CN115182854B - 一种风电叶片叶身避雷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电叶片叶身避雷装置，包括若干导电外壳，若干导电外壳依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩，相邻两所述导电外壳之间通过第一绝缘层隔绝，每一导电外壳的内侧设有第二绝缘层，每一导电外壳通过对应的第二绝缘层与风电叶片隔绝；每一导电外壳上装设有至少一接闪器。当在遭遇雷击后，该风力发电机叶片避雷装置中任一导电外壳损坏，均可以局部更换，达到节约资源，降低设备维护所需的成本的目的。

Description

一种风电叶片叶身避雷装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电叶片叶身避雷装置。

背景技术

风力发电机，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风能作为一种清洁可再生资源，已从电力基础能源的补充能源发展成为替代能源，甚至在未来会成为中国电力发展的主力。

对比陆地上风力发电机，海平面一般都很平，风运动阻力小，平均风速高，再加上海上的风向改变频率也较陆上低，因此，与陆地风电相比，海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场高20％～40％，还具有不占地、沙尘少、电量大、运行稳定以及粉尘零排放等优势，同时能够减少机组的磨损，延长风力发电机组的使用寿命，适合大规模开发。

就整个风力发电系统而言，风电叶片所处位置最高，会直接裸露于高空中，即使其自身材质较为特殊，在常规情况下不会轻易导电，但如果遭遇强大雷电袭击就会产生多个导电路径，而且还会因为其释放巨大能量，导致叶片的整体温度急剧飙升，如果飙升温度达到叶片原材料熔点值，再加上有关压力作用，就会发生爆裂现象。

现有技术中，通常在风电叶片的叶尖处安装有叶尖避雷装置来防止叶片的叶尖部位遭受雷击，例如，中国发明专利申请CN109737017A公开的一种风力发电机叶片叶尖防雷装置，并在风电叶片的叶身上安装有叶片避雷装置来防止叶片除叶尖外的叶身部位遭受雷击，例如，中国实用新型专利CN203730223U公开的一种防雷型风力发电叶片。中国实用新型专利CN203730223U公开的一种防雷型风力发电叶片，其是在叶片表面包裹有一层金属网层，接闪器安装于叶片的前端，金属网层、接闪器电性连接通过导电电缆电性连接，导电电缆延伸入叶片内，能将金属网层和接闪器积聚的电流迅速导走。然而，其在实际使用时存在以下缺点：

(1)现有技术中，设于风电叶片叶身外的金属网层通常为一体式结构，当金属网层遭遇雷击等发生损坏时，需要将整个金属网层进行替换，浪费资源，导致设备维护成本增加；此外，由于金属网层通常为一体式结构，当其遭受雷击时，其上的电流会传导至整个金属网层，容易引发金属网层的大面积破坏。

(2)导电电缆延伸入叶片内的设置，需在叶片上开设供导电电缆穿过的孔槽，其会对叶片造成一定损伤，影响叶片的整体强度，对叶片的使用寿命造成一定影响。

(3)现有技术中，通常将金属网层直接安装在叶片的叶身外表面，且金属网层与叶身直接接触。然而，当金属网遭遇强大雷电袭击会导电发热，导致金属网的整体温度飙升，而由于金属网与叶片直接接触，金属网产生的高温存在对叶片造成破坏的风险。

发明内容

本发明旨在至少解决上述背景技术中提出的技术问题之一，提供一种风电叶片叶身避雷装置，其能够对受损的风电叶片叶身避雷装置进行局部更换，以降低设备维护所需的成本。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种风电叶片叶身避雷装置，包括若干导电外壳，若干导电外壳依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩，相邻两所述导电外壳之间通过第一绝缘层隔绝，每一导电外壳的内侧设有第二绝缘层，每一导电外壳通过对应的第二绝缘层与风电叶片隔绝；每一导电外壳上装设有至少一接闪器；所述导电外壳包括导电壳体及若干固定脚，所述导电壳体围成叶片收纳腔；相邻两导电外壳的导电壳体可拆卸地连接在一起，相邻两导电壳体之间通过所述第一绝缘层隔绝；若干固定脚的一端均与所述导电壳体固定连接且若干固定脚相对设于所述叶片收纳腔内，以夹紧风电叶片；所述第二绝缘层设置于所述固定脚的另一端；所述接闪器装设于所述导电壳体上；所述导电壳体包括相对设置的迎风导体板及逆风导体板，所述迎风导体板及所述逆风导体板可拆卸连接在一起以围成所述叶片收纳腔；所述迎风导体板的内表面及所述逆风导体板的内表面均设有至少一所述固定脚；所述迎风导体板及所述逆风导体板上均装设有所述接闪器；相邻两导电外壳的迎风导体板可拆卸地连接在一起，相邻两导电外壳的逆风导体板可拆卸地连接在一起。

