CN111720274A - 用于改善雷电防护的机舱罩 - Google Patents

Abstract

风力涡轮机（10）包括：毂（13）；至少一个叶片（17），其固定到所述毂（13）；机舱（12），所述毂（13）可旋转地安装在所述机舱上以用于绕旋转轴线（Y）旋转；塔架（11），所述机舱（12）安装在所述塔架上；经受雷击击中的多个击中区域（20）。机舱（12）包括外罩（14），该外罩具有包括导电材料的第一多个部分（24）和包括非导电材料的第二多个部分（34），所述第一多个部分（24）至少沿着在所述多个击中区域和塔架（11）之间的路径布置。

Description

用于改善雷电防护的机舱罩

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机的机舱，其具有用于提供有效雷电防护的罩。

背景技术

在风力涡轮机中，必须提供雷电防护装置以用于将雷击从冲击点向下引导到地面。叶片是最典型的风力涡轮机部件，其经受雷击的击中。通常，雷电防护装置因此必须将雷击从叶片引导通过毂结构和风力涡轮机主轴到达机舱罩和塔架，下至地面。根据已知的集肤效应，从冲击点流向地面的电流自然倾向于朝向机舱的外部罩移动。

本发明的范围是通过优化机舱罩的导电性，在用于风力涡轮机的机舱中提供用于雷击的朝向地面的优化电流路径。

发明内容

该范围可以通过根据独立权利要求的主题来实现。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

根据本发明，提供了一种风力涡轮机，包括：

毂，

至少一个叶片，其固定到所述毂，

机舱，所述毂可旋转地安装在所述机舱上以用于绕旋转轴线旋转，

塔架，所述机舱安装在所述塔架上，

经受雷击击中的多个击中区域，

其中，所述机舱包括外罩，所述外罩具有包括导电材料的第一多个部分和包括非导电材料的第二多个部分，所述第一多个部分沿着至少在所述多个击中区域和所述塔架之间的路径布置。

击中区域可以位于叶片上或机舱的与毂相对的后部区段上。

一旦从预期的击中区域和地面限定了雷击的最佳电流路径，包括导电材料的第一多个部分和包括非导电材料的第二多个部分就能够彼此相对地布置以沿着所述路径引导雷击。

相对于完全由导电材料制成或完全由非导电材料制成的机舱罩，本发明的机舱罩提供了多个优点，其中：

增强了雷电路径朝向机舱的外表面的自然行为（集肤效应），

提高了根据IEC 61400-24标准的雷电防护的水平，这能够降低对机舱内部的电气部件的要求，从而节约成本，

增加了最终存在于机舱内部的操作者的防护水平，

减少了对周围环境的电磁兼容性发射，

减少了昂贵且重的导电部分（特别是由钢制成）的数量，由此也降低了机舱的成本和重量，

减少了在改善的雷电路径中的部件上进行维修所需的维护时间。

在本发明的实施例中，外罩的包括导电材料的一部分可以设置在机舱的邻近毂的前部区段中。这种部分可以提供与风力涡轮机的塔架的良好电连接，以用于将雷击向下引导到地面。替代地或附加地，外罩的包括导电材料的一部分可以设置在机舱的与毂相对的后部区段中。有利地，这种布置结构提供了用于击中机舱的后部区段的雷击的优化路径。外罩的包括导电材料的一部分可以设置在机舱的中间区段中，用于连接机舱的前部区段和后部区段。这种布置结构可以提供用于击中机舱的后部区段的雷击的朝向前部区段和塔架的优化路径。

在本发明的实施例中，第一多个部分可以包括钢或其它导电金属。第二多个部分可以包括玻璃纤维或铝非导电合金或其它非导电金属。可以特别选择在火灾的情况下也是有效防护的材料。

本发明的上述方面和其它方面从下文要描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考实施例的这些示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于所述示例。

附图说明

图1示出了包括根据本发明的雷电防护装置的风力涡轮机的示意性侧视图。

图2示出了图1的涡轮机的实施例的局部示意性轴测图。

具体实施方式

附图呈示意性形式。相似或相同的元件由相同或不同的附图标记表示。

图1示出了用于发电的传统风力涡轮机10。风力涡轮机10包括在一个底端处安装在地面16上的塔架11。在塔架11的相对顶端处安装有机舱12。机舱12通常安装成可相对于塔架11旋转，该塔架被称为包括基本垂直于地面16的偏航轴线Z。机舱12包括机舱外罩14，并且通常容纳风力涡轮机的发电机以及齿轮箱（如果风力涡轮机是齿轮传动的风力涡轮机的话）。如果风力涡轮机是直驱式风力涡轮机，则不存在齿轮箱。本发明通常可以应用于两种类型的风力涡轮机：齿轮传动的风力涡轮机和直驱式风力涡轮机。

风力涡轮机10包括毂13，其可旋转地附接到机舱12，以用于围绕转子轴线Y旋转，转子轴线Y是机舱12的纵向轴线Y。当没有不同地说明时，术语轴向、径向和周向在下文中参照纵向转子轴线Y来进行。毂13通常被描述为风力涡轮机转子的一部分，其中风力涡轮机转子能够绕转子轴线Y旋转并且能够将旋转能传递到发电机（未示出）。

风力涡轮机1还包括安装在毂13上的至少一个叶片17 （在图1的实施例中，风力转子包括三个叶片17，其中仅两个叶片17是可见的）。叶片17相对于旋转轴线Y基本上径向地延伸。

风力涡轮机1包括雷击可能经受击中风力涡轮机的多个击中区域20。多个击中区域20包括风力涡轮机10的叶片17的外表面，特别是叶片17的径向端部（尖端）。其它击中区域位于机舱的与毂相对的后部区段。根据风力涡轮机的类型和尺寸，可以预见其它击中区域。

图2示出了机舱12的外罩14的实施例的细节，外罩14包括第一多个部分24，其包括导电材料。特别地，第一多个部分24可以由导电材料构成。导电材料可以是钢或任何其它导电金属。外罩14包括第二多个部分34，其包括非导电材料。特别地，第二多个部分34可以由非导电材料构成。非导电材料可以是玻璃纤维、非导电铝合金或另一非导电材料。第一多个部分24至少沿着在任何击中区域20和塔架11之间的电流路径布置。一旦限定了一个或多个电流路径，所述电流路径将击中区域20朝向塔架11和地面16连接，第一多个导电部分24可以被布置成限定这种路径。电流路径可以在还考虑到当雷击击中风力涡轮机时发生的集肤效应的情况下被优化。多个非导电部分34布置在多个导电部分24之间，用于隔离机舱外罩14的不包括在击中区域20和塔架11之间的路径中的部分。

参考图2中所示的实施例，外罩14包括邻近毂13的前部区段18、与毂13纵向相对的后部区段19以及插设在前部区段18和后部区段19之间的中间区段21。前部区段18包括导电材料。前部区段18可以在毂13与塔架11之间提供导电路径，以用于将雷击从叶片引导到塔架11和地面16。后部区段19也包括导电材料。后部区段19中的导电材料可以为附接到风力涡轮机的发电机的变压器提供防护。后部区段19中的导电材料可以与前部区段18中的导电材料不同。中间区段21包括用于连接导电前部区段18和后部区段19的导电部分24。中间区段21中的导电材料可以与前部区段18和/或后部区段19中的导电材料不同。中间区段21还包括在导电部分24之间延伸的非导电部分34。导电部分24限定了连接后部区段19和前部区段18的电流路径。后部区段19以及中间区段21的导电部分24可以提供机舱12的与毂13相对的后部区段与前部区段18之间的电流路径。电流路径可以从前部区段18继续到塔架11，以用于将雷击从机舱12的后部区段引导到塔架11和地面16。

根据本发明的另一实施例（未示出），第一多个部分24和第二多个部分34可以具有其它布置结构，这取决于击中区域与风力涡轮机的塔架之间的预先限定路径或期望路径。任何实施例可以在第一多个部分24和/或第二多个部分34的数量、位置、形状和尺寸方面将其自身与其它实施例区分开。

Claims (9)

1.一种风力涡轮机（10），包括：

毂（13），

至少一个叶片（17），其固定到所述毂（13），

机舱（12），所述毂（13）可旋转地安装在所述机舱上以用于绕旋转轴线（Y）旋转，

塔架（11），所述机舱（12）安装在所述塔架上，

经受雷击击中的多个击中区域（20），

其中，所述机舱（12）包括外罩（14），所述外罩具有包括导电材料的第一多个部分（24）和包括非导电材料的第二多个部分（34），所述第一多个部分（24）至少沿着在所述多个击中区域（20）与所述塔架（11）之间的路径布置。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机（10），其中，所述多个击中区域（20）的至少一部分位于所述风力涡轮机的至少一个叶片（17）上。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机（10），其中，所述多个击中区域（20）的至少一部分位于所述机舱（12）的与所述毂（13）相对的后部区段（19）上。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述外罩（14）的包括导电材料的至少一部分（24）设置在所述机舱（12）的邻近所述毂（13）的前部区段（18）中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述外罩（14）的包括导电材料的至少一部分（24）设置在所述机舱（12）的与所述毂（13）相对的后部区段（19）中。

6.根据权利要求4或5中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述外罩（14）的包括导电材料的至少一部分（24）设置在所述机舱（12）的中间区段（21）中，以用于连接所述机舱（12）的所述前部区段（18）和所述后部区段（19）。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述第一多个部分（24）包括钢。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述第二多个部分（34）包括玻璃纤维。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（10），其中，所述第二多个部分（34）包括铝。

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