴，其中板构件保持与轴处于接触或与轴稍微分离。特别地，间隔构件可以布置在与弹簧相同的周向位置上，使得在板构件和轴之间的间隙被维持或者使得在板构件和轴之间的接触被维持。
在本发明的优选实施例中，第一导电构件可以包括至少部分地被布置在板构件的圆形开口和轴之间的至少一个电刷接触件，特别是弹簧加载的电刷接触件，其中所述至少一个电刷接触件被电连接到板构件并且与轴处于直接接触。
通过电刷接触件，形成与轴的滑动电接触。这具有的优点是，不需要用于桥接板构件和轴之间的气隙的电压，使得电流可以直接在壳体的导电罩区段中流动。而且，通过使用弹簧加载的电刷接触件，对轴弯曲的补偿是可能的，这是因为，由于电刷接触件的弹簧加载，即使轴在风力涡轮机运行期间弯曲，电刷接触件和轴之间的接触也得以维持。与导电罩区段和轴之间的电刷接触件的单独使用相比，板构件和所述至少一个电刷接触件的组合可以减少第一导电装置的自感。而且，不需要使用如前所述的导电柔性构件，并且板构件可以直接附接到壳体。特别地，第一导电装置包括多个电刷接触件，例如8至12个电刷接触件。优选地，围绕轴来均匀布置电刷接触件。
在本发明的优选实施例中，板构件可以由被附接到彼此的多个部段、特别是四个环形部段构成，和/或板构件包括在圆形开口周围的锥形边缘。由多个部段构成的板构件可以容易地安装到壳体的导电罩区段。例如，可以使用四个部段，该四个部段中的每个部段覆盖轴的圆周的90度。当然，任何其他数目的、尤其是形状相同的部段也是可以的。圆形开口周围的锥形边缘减少了轴和板构件之间的接触面积，并且因此可以分别减少对轴或磨损环的磨损。而且，锥形边缘分别增加了板构件和轴或磨损环之间的场强度，使得与非锥形边缘相比，分别在较低的电压下引起火花间隙的飞弧（flash over）或桥接，这是因为尖锐边缘周围的电场强度被增加。
根据本发明，磨损环可以由不同于第一导电装置的材料制成，或者由第一导电装置的与磨损环相邻布置的一部分制成。特别地，磨损环由不同于第一导电装置的板构件或电刷接触件的材料制成。例如，磨损环可以由钢制成，并且板构件可以由铝制成，或者磨损环可以由铝制成，并且板构件可以由钢制成。还可能的是，使用由铝或钢构成的磨损环以及由金属石墨混合物制成的一个或多个电刷接触件。针对磨损环以及针对所述至少一个第一导电装置、或者针对第一导电装置的与磨损环相邻布置的部分使用两种不同的材料避免了在闪电感应电流的传导期间磨损环与第一导电装置的焊接。
在本发明的优选实施例中，第二导电装置可以包括被电连接到壳体的导电罩区段并且与轴处于直接接触的至少一个电刷接触件，特别是弹簧加载的电刷接触件。可以将多个弹簧电刷用作第二导电装置。用作第二导电装置的弹簧加载的电刷接触件可以直接布置在壳体的导电罩区段和轴之间。
在本发明的优选实施例中，可以使得第二导电装置的电阻高于第一导电装置电阻。提供比第一导电装置具有更高电阻的第二导电装置导致对在轴和壳体之间振荡的电流的抑制。而且，通过轴的部段的电流路径的末端可以被终止，从而避免或减少电流在轴的与轮毂相对的端部处的反射。而且，如果第二导电装置的电阻也较高，则可以容许具有比第一导电装置的自感更高的自感的第二导电装置。
在本发明的优选实施例中，所述至少一个轴承可以是滑动轴承，其中特别地，一对滑动轴承在轴的部段上彼此轴向分离地布置。当然，在轴的部段与壳体的导电罩区段之间布置三个或更多个轴承也是可以的。
附图说明
从下文所讨论的实施例以及从附图，本发明的附加优点和细节变得显而易见。附图示出了：
图1是根据本发明的风力涡轮机的示意性侧视图，
图2是根据本发明的风力涡轮机的第一实施例的示意性侧视图，
图3是根据本发明的风力涡轮机的第一实施例的正视图，
图4是根据本发明的风力涡轮机的等效电路图，
图5是描绘闪电打击期间风力涡轮机中的电压和电流的时间曲线的第一图解，
图6是描绘闪电打击期间风力涡轮机中的电压和电流的时间曲线的第二图解，
图7是根据本发明的风力涡轮机的第二实施例的侧视图，以及
图8是根据本发明的风力涡轮机的第二实施例的正视图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的风力涡轮机1的示意性侧视图。风力涡轮机1包括附接到风力涡轮机1的轮毂3的多个转子叶片2。轮毂3连接到位于风力涡轮机1的机舱5中的轴4。风力涡轮机1包括壳体6，轴4由两个轴承7支撑在该壳体6上。轴承7可以是例如滑动轴承。风力涡轮机1的机舱5布置在风力涡轮机1的塔架8上。壳体6可以是机舱5的部分。在图2或图4中分别示出轴4和壳体6的更详细视图。
图2示出了根据本发明的风力涡轮机1的示意性侧视图。基架9将壳体6支撑至风力涡轮机1的塔架8。壳体6包括导电罩区段10，该导电罩区段10通过第一导电装置11和多个第二导电装置23连接到轴4，并且围绕轴4的轴向部段21。两个轴承7将轴4支撑在壳体6的导电罩区段10上。
第一导电装置11包括板构件12，该板构件12通过导电柔性构件13固定到壳体6的导电罩区段10，该导电柔性构件13是导电的并且由金属网或柔性金属膜构成。如从图3可以看见的，图3描绘了第一导电装置11的正视图，板构件12具有圆形形状并且包括圆形开口24,圆形开口的直径大于轴4的直径，从而部分地形成围绕轴4的间隙17。轴4包括在第一导电装置11的轴向位置处的磨损环14。导电柔性构件13布置在板构件12的外圆周上并且连接到壳体6的导电罩区段10，其中导电罩区段10具有圆柱形几何结构，该圆柱形几何结构具有对应于板构件12的外直径的直径。板构件12由四个部段15形成，该四个部段15中的每个部段覆盖轴4的外圆周的90度。四个部段15附接到彼此，从而形成板构件12。板构件12由金属构成并且包括围绕圆形开口的锥形边缘25，以分别减少板构件12和轴4或磨损环14之间的接触面积。而且，板构件12的锥形边缘25可以分别增加第一导电装置11和轴4或磨损环14之间的电场强度，并且因此降低飞弧电压。