进一步地，所述导电壳体与另一导电壳体相接的侧面装设有所述第一绝缘层。

进一步地，所述导电壳体的内表面上附着有第三绝缘层。

进一步地，所述导电壳体的其中一侧面上凹设有插口，所述导电壳体相对所述插口的侧面上凸设有插接凸起，所述插接凸起与相邻一导电壳体的插口插接。

进一步地，所述接闪器包括固定座、支撑杆、接闪球、接闪针尖及引流线，所述固定座与所述导电外壳连接，所述支撑杆、所述接闪球及所述接闪针尖均设于所述导电外壳外，所述支撑杆一端与所述固定座固定连接，所述接闪球装设于所述支撑杆上，所述接闪针尖设于所述支撑杆的另一端；所述引流线与所述固定座连接并沿所述导电外壳与风电叶片围成的空间延伸。

进一步地，所述导电外壳上开设有螺纹孔，所述固定座穿设所述螺纹孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

进一步地，所述固定座位于所述导电外壳内的一端还包覆有绝缘垫片。

进一步地，所述引流线外包覆有绝缘材料。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、上述风电叶片叶身避雷装置，包括若干导电外壳，若干导电外壳依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩，每一导电外壳上均装设有用于捕获雷电流的接闪器。当在遭遇雷击后，该风力发电机叶片避雷装置中任一导电外壳损坏，均可以局部更换，达到节约资源，降低设备维护所需的成本的目的。

2、上述风电叶片叶身避雷装置，其相邻两所述导电外壳之间通过第一绝缘层隔绝，以防止相邻两所述导电外壳遭受雷击后产生联电，因此，任一导电外壳上的电流不会传导至其他导电外壳，进而避免引起风电叶片叶身避雷装置的大面积破坏。

3、上述风电叶片叶身避雷装置，其每一导电外壳的内侧设有第二绝缘层，每一导电外壳通过对应的第二绝缘层与风电叶片隔绝，防止导电外壳与风电叶片产生联电而使风电叶片遭受破坏。

4、上述风电叶片叶身避雷装置，其导电外壳包括导电壳体及若干固定脚，使用时，可通过若干固定脚夹紧固定风电叶片，同时，可通过固定脚使风电叶片与导电壳体相间隔，以形成供引流线通过的空间，从而无需使引流线延伸入风电叶片内，进而无需在风电叶片上开设供导电电缆穿过的孔槽，不会对风电叶片造成损伤；此外，通过固定脚使风电叶片与导电壳体相间隔，更利于散热，防止导电壳体遭受雷击后产生的热量对风电叶片造成损伤。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式的风电叶片叶身避雷装置的立体结构示意图；

图2为图1所示风电叶片叶身避雷装置在另一视角的立体结构示意图；

图3为图1所示风电叶片叶身避雷装置的前视结构示意图；

图4为图1所示风电叶片叶身避雷装置的后视结构示意图；

图5为图1所示风电叶片叶身避雷装置去掉接闪器与第一绝缘件后的立体结构示意图；

图6为图5所示风电叶片叶身避雷装置在另一视角的结构示意图；

图7为本发明较佳实施方式的风电叶片叶身避雷装置中迎风导体板或逆风导体板的立体结构示意图；

图8为本发明较佳实施方式的风电叶片叶身避雷装置中接闪器的结构示意图。

主要元件符号说明

10、导电外壳；12、导电壳体；121、迎风导体板；123、逆风导体板；125、插口；126、插接凸起；127、螺纹孔；128、安装孔；13、叶片收纳腔；14、固定脚；15、第一绝缘层；16、第二绝缘层；17、第三绝缘层；18、橡胶密封垫；20、接闪器；21、固定座；22、支撑杆；23、接闪球；24、接闪针尖；25、引流线；26、绝缘垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种风电叶片叶身避雷装置，用于对风电叶片除叶片外的叶身部位进行避雷防护。所述风电叶片叶身避雷装置包括若干导电外壳10，若干导电外壳10依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩；每一导电外壳10上装设有至少一接闪器20。

请一并参见图2至图4，在本实施方式中，导电外壳10包括导电壳体12及与导电壳体12连接的若干固定脚14。导电壳体12围成叶片收纳腔13，叶片收纳腔13用于收纳风电设备的风电叶片，在本实施方式中，叶片收纳腔13贯通导电壳体12的相对两侧以形成供风电叶片进出叶片收纳腔13的进出口。请一并参见图5至图7，在本实施方式中，导电壳体12包括相对设置的迎风导体板121及逆风导体板123，迎风导体板121及逆风导体板123可拆卸连接在一起以围成所述叶片收纳腔13，在本实施方式中，迎风导体板121及逆风导体板123通过连接螺栓(图未示)可拆卸地连接在一起，具体为：迎风导体板121及逆风导体板123上的相对两侧对应开设有至少一安装孔128，连接螺栓穿设对应的安装孔128，以将迎风导体板121及逆风导体板123可拆卸地连接在一起。迎风导体板121及逆风导体板123均优选采用金属板制成。可以理解，迎风导体板121及逆风导体板123也可以通过现有技术中其他方式，例如卡扣连接等方式可拆卸地连接在一起。

若干固定脚14的一端均与导电壳体12固定连接且若干固定脚14相对设于叶片收纳腔13内，以夹紧叶片收纳腔13内的风电叶片。在本实施方式中，迎风导体板121的内表面及逆风导体板123的内表面均设有至少一所述固定脚14，具体地，每一导电外壳10上的固定脚14的数量为八个，八个固定脚14平均分为两组，两组固定脚14相对设置，即两组固定脚14分别装设于迎风导体板121的内表面及逆风导体板123的内表面上，以通过两组固定脚14分别夹紧于叶片收纳腔13内风电叶片的相对两侧实现固定。可以理解，固定脚14的数量不限于本实施例，其也可以设为其他数目，本实施例不做限制。

相邻两导电外壳10的导电壳体12可拆卸地连接在一起，在本实施方式中，相邻两导电外壳10的迎风导体板121可拆卸地连接在一起，相邻两导电外壳10的逆风导体板123可拆卸地连接在一起。在本实施方式中，相邻两导电外壳10的导电壳体12通过插接的方式可拆卸地连接在一起，具体为：导电壳体12中迎风导体板121与逆风导体板123的其中一侧面上均凹设有插口125，导电壳体12中的迎风导体板121与逆风导体板123相对插口125的侧面上均凸设有插接凸起126，插接凸起126与相邻一导电壳体12的插口125插接。通过插接凸起126与插口125的插接配合，能够对导电壳体12的安装导向，提高导电壳体12的安装精度。

相邻两导电外壳10之间通过第一绝缘层15隔绝，在本实施方式中，每一导电壳体12与另一导电壳体12相接的侧面均装设有所述第一绝缘层15，即，每一导电壳体12中迎风导体板121面向另一导电壳体12的侧面装设有所述第一绝缘层15，每一导电壳体12中逆风导体板123面向另一导电壳体12的侧面装设有所述第一绝缘层15。第一绝缘层15可以采用注塑弹性材料或压铸复合材料，例如交联聚乙烯或BMC/DMC(Bulk/Doughmoldingcompounds，团状模塑料)等。当相邻两导电外壳10插接在一起后，第一绝缘层15夹设于相邻两导电外壳10之间，起到绝缘效果，防止相邻两导电外壳10之间产生联电。此外，第一绝缘层15的一侧可与位于叶片收纳腔13中的风电叶片外表面接触，以起到一定的密封效果，防止外界杂质等进入叶片收纳腔13中。

每一导电外壳10的内侧设有第二绝缘层16，每一导电外壳10通过对应的第二绝缘层16与风电叶片隔绝，以防止导电外壳10与风电叶片之间产生联电。第二绝缘层16可以采用注塑弹性材料或压铸复合材料，例如交联聚乙烯或BMC/DMC(Bulk/Doughmoldingcompounds，团状模塑料)等。在本实施方式中，第二绝缘层16设置于固定脚14的另一端，即固定脚14与风电叶片接触的一端上。

