CN113417814B - 一种避雷设备和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组，其特征在于，包括叶片、避雷针、第一接闪球、第二接闪球、第一引下线、转轴、空腔和孔洞，所述叶片内为空腔，所述空腔的顶端开设有孔洞，所述避雷针设置在叶片空腔内，并穿过空腔顶部开设的孔洞，所述第一接闪球设置在避雷针的中上部，且所述第一接闪球和避雷针尖端设置在孔洞外侧，在所述避雷针的中下部设置有转轴，并在避雷针的尾端设置有第二接闪球，所述转轴和所述第二接闪球设置在空腔内部，且所述第二接闪球的重量大于第一接闪球的重量；不仅防雷效果好，还可以有效避免雨水的浸泡，同时解决了磨损问题，具有使用寿命长，安全性高的特点。

Description

一种避雷设备和风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电避雷技术领域，尤其涉及一种风力发电机组。

背景技术

随着风电机组功率等级增大，塔筒的高度以及叶片的直径也逐渐增大，然而，这也增加了风电机组遭受雷击的风险，因此风电机组防雷技术的研究不容忽视。其中，在雷击损坏中，叶片最易遭受雷击。因此雷电导致的电流若不能及时引导泄入大地，极易对顶部组件造成损坏。

并且，目前市面上的防雷击装置对转动状态下的设备防侧雷击的效果并不够好，主要原因是在转动状态下很难保证避雷设备垂直于天空。

针对目前市面上使用的风力发电机组在进行雷电时无法有效防侧雷，造成顶部组件损坏的问题，同时对装置内部磨损、避免雨水浸泡问题，我们提出一种风力发电机组。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出的一种风力发电机组，不仅实现了防雷效果好，还可以有效避免雨水的浸泡，同时解决了磨损问题，具有使用寿命长，安全性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本技术方案提供一种避雷设备，包括避雷针以及设置在避雷针上的第一接闪球和第二接闪球，所述避雷针通过转轴安装在有避雷需求的装置内，且所述第一接闪球设置在避雷针的前段，所述第二接闪球设置在避雷针的后端，所述第二接闪球的重量大于第一接闪球，所述第二接闪球通过引下线接地。

进一步的，所述避雷针尖端和第一接闪球暴露在装置外。

本技术方案提供一种风力发电机组，包括叶片和上文所述的避雷设备，所述避雷设备设置在叶片中，所述叶片内为空腔，所述空腔的顶端开设有孔洞，所述避雷针设置在空腔内，且避雷针的尖端穿过孔洞伸出叶片；所述避雷针通过转轴安装在叶片内，且避雷针随转轴转动，所述第二接闪球设置在空腔内部。

进一步的，所述避雷针随转轴转动，且避雷针的转动幅度受到孔洞的限制，所述避雷针的转动幅度为120°，且当避雷针和其所在叶片的指向均竖直朝上时，避雷针左右两侧可发生转动的角度均为60°。

进一步的，风力发电机组的三个叶片中均安装有避雷设备，通过避雷针随转轴转动，当叶片转动时，处于最高位置的叶片中安装的避雷针竖直朝上。

进一步的，还包括安装在空腔内的隔板，所述隔板与空腔连接处密封实现叶片前端开口区域与后端区域的密封分隔。

进一步的，所述隔板设置有坡度，且所述隔板与叶片的连接处开设有排水孔。

进一步的，还包括第一引下线，第一引下线的一端连接第二接闪球，所述第一引下线的末端设置有导电柱；所述导电柱的一端伸入所述第一引下线尾端开设的槽中，且在导电柱的端面与第一引下线之间压接有弹簧；所述导电柱的另一端连接有电刷，所述电刷伸入换向环上开设的滑环中。

进一步的，所述叶片内设置有若干限位环，若干限位环组成供第一引下线穿过的通道。

进一步的，所述电刷为可在滑环中滑动的弧形板，所述电刷的两侧与滑环的两侧相贴合。本发明所用的技术方案，至少具有以下有益效果：

本方案提出的避雷设备将避雷针尖端暴露在装置外，可以进行有效对有避雷需求的装置起到避雷导电的作用。

进一步的，本方案提出的第二接闪球的重量大于第一接闪球，所本方案中第二接闪球的重量大于第一接闪球的重量，第二接闪球下压使避雷针保持向上翘起的状态，保证了三个扇叶上必有一个避雷针是处于最高的位置且垂直于天空，垂直可以有效地降低侧雷击的可能性，大幅度的减少了避雷针损坏的概率。