如从图2中显而易见的，在板构件12和壳体6之间布置弹簧16，该弹簧16在轴4的径向方向上将力施加在板构件12的径向表面上。间隔构件26布置在板构件12上，其中，即使在风力涡轮机1运行期间可能发生轴4弯曲的情况下，间隔构件26也维持板构件12的下部和轴4之间的接触，弹簧16的力作用在板构件12的下部上。由于弹簧16和导电柔性构件13二者的柔性，因此板构件12和轴4之间的接触被维持。间隔构件26是电绝缘的，并且可以是例如由绝缘塑料材料制成的辊或滑靴。
替代性地，可能的是，不使用任何间隔构件14和任何弹簧16并且不将板构件12推向轴4，使得在正常操作中在轴4和板构件12之间的轴4的整个圆周上形成间隙17。然而，在所描绘的实施例中，由于弹簧16，仅在轴4和板构件12之间的轴4的圆周的一部分上由于板构件12和轴4的圆形开口24的直径方面的差异而形成间隙17。
第二导电装置23被提供成弹簧加载的电刷接触件，其包括弹簧18和电刷接触件19并且将壳体6的导电罩区段10连接到轴4。轴承7各自布置在第一导电装置11的轴向位置和第二导电装置23的轴向位置之间的轴向位置处。
在如箭头20所表征的闪电感应电流IL发生的情况下，部分电流可以通过第一导电装置11流到壳体6的导电罩区段10中。第一导电装置和轴4或轴4的磨损环14之间的间隙17分别形成火花间隙，该火花间隙在轴和第一导电装置11之间的特定电压差下变得导电。间隙17中的该空气击穿电压可以是例如大约1 kV，在该空气击穿电压下，由于电弧放电而发生导电。
由于第一导电装置11的提供，在闪电电流的情况下，获得了轴4和导电罩区段10之间的电连接，使得闪电电流IL的一部分通过第一导电装置11流到导电罩区段10中。当然，部分电流也将流过由导电罩区段10包围的轴向部段21。在轴4中剩余的电流流过轴4的轴向部段21并且经由第二导电装置23被接地，该第二导电装置23建立了轴4与壳体6的导电罩区段10之间的电连接。导电罩区段10经由基架9和塔架8被接地。
壳体6的导电罩区段10以及第一导电装置11和第二导电装置23在轴4的轴向部段21周围形成罩法拉第笼，从而保护被布置在由于轴向部段21和导电罩区段10之间的轴承7免受在闪电打击情况下的高电压差。由于由第一导电装置11和第二导电装置12建立的电连接，壳体6的导电罩区段10作为轴4的同轴壳工作。因为快速改变的磁场不能穿透该同轴壳，所以实现了该同轴组装件的低传输阻抗，使得在导电罩区段10中流动的电流将在轴4和导电罩区段10之间仅生成可忽略不计的电压差，从而使得轴承7上的电压降也较低。因此，保护轴承7免受由于闪电打击所导致的闪电电流所引起的损坏。
由于板构件12，第一导电装置11包括低自感。因此，分别随着时间快速改变或具有大的di(t)/dt的闪电电流IL在其在风力涡轮机1中的传播期间仅在第一导电装置11上、并且因此在轴4与壳体6的导电罩区段10之间引起小的电压降。
考虑到图4的等效电路图，可以理解保护轴承7的效果。在该图解中，IL是闪电打击所感应的电流，C1类似于轮毂3的电容，L1是轴4的在轮毂3和第一导电装置11之间的一部分的电感，并且节点A表示第一导电装置11的轴向位置。轴4的轴向部段21与壳体6的导电罩区段10由电感率L2和传输线T1描述，传输线T1连接到第一导电装置11的自感L3。假定导电罩区段10处于接地电势上。
由电阻R1和将轴4的轴向部段21连接到导电罩区段10的电感率L4来描述至少一个第二导电装置23。间隙17的击穿电压被描述为开关S1，该开关S1在击穿电压下闭合并且通过第一导电装置11在轴4和导电罩区段10之间建立电连接。击穿电压分别是节点A处的电压VA的阈值或第一导电装置11的轴向位置处轴4的电压的阈值。
在图5中，示出了基于等效电路所创建的第一图解。作为第一曲线，闪电感应电流IL被示出，并且作为第二曲线，节点A处的电压VA被描绘。对于等效电路的部件，假定下列值：C1 = 10 nF、L1 = 50 nH、L2 = 2 µH、R1 = 100 mΩ、L4 = 75 nH。对于传输线T1，假定传输延迟为20 ns并且特性阻抗为20 Ω。作为击穿电压，假定其值为1 kV。使用第一导电装置的自感L3 = 150 nH来计算图5中的曲线。
然而，在图6中，假定第一导电装置11的自感仅是L3 = 3 nH。从图5和图6，变得显而易见的是，第一导电装置11的低自感显著减少了节点A处的电压VA的幅度，并且因此减少了轴4与壳体6的导电罩区段10之间的电压差。第一导电装置11的这种低自感可以例如通过使用如先前所描述的板构件12被实现。应当注意到，火花电压的值可以不同于1 kV的值，这是因为它取决于间隙17的宽度以及如空气湿度等其他参数二者。由于通过第一连接装置11实现的轴与壳体的导电罩区段10之间的小电压差，被布置在轴4与壳体的导电罩区段10之间的轴承7被保护免受流过轴承7的大电流所引起的损坏。
在图7中描绘风力涡轮机1的第二实施例。该第二实施例仅在第一导电装置11方面不同于第一实施例。第二实施例中的第一导电装置11包括板构件12以及多个弹簧加载的电刷接触件22，所述多个弹簧加载的电刷接触件22被布置在板构件12的内圆周上，从而在第一导电装置11的轴向位置处接触轴4。在该示例中，另外，磨损环14被提供在第一导电装置11和轴4之间。