导电壳体12的内表面上还附着有第三绝缘层17，在本实施方式中，每一导电壳体12中逆风导体板123的内表面及迎风导体板121的内表面上均装设有所述第三绝缘层17。第三绝缘层17可以采用注塑弹性材料或压铸复合材料，例如交联聚乙烯或BMC/DMC(Bulk/Dough moldingcompounds，团状模塑料)等。第三绝缘层17的设置能够进一步提高导电壳体12与风电叶片之间的绝缘性，防止导电壳体12与风电叶片联电，致使风电叶片损坏。

在本实施方式中，逆风导体板123与迎风导体板121的连接处还设有橡胶密封垫18，即，橡胶密封垫18夹设于逆风导体板123与迎风导体板121之间，其能够提高逆风导体板123与迎风导体板121连接处的密封性，且橡胶密封垫18具有绝缘性，能够防止逆风导体板123与迎风导体板121之间产生联电。

请一并参见图8，接闪器20装设于导电壳体12上。在本实施方式中，迎风导体板121及逆风导体板123上均装设有接闪器20，能够对风电叶片进行更全面的防护，更能保护风机叶片不受到雷击损坏。在本实施方式中，接闪器20与导电壳体12可拆卸连接。接闪器20包括固定座21、支撑杆22、接闪球23、接闪针尖24及引流线25，固定座21与导电壳体12可拆卸连接，具体地，导电外壳10的迎风导体板121及逆风导体板123上均设有螺纹孔127，固定座21穿设对应的螺纹孔127并与螺纹孔127螺纹连接。在本实施方式中，固定座21位于导电壳体12内的一端还包裹有绝缘垫片26，防止其与风电叶片产生联电而导致风电叶片损伤。支撑杆22、接闪球23及接闪针尖24均设于导电壳体12外，支撑杆22一端与固定座21固定连接，接闪球23装设于支撑杆22上，接闪针尖24设于支撑杆22的另一端。引流线25的一端与固定座21连接，引流线25的另一端沿导电外壳10与风电叶片围成的空间延伸出导电外壳10外，以用于连接接地装置,其作用是把接闪器20截获的雷电引流至地面。在本实施方式中，引流线25外包覆有绝缘材料，以防止引流线25与风机叶片桩基等易导电材料通电。绝缘材料可采用现有技术中的橡胶等绝缘材料制成。

上述风电叶片叶身避雷装置使用时，首先，将风电叶片叶身避雷装置安装在风电叶片的叶身上，具体地，将其中一导电壳体12的迎风导体板121与逆风导体板123分别置于风电叶片叶身的相对两侧，然后通过连接螺栓将迎风导体板121与逆风导体板123连接在一起，此时，导电壳体12通过其内的两组固定脚14将风电叶片叶身夹紧固定，完成一导电外壳10的安装；之后，拿取另一导电外壳10，使该导电外壳10的迎风导体板121通过插接凸起126与插口125的配合插接于前一导电外壳10的迎风导体板121上，该导电外壳10的逆风导体板123通过插接凸起126与插口125的配合插接于前一导电外壳10的逆风导体板123上，然后，通过连接螺栓将该导电外壳10的迎风导体板121与逆风导体板123连接在一起，完成相邻两导电外壳10的安装。重复上述步骤，直至完成风电叶片叶身避雷装置中所有导电外壳10的安装，此时，导电外壳10构成的避雷罩罩设于风电叶片外。

当风电叶片遭遇雷击时，通过接闪器20和导电外壳10截获及累积雷电，通过引流线25将接闪器20和导电外壳10截获及累积的雷电传导至大地，防止雷击破坏风电叶片结构。即使遭到雷击破坏，也是导电外壳10受损。当风电叶片叶身避雷装置中某一导电外壳10遭到雷击受损时，可将连接螺栓从导电外壳10上取出，使逆风导体板123与迎风导体板121分离，然后将受损的导电外壳10从风电叶片上抽出，并采用另一新的导电外壳10替换掉受损的导电外壳10。

上述风电叶片叶身避雷装置，包括若干导电外壳10，若干导电外壳10依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩，每一导电外壳10上均装设有用于捕获雷电流的接闪器20。如果风电叶片叶身避雷装置局部遭受雷击并遭到破坏，可以仅仅更换局部受损的导电外壳10，无需将风电叶片叶身避雷装置全部更换，有效地减免了经济损失，达到节约资源，降低设备维护所需的成本的目的。

上述风电叶片叶身避雷装置，其相邻两所述导电外壳10之间通过第一绝缘层15隔绝，以防止相邻两所述导电外壳10遭受雷击后产生联电，因此，任一导电外壳10上的电流不会传导至其他导电外壳10，进而避免引起风电叶片叶身避雷装置的大面积破坏。

上述风电叶片叶身避雷装置，其每一导电外壳10的内侧设有第二绝缘层16，每一导电外壳10通过对应的第二绝缘层16与风电叶片隔绝，防止导电外壳10与风电叶片产生联电而使风电叶片遭受破坏。

上述风电叶片叶身避雷装置，其导电外壳10包括导电壳体12及若干固定脚14，使用时，可通过若干固定脚14夹紧固定风电叶片，同时，可通过固定脚14使风电叶片与导电壳体12相间隔，以形成供引流线25通过的空间，从而无需使引流线25延伸入风电叶片内，进而无需在风电叶片上开设供引流线25穿过的孔槽，不会对风电叶片造成损伤；此外，通过固定脚14使风电叶片与导电壳体12相间隔，更利于散热，防止导电壳体12遭受雷击后产生的热量对风电叶片造成损伤。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述风电叶片叶身避雷装置包括若干导电外壳，若干导电外壳依次可拆卸地连接在一起，以构成一用于罩设在风电叶片外的避雷罩，相邻两所述导电外壳之间通过第一绝缘层隔绝，每一导电外壳的内侧设有第二绝缘层，每一导电外壳通过对应的第二绝缘层与风电叶片隔绝；每一导电外壳上装设有至少一接闪器；所述导电外壳包括导电壳体及若干固定脚，所述导电壳体围成叶片收纳腔；相邻两导电外壳的导电壳体可拆卸地连接在一起，相邻两导电壳体之间通过所述第一绝缘层隔绝；若干固定脚的一端均与所述导电壳体固定连接且若干固定脚相对设于所述叶片收纳腔内，以夹紧风电叶片；所述第二绝缘层设置于所述固定脚的另一端；所述接闪器装设于所述导电壳体上；所述导电壳体包括相对设置的迎风导体板及逆风导体板，所述迎风导体板及所述逆风导体板可拆卸连接在一起以围成所述叶片收纳腔；所述迎风导体板的内表面及所述逆风导体板的内表面均设有至少一所述固定脚；所述迎风导体板及所述逆风导体板上均装设有所述接闪器；相邻两导电外壳的迎风导体板可拆卸地连接在一起，相邻两导电外壳的逆风导体板可拆卸地连接在一起。

2.如权利要求1所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述导电壳体与另一导电壳体相接的侧面装设有所述第一绝缘层。

3.如权利要求1所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述导电壳体的内表面上附着有第三绝缘层。

4.如权利要求1所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述导电壳体的其中一侧面上凹设有插口，所述导电壳体相对所述插口的侧面上凸设有插接凸起，所述插接凸起与相邻一导电壳体的插口插接。

5.如权利要求1所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述接闪器包括固定座、支撑杆、接闪球、接闪针尖及引流线，所述固定座与所述导电外壳连接，所述支撑杆、所述接闪球及所述接闪针尖均设于所述导电外壳外，所述支撑杆一端与所述固定座固定连接，所述接闪球装设于所述支撑杆上，所述接闪针尖设于所述支撑杆的另一端；所述引流线与所述固定座连接并沿所述导电外壳与风电叶片围成的空间延伸。

6.如权利要求5所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述导电外壳上开设有螺纹孔，所述固定座穿设所述螺纹孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

7.如权利要求6所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述固定座位于所述导电外壳内的一端还包覆有绝缘垫片。

8.如权利要求5所述的风电叶片叶身避雷装置，其特征在于，所述引流线外包覆有绝缘材料。

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