进一步的，本方案中的避雷针受中间的转轴与叶片尖端的孔洞限制，处于顶部的避雷针会在120°范围内转动。

进一步的，本方案中使用电刷和换向环进行旋转状态下导电的方式是目前最简单也最有效的方式，可以做到成本低、导电效率高。

进一步的，本方案中通过弹簧挤压导电柱，使电刷能够始终按压在滑环的内部，不仅解决了磨损问题，延长使用寿命，并在导电网的顶部同样安装有第一电极，提高了导电效率的同时，也加深了导电网的深度，提高了安全性。

进一步的，本方案在叶片空腔内设施有隔板，当叶片直立时，所述隔板具有向下倾斜的坡度，并在叶片与隔板的凸侧向连接处设置有两个排水孔，叶片与隔板凹侧向交界处做焊接密封处理，可以有效的将从孔洞处落入的雨水排出，可有效的避免风力发电机组遭受雨水浸泡。

进一步的，叶片的内部安装有限位环和连接杆，避免了过长的第一引下线会在内部晃动，甚至与叶片的内壁接触，接触时一旦发生击穿现象就会对叶片本体造成损坏，利用限位环和连接杆能够在击穿时能降低对叶片的损坏。

进一步的，采用第一电极，导电网和第二电极实现将由避雷针引入的电导入大地，以此来实现有效避雷。

附图说明

图1为本发明一种风力发电机组的整体外形的结构示意图；

图2为本发明一种风力发电机组的避雷针部分的剖视图；

图3为本发明一种风力发电机组的避雷针转动时的侧面剖视图；

图4为本发明一种风力发电机组的换向环部分的结构示意图；

图5为本发明一种风力发电机组的换向环部分的剖视图；

图6为本发明一种风力发电机组的电刷部分的结构示意图；

图7为本发明一种风力发电机组的弹簧部分的剖视图；

图中：叶片1；塔筒2；底座3；第一电极4；导电网5；第二电极6；避雷针7；第一接闪球8；孔洞；转轴10；第二接闪球11；第一引下线12；隔板13；限位环14；连接杆15；空腔16；换向环17；滑环18；固定套筒19；20、第二引下线20；21、圆钢21；导电柱22；电刷23；绝缘层24；弹簧25；排水孔26。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-图7所示，本实施例提供了一种风力发电机组，所述底座3的下方设置有第一电极4、导电网5和第二电极6，所述第一电极4设置在底座3下方，所述导电网5设置在第一电极4下方，所述第二电极6设置在导电网5下方，除所述底座3安装在地面上，所述第一电极4、导电网5和第二电极6均安装在地下，通过第二电极6向地面导电，可以避免对地面上的设备造成影响，有效提高安全性。

所述底座3的上方安装有塔筒2，所述塔筒2顶部与地面垂直一侧设置有三个叶片1，所述三个叶片1通过换向环17部分相连，每个叶片1内部设置有空腔16，叶片1顶部均设置有一孔洞9，所述孔洞9与空腔16相连，

所述叶片1远离换向环17的一侧，叶片1内部设置有一隔板13，所述隔板13非平面结构，且隔板13中部设置有一孔洞9，所述隔板13凹侧朝向换向环17，以便于汇集雨水，并且在叶片1与隔板13的凸侧向连接处设置有两个排水孔26，以便于将汇集的雨水排出，所述叶片1与隔板13凹侧向交界处做焊接密封处理，可有效的避免避雷针7部分遭受雨水浸泡。

所述叶片1内隔板13凹侧向设置有多个限位环14和连接杆15，所述限位环14设置在叶片1中轴线处，且所述连接杆15与限位环14相匹配，两个连接杆15与一个限位环14连接固定，所述多个相匹配的连接杆15与限位环14从叶片1内部隔板13处到叶片1末端等距排列，

从所述叶片1顶部向下依次设置有避雷针7、第一接闪球8、转轴10、第二接闪球11、第一引下线12，所述避雷针7、第一接闪球8、转轴10、第二接闪球11、第一引下线12与叶片1之间并无直接连接，依靠限位环14、隔板13中孔洞9和叶片1顶部孔洞9进行限位；