图8中描绘了第一导电装置11的前视图，图8示出了弹簧加载的电刷接触件22在轴4周围的分布。除了四个弹簧加载的电刷接触件22之外，也可以使用如八个或十二个的不同数目的电刷接触件22。通过使用更多的电刷接触件22，可以进一步减少第一导电装置11的自感。由于弹簧加载的电刷接触件22能够补偿轴4的弯曲，因此板构件12被直接附接到壳体6的导电罩区段10。由于第一导电装置11的电刷接触件22与轴4之间的直接接触，不需要间隙17的击穿电压，并且通过第一导电装置11实现的轴4和导电罩区段10之间的电连接一直被维持。
磨损环14由分别与板构件12或电刷接触件22的材料不同的材料构成。对不同材料的使用，例如对以下各项的使用阻止磨损环和第一导电装置11之间的焊接：用于磨损环14的铝或钢以及用于电刷22的金属石墨混合物，或者在第一实施例中，用于磨损环14的铝以及用于板构件12的钢，或者用于磨损环14的钢以及用于板构件12的铝。当然，可能的是：不使用磨损环14，并且第一导电装置与轴4处于直接接触。在该情况下，轴4可以由钢制成并且板构件12可以由铝制成。
尽管已经参照优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，技术人员能够从所公开的示例中得出其他变型。
Claims (16)
1.一种风力涡轮机，其包括被连接到在轴向方向上延伸的可旋转的轴(4)的轮毂(3)以及将所述轴(4)支撑在壳体(6)上的至少一个轴承(7)，其中所述壳体(6)包括导电罩区段(10)，所述导电罩区段(10)至少部分地围绕所述轴（4）的轴向部段（21），其特征在于，所述导电罩区段(10)通过至少一个第一导电装置(11)和至少一个第二导电装置(23)连接到所述轴(4)，其中所述至少一个第一导电装置(11)和所述至少一个第二导电装置(23)都被布置成在所述轴向方向上彼此间隔开，其中所述至少一个轴承(7)被布置在所述轴(4)的轴向部段(21)与所述壳体(6)的导电罩区段(10)之间、在所述至少一个第一导电装置(11)和所述至少一个第二导电装置(23)之间的轴向位置处。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一导电装置(11)包括导电板构件(12)，所述导电板构件(12)具有围绕所述轴(4)的圆形开口(24)，其中所述圆形开口(24)的直径大于所述轴(4)的直径，使得在所述轴(4)和所述板构件(12)之间至少部分地形成间隙(17)。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述板构件(12)的外圆周被附接到导电柔性构件(13)，其中所述导电柔性构件(13)被附接到壳体(6)的所述导电罩区段(10)。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于，至少一个弹簧(16)被布置在所述壳体(6)与所述板构件(12)的径向表面之间，其中所述弹簧(16)在所述轴(4)的径向方向上在所述板构件(12)上施加力。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述板构件(12)包括至少一个电绝缘间隔构件(26)，所述至少一个电绝缘间隔构件(26)与所述轴(4)处于接触，其中所述板构件(12)保持与所述轴(4)处于接触或与所述轴(4)稍微分离。
6.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一导电装置(11)包括至少一个电刷接触件(22)，所述至少一个电刷接触件(22)至少部分地被布置在所述板构件(12)的所述圆形开口(24)与所述轴(4)之间，其中所述至少一个电刷接触件(22)被电连接到所述板构件(12)并且与所述轴(4)处于直接接触。
7.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述板构件(12)由被附接到彼此的多个部段(15)构成，和/或所述板构件(12)包括在所述圆形开口(24)周围的锥形边缘(25)。
8.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述轴(4)在其外圆周上在所述至少一个第一导电装置(11)的轴向位置处包括导电磨损环(14)。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于，所述磨损环(14)由不同于所述第一导电装置(11)的材料制成，或者由所述第一导电装置(11)的与所述磨损环(14)相邻布置的一部分制成。
10.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第二导电装置(23)包括至少一个电刷接触件，所述至少一个电刷接触件被电连接到所述壳体(6)的所述导电罩区段(10)并且与所述轴(4)处于直接接触。
11.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第二导电装置(23)具有比所述第一导电装置(11)的电阻更高的电阻。
12.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述至少一个轴承(7)是滑动轴承。
13.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述导电柔性构件(13)是柔性金属膜或柔性金属网。
14.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电绝缘间隔构件(26)是辊或滑靴。
15.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电刷接触件(22)是弹簧加载的电刷接触件(22)。
16.根据权利要求12所述的风力涡轮机，其特征在于，一对滑动轴承在所述轴(4)的轴向部段(21)上彼此轴向分离地布置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP18197215.9A EP3628864B1 (en) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | Wind turbine |
| EP18197215.9 | 2018-09-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110953128A CN110953128A (zh) | 2020-04-03 |
| CN110953128B true CN110953128B (zh) | 2021-08-27 |
Family
ID=63685896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910923157.4A Expired - Fee Related CN110953128B (zh) | 2018-09-27 | 2019-09-27 | 风力涡轮机 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11346327B2 (zh) |
| EP (1) | EP3628864B1 (zh) |
| CN (1) | CN110953128B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3628864B1 (en) * | 2018-09-27 | 2021-07-21 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Wind turbine |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE429279B (sv) * | 1982-10-15 | 1983-08-22 | Ericsson Telefon Ab L M | Overspenningsskydd vid en anordning med tva i forhallande till varandra rorliga delar |
| DE102007052525B4 (de) * | 2007-11-01 | 2009-08-27 | Innovative Windpower Ag | Vorrichtung zum Ableiten eines Blitzes bei einer Windenergieanlage |
| NO327276B1 (no) | 2007-11-08 | 2009-06-02 | Chapdrive As | Vindturbin med elektrisk svivel |
| FR2933544B1 (fr) * | 2008-07-03 | 2016-05-06 | Alstom Transport Sa | Machine comprenant un dispositif de continuite electrique entre sa structure porteuse et son arbre |
| GB2469520A (en) * | 2009-04-17 | 2010-10-20 | Tyco Electronics Ltd Uk | Wind Turbine Lightning Protection And Monitoring Systems |
| EP2336560A1 (en) | 2009-12-15 | 2011-06-22 | Vestas Wind Systems A/S | Lightning current transfer assembly for a wind turbine |
| DK2520796T3 (en) * | 2011-05-03 | 2015-08-24 | Siemens Ag | Lightning protection system for a windmill and method for protecting components of a windmill against lightning |
| DE102011106535B4 (de) * | 2011-07-05 | 2023-05-17 | Zf Friedrichshafen Ag | Antriebsstrang einer Strömungskraftanlage |
| DK2766602T4 (en) | 2012-01-27 | 2019-04-23 | Siemens Ag | Rental device for a wind turbine |
| US20130336786A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-19 | Clipper Windpower, Llc | Automatic Inspection of a Lightning Protection System on a Wind Turbine |