其中，第一接闪球8设置在避雷针7的中上部，所述第一接闪球8与避雷针7尖端设置在叶片1顶部外侧，此种设置方法可以在叶片1遭遇闪电雷击时，对叶片1尖端进行防雷导电保护作用，通过尖端效应，使闪电极大概率击中避雷针7的位置，通过避雷针7下端的第一接闪球实现加速电离作用，并将闪电的电流引导至第一引下线12内，以此避免叶片1遭受雷击造成损坏。

所述避雷针7的中下部设置有转轴10，所述转轴10的两端固定安装在叶片1的内壁上，转轴10承载避雷针7使其具有转动功能，避雷针7通过中间的转轴10使其可以在孔洞9所在的范围内转动，当风力发电机运行时，随着叶片1转动，所述避雷针7在孔洞9内转动的角度为120°，由于底端的第二接闪球11的重量大于第一接闪球8的重量，三个叶片1相配合使处于最高点的避雷针7始终处于垂直状态，使闪电能够始终精准的击中避雷针7的尖端部分，防止侧雷击现象的发生，从而对叶片1部分进行保护，

所述避雷针7的底端安装有第二接闪球11，所述转轴10与第一接闪球8均设施在叶片1空腔16顶部，隔板13凸侧以上位置，且所述第二接闪球11的重量大于第一接闪球8的重量，第二接闪球11下压使避雷针7保持向上翘起的状态

所述第二接闪球11的底部连接有第一引下线12，第一引下线12通过限位环14控制在叶片1的中轴线位置，避免与叶片1本体接触；

如图6-图7所示，所述第一引下线12内部设置有圆钢21，所述圆钢21表面设置有绝缘层24，所述圆钢21内设置有弹簧25与导电柱22，所述导电柱22与弹簧25沿圆钢21内中轴线设置，且所述导电柱22相较于弹簧25设置在远离叶片1一侧，

所述导电柱22设置在第一引下线12的尾端，所述导电柱22的另一端安装有电刷23，所述电刷23整体为弧形板，所述电刷23的两侧与滑环18的两侧相贴合，弧形电刷23增加了与滑环18的接触面积，保证电荷传导的通畅。电流通过第一引下线12后，通过电刷23和换向环17传导至第二引下线20内

通过弹簧25挤压导电柱22，使电刷23能够始终与滑环18的内壁紧密接触，从而避免电流断路的危险，解决了磨损问题，使用寿命更长，并将导电网5的顶部同样安装有第一电极4，提高了导电效率的同时，也加深了导电网5的深度，提高了安全性。

由图4-图5所示，所述第一引下线12的尾端安装有固定套筒19，所述固定套筒19贯穿了叶片1的根部，所述第一引下线12卡设在固定套筒19的内壁上，固定套筒19减小第一引下线12与叶片1之间的磨损，可以有效提高稳定性。

所述叶片1的一侧设置有换向环17，所述换向环17内开设有一滑环18，所述滑环18的底端连接有第二引下线20；电流通过电刷23和换向环17传导至第二引下线20内，直至第一电极4处，电流通过所述第二引下线20穿过塔筒2的内部，直接与第一电极4相连，并最终通过第一电极4、导电网5和第二电极6将电荷导入大地，实现对叶片1及后端发电舱室内的保护作用；并且底部的导电网5通过第一电极4向底部延伸一段距离，防止遭遇雷击时电荷大量积存在地面处，从而可能会对安放在地面上的设备造成影响，提高了安全性。

在本发明提出的避雷装置的某一具体实施例中，所述避雷装置由第一接闪球、第二接闪球和避雷针，通过在避雷针的前段和后端设置质量不同的两个接闪球，并将前段设置的接闪球命名为第一接闪球，后端设置的接闪球命名为第二接闪球，并且第二接闪球的质量大于第一接闪球，以此可以保证避雷针在第二接闪球的下压下可以保持竖直向上。

利用该避雷装置使用的技术方案的某一实施例中，可以将上述避雷装置设置在风力发电机组的叶片尖端来实现有效避雷，并且该叶片的尖端设置有孔洞，所述孔洞的大小为可让避雷针最大暴动幅度为120°为准，并在避雷针中部设置有转轴，转轴用于控制避雷针的转动最大幅度，和孔洞对避雷针的摆动共同作用。

所述第二接闪球的另一端连接有第一引下线，并有叶片中设置的隔板实现第一引下线在叶片上端的固定，并且所述隔板可以是锥形结构，在叶片向上直立时，隔板呈伞状形态是设置在叶片的空腔前段内部，并且隔板的上方，与叶片接触的地方，在叶片上设置有排水孔，排水孔的个数根据实际情况进行设置；隔板与第二接闪球密封固定，并且在隔板下方设置有多组限位装置，所述限位装置由连接杆和限位环构成，一个限位环可以由多个连接杆进行固定，也可以由一组连接杆进行固定。使第一引下线在叶片中在由限位环构成的通道中穿过。直至叶片的末端。所述第一引下线末端设置有固定套筒，并且第一引下线的内部安装有圆钢，所述圆钢的表面设置有绝缘层，并在第一引下线的尾端开设的槽口内，设置有导电柱，所述导电柱由第一引下线内设置的弹簧限位，使导电柱可以紧紧压在电刷上，电刷根据换向环上设置的滑环曲率决定形状，电刷采用弧形结构可以使其与滑环的两侧更加紧密的贴合。

所述换向环上的滑环朝向叶片末端的第一引下线设置，并在与滑环接触后与第二引下线连接，所述第二引下线穿过该风力发电机的塔筒，塔筒的底端设置有底座，地多下方可以与地面接触，所述第二引下线穿过塔筒和底座后与底座现房设置的第一电极连接，所属第一电极下设置有导电网，导电网和下方设置的第二电极连接，用于将避雷针引入的电导入大地，实现有效避雷。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风力发电机组，其特征在于，包括叶片（1）和避雷设备，所述避雷设备包括避雷针（7）以及设置在避雷针（7）上的第一接闪球（8）和第二接闪球（11），且所述第一接闪球（8）设置在避雷针（7）的前段，所述第二接闪球（11 ）设置在避雷针（7）的后端，所述第二接闪球（11）的重量大于第一接闪球（8），所述第二接闪球（11）通过引下线接地；所述避雷针（7）尖端和第一接闪球（8）暴露在叶片外；

所述避雷设备设置在叶片（1）中，所述叶片（1）内为空腔（16），所述空腔（16）的顶端开设有孔洞（9），所述避雷针（7）设置在空腔（16）内，且避雷针（7）的尖端穿过孔洞（9）伸出叶片（1）；所述避雷针（7）通过转轴（10）安装在叶片（1）内，且避雷针（7）随转轴（10）转动，所述第二接闪球（11）设置在空腔（16）内部；

还包括安装在空腔（16）内的隔板（13），所述隔板（13）与空腔连接处密封实现叶片前端开口区域与后端区域的密封分隔；还包括第一引下线（12），第一引下线（12）的一端连接第二接闪球（11），所述第一引下线（12）的末端设置有导电柱（22）；所述导电柱（22）的一端伸入所述第一引下线（12）尾端开设的槽中，且在导电柱（22）的端面与第一引下线（12）之间压接有弹簧（25）；所述导电柱（22）的另一端连接有电刷（23），所述电刷（23）伸入换向环（17）上开设的滑环（18）中；

所述叶片（1）内设置有若干限位环（14），若干限位环（14）组成供第一引下线（12）穿过的通道；

风力发电机组的三个叶片中均安装有避雷设备，通过避雷针（7）随转轴（10）转动，当叶片转动时，处于最高位置的叶片中安装的避雷针竖直朝上。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组，其特征在于，所述避雷针（7）随转轴（10）转动，且避雷针（7）的转动幅度受到孔洞（9）的限制，所述避雷针（7）的转动幅度为120°，且当避雷针（7）和其所在叶片（1）的指向均竖直朝上时，避雷针（7）左右两侧可发生转动的角度均为60°。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组，其特征在于，所述隔板（13）设置有坡度，且所述隔板（13）与叶片（1）的连接处开设有排水孔（26）。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组，其特征在于，所述电刷（23）为可在滑环（18）中滑动的弧形板，所述电刷（23）的两侧与滑环（18）的两侧相贴合。

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