| CN103603775B (zh) | 2013-11-22 | 2016-06-01 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 防雷装置、直驱风力发电机组及其雷电防护方法 |
| CN204253289U (zh) | 2014-11-17 | 2015-04-08 | 中国第一重型机械股份公司 | 一种具有雷电保护功能的直驱风机 |
| EP3628864B1 (en) * | 2018-09-27 | 2021-07-21 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Wind turbine |
-
2018
- 2018-09-27 EP EP18197215.9A patent/EP3628864B1/en active Active
-
2019
- 2019-09-23 US US16/579,352 patent/US11346327B2/en active Active
- 2019-09-27 CN CN201910923157.4A patent/CN110953128B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11346327B2 (en) | 2022-05-31 |
| EP3628864B1 (en) | 2021-07-21 |
| US20200102937A1 (en) | 2020-04-02 |
| EP3628864A1 (en) | 2020-04-01 |
| CN110953128A (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2513476B1 (en) | Lightning current transfer assembly for a wind turbine | |
| US4625256A (en) | Overvoltage protector for a device having two parts movable relatively to each other | |
| CA2488515C (en) | Lightning protection means for a wind turbine | |
| US20170152839A1 (en) | Lightning current transfer arrangement of a wind turbine | |
| CN110582637B (zh) | 包括用于传递雷电流并且用于提供emf屏蔽的接地系统的风力涡轮机 | |
| CN110953128B (zh) | 风力涡轮机 | |
| AU2002300426B2 (en) | Electrical component with fault arc protection | |
| AU2005200514A1 (en) | Electrical component with fault-arc protection | |
| US4385338A (en) | Power connector with overvoltage protection | |
| EP3080447B1 (en) | Rotor-blade discharge unit for wind turbines | |
| KR20160008235A (ko) | 풍력 발전 설비, 그리고 풍력 발전 설비용 피뢰 유닛 | |
| US20200291925A1 (en) | Lightning protection system for a wind turbine and wind turbine comprising such a lightning protection system | |
| CN112443463A (zh) | 风力涡轮机 | |
| US11519389B2 (en) | Electrical protection system for wind turbines | |
| EP3935280B1 (en) | Electrical connection device for a wind turbine, wind turbine and method for producing an electrical connection device | |
| US11506181B2 (en) | Smart wind turbine blade with active components comprising a lightning protection system | |
| KR102570878B1 (ko) | 피뢰기용 다중 접점형 단로기 스위치 | |
| WO2022218607A1 (en) | Connector arrangement for a wind turbine down conductor, and wind turbine | |
| CN112177866A (zh) | 用于风力涡轮机的闪电排放系统 | |
| JP2017053251A (ja) | 風力発電装置および誘雷装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210827 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |