CN117028175A - 一种变桨轴承雷电防护结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风电机组防雷技术领域，公开了一种变桨轴承雷电防护结构及方法，该结构，包括变桨轴承内齿圈、变桨轴承外齿圈、防雷装置，变桨轴承内齿圈的上表面与变桨轴承外齿圈的上表面通过防雷装置电连接，防雷装置设于变桨轴承内齿圈及变桨轴承外齿圈的上方。本发明解决了现有技术存在的防雷效果较差等问题。

Description

一种变桨轴承雷电防护结构及方法

技术领域

本发明涉及风电机组防雷技术领域，具体是一种变桨轴承雷电防护结构及方法。

背景技术

风电机组在遭受雷雨天气时，雷电的流向通常如下：叶片-变桨轴承内齿圈-变桨轴承外齿圈-塔筒；而变桨轴承内齿圈-变桨轴承外齿圈之间如何进行防雷，成为了风电机组可靠性的一项关键影响因子。现有技术常采用滑动的结构置于变桨轴承内齿圈与变桨轴承外齿圈之间，来保证二者的连接可靠性。

但这样的技术存在以下问题：滑动的结构常常容易与变桨轴承内齿圈与变桨轴承外齿圈之间的轴承滚珠接触，从而导致短路、轴承滚珠损坏等问题，防雷效果较差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种变桨轴承雷电防护结构及方法，解决现有技术存在的防雷效果较差等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种变桨轴承雷电防护结构，包括变桨轴承内齿圈、变桨轴承外齿圈、防雷装置，变桨轴承内齿圈的上表面与变桨轴承外齿圈的上表面通过防雷装置电连接，防雷装置设于变桨轴承内齿圈及变桨轴承外齿圈的上方。

作为一种优选的技术方案，还包括轮毂，变桨轴承外齿圈与轮毂电连接。

作为一种优选的技术方案，还包括辅助电缆、L型的防雷安装支架，变桨轴承外齿圈通过辅助电缆与轮毂电连接，防雷安装支架表面设有导引槽，辅助电缆沿导引槽铺设。

作为一种优选的技术方案，还包括连接支架，连接支架与辅助电缆、轮毂分别电连接。

作为一种优选的技术方案，连接支架包括依次连接的左底杆、左斜杆、顶杆、右斜杆、右底杆，左底杆、右底杆分别与轮毂电连接，左斜杆与顶杆的夹角大于90°，右斜杆与顶杆的夹角大于90°。

作为一种优选的技术方案，防雷安装支架与顶杆的最近距离为L，顶杆的长度为L，左斜杆的长度＝右斜杆的长度＝L，左底杆的长度＝右底杆的长度＝L，轮毂的内径为D，满足如下尺寸关系：

L1＝aD²+bD+L4；

L1＝dL2+eL3；

其中，a∈[0.9,1.6]，b∈[3,5.5]，d∈[0.4,2.5]，e∈[0.1,0.6]。

作为一种优选的技术方案，辅助电缆的横截面积为50mm²～90mm²。

作为一种优选的技术方案，防雷装置包括间隙放电板，间隙放电板包括放电板本体，放电板本体靠近变桨轴承内齿圈的一端设有锯齿部、凹槽部，放电板本体靠近变桨轴承外齿圈的一端设有伸出部，伸出部上设有安装螺孔。

作为一种优选的技术方案，防雷装置还包括设于凹槽部内的防静电刷。

一种变桨轴承雷电防护方法，采用所述的一种变桨轴承雷电防护结构进行变桨轴承雷电防护。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明采用防雷装置变桨轴承内齿圈的上表面与变桨轴承外齿圈的方式来传导雷电电流，有效避免了雷电流从变桨轴承内齿圈与变桨轴承外齿圈之间的轴承滚珠经过，保护了变桨轴承，轴承滚道不存在过电流的风险；

(2)本发明雷电流被传递到变桨轴承外圈后，通过轴承和轮毂的直接连接进一步传递到轮毂金属体上，雷电电流引至轮毂的方式更加安全可靠；

(3)本发明采用的防雷安装支架与连接支架配合，能达到比较好的防雷效果，同时制作材料成本较低，安装较便捷；

(4)本发明防雷装置采用间隙放电板和防静电刷结合的结构，防雷效果更佳；而且，锯齿部便于进一步减小雷电电流从轴承滚珠经过的风险，凹槽部提供了容纳防静电刷的空间，伸出部、安装螺孔便于使间隙放电板与其他部件配合安装。

附图说明

图1为本发明所述的一种变桨轴承雷电防护结构的结构示意图；

图2为增加变桨处防雷装置前雷电流路径示意图；

图3为增加变桨处防雷装置后雷电流路径示意图；

图4为连接支架、防雷安装支架的安装位置示意图；

图5为叶根人孔板侧走线示意图；

图6为图5中III区域的局部放大图；

图7为连接支架的结构示意图；

图8为连接支架、防雷安装支架的尺寸示意图。

附图中标记及其相应的名称：1、变桨轴承内齿圈，2、变桨轴承外齿圈，3、辅助电缆，4、轮毂，5、防雷安装支架，7、连接支架，8、防雷装置，50、导引槽，71、顶杆，72、左斜杆，73、左底杆，74、右斜杆，75、右底杆，81、间隙放电板，82、防静电刷，810、放电板本体，811、锯齿部，812、凹槽部，813、伸出部，814、安装螺孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图8所示，对某项目叶根防雷问题进行分析。根据IEC61400-24-2019/GBT33629-2017风力发电机组雷电保护规范，对于旁路轴承和执行器系统，应考虑使用火花间隙或滑动触点。风电机组根据规范来设计间隙放电板和防静电刷来传导其在使用位置处所承受的雷电电流，设计符合规范。同时对于间隙放电板和防静电刷，有严格的操作和维护手册定期检查，产品可靠性有保障。

叶根法兰压接在变桨轴承内齿圈1上，变桨轴承处雷电流的传导是通过一个专门的防雷装置8—间隙放电板81和防静电刷82的组合见图1—将雷电流从旋转的变桨轴承内齿圈1上传递到了与轮毂没有旋转关系的变桨轴承外齿圈2上。这样做的好处是，能将引到变桨轴承内齿圈1的雷电流从变桨轴承表面跨接的引导到变桨轴承外齿圈2上，并通过辅助电缆3直连到轮毂4上，避免了雷电流从变桨轴承内齿圈1与变桨轴承外齿圈2之间的轴承滚珠经过，保护了变桨轴承，轴承滚道不存在过电流的风险。此处防雷装置及雷电流传导路径见图3。雷电流被传递到变桨轴承外圈后，通过轴承和轮毂的直接连接进一步传递到轮毂金属体上。

传导路径是：叶片——叶根法兰——轮毂雷电防雷装置(防雷装置8)——电缆——轮毂4，设计符合规范。

出具如下改造方案：

变桨轴承防雷采用引下线直连轮毂的方式(见图4)。叶根人孔板中心附近安装一个用于转接的连接支架7，叶根引下线(横截面70mm²)连接至叶根防雷连接支架7靠近叶片一端，人孔板外一端通过接地电缆(横截面70mm²)将雷电流传导至轮毂接地点(轮毂内部设计走线支架)。变桨轴承外齿圈2通过辅助电缆3与轮毂4电连接，防雷安装支架5表面设有导引槽50，辅助电缆3沿导引槽50铺设。

连接支架7包括依次连接的左底杆73、左斜杆72、顶杆71、右斜杆74、右底杆75，左底杆73、右底杆75分别与轮毂4电连接，左斜杆72与顶杆71的夹角大于90°，右斜杆74与顶杆71的夹角大于90°。

防雷装置8包括间隙放电板81，间隙放电板81包括放电板本体810，放电板本体810靠近变桨轴承内齿圈1的一端设有锯齿部811、凹槽部812，放电板本体810靠近变桨轴承外齿圈2的一端设有伸出部813，伸出部813上设有安装螺孔814。防雷装置8还包括设于凹槽部812内的防静电刷82。

防雷装置8采用间隙放电板81和防静电刷82结合的结构，防雷效果更佳；而且，锯齿部811便于进一步减小雷电电流从轴承滚珠经过的风险，凹槽部812提供了容纳防静电刷82的空间，伸出部813、安装螺孔814便于使间隙放电板81与其他部件配合安装。

防雷安装支架5与顶杆71的最近距离为L1，顶杆71的长度为L2，左斜杆72的长度＝右斜杆74的长度＝L3，左底杆73的长度＝右底杆75的长度＝L4，轮毂4的内径为D，满足如下尺寸关系：

L1＝aD²+bD+L4；

L1＝dL2+eL3；

其中，a∈[0.9,1.6]，b∈[3,5.5]，d∈[0.4,2.5]，e∈[0.1,0.6]。

以上尺寸的设计，既考虑到了防雷效果，又兼顾了制作材料成本、安装的便捷。经工程实践，采用以上的尺寸能达到比较好的防雷效果，同时制作材料成本较低，安装较便捷。进一步优选的，a＝1.1，b＝3.9，d＝1.5，e＝0.3，效果更佳。

(一)叶片人孔板侧部分：

如图5、图6所示。

操作说明：

1.从叶片法兰上取下接线端子，不要破坏接线端子和叶片防雷导线；

2.电缆从壳体上取下来，沿着隔板升到隔板边缘，最后与整机导线相连；

3.后期拆卸人孔板时，需先断开接线端子，安装人孔板后务必连接好两个接线端子，两个接线端子连接处每次需要用绝缘胶带进行绝缘防护，避免与人孔板直接接触；

4.选取所需物料如表1所示。

表1叶片走线支架所需物料表

5.叶片原防雷引线用单边管卡用铆钉固定叶根，一只叶片建议用两个。避免因固定不牢靠造成飞线。

(二)整机电缆走线部分

叶片转接支架和轮毂走线支架之间，需预留500mm长电缆，用于扭转，如图4。

整机接地线连接所需物料如表2所示。

表2整机接地线连接所需物料表

(三)轮毂侧走线及支架部分

操作说明：

1.根据到现场的防雷安装支架装配在轮毂上面每面配钻安装孔4-M10螺纹深25，进行安装，安装后尽量使防雷夹块孔与叶片回转中心同心；

2.将φ50范围内油漆打磨干净后，冷喷锌防腐后再钻M12螺孔深25mm进行防雷电缆的安装。

改造所需物料中：

1)叶片防雷系统包含叶根出线支架。

2)防雷走线支架装配包含防雷夹块及防雷走线支架。

通过本发明，能达到以下有益效果：

(1)本发明采用防雷装置变桨轴承内齿圈的上表面与变桨轴承外齿圈的方式来传导雷电电流，有效避免了雷电流从变桨轴承内齿圈与变桨轴承外齿圈之间的轴承滚珠经过，保护了变桨轴承，轴承滚道不存在过电流的风险；

(2)本发明雷电流被传递到变桨轴承外圈后，通过轴承和轮毂的直接连接进一步传递到轮毂金属体上，雷电电流引至轮毂的方式更加安全可靠；

(3)本发明采用的防雷安装支架与连接支架配合，能达到比较好的防雷效果，同时制作材料成本较低，安装较便捷；

(4)本发明防雷装置包括间隙放电板和防静电刷，防雷效果更佳；而且，锯齿部便于进一步减小雷电电流从轴承滚珠经过的风险，凹槽部提供了容纳防静电刷的空间，伸出部、安装螺孔便于使间隙放电板与其他部件配合安装。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，包括变桨轴承内齿圈(1)、变桨轴承外齿圈(2)、防雷装置(8)，变桨轴承内齿圈(1)的上表面与变桨轴承外齿圈(2)的上表面通过防雷装置(8)电连接，防雷装置(8)设于变桨轴承内齿圈(1)及变桨轴承外齿圈(2)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，还包括轮毂(4)，变桨轴承外齿圈(2)与轮毂(4)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，还包括辅助电缆(3)、L型的防雷安装支架(5)，变桨轴承外齿圈(2)通过辅助电缆(3)与轮毂(4)电连接，防雷安装支架(5)表面设有导引槽(50)，辅助电缆(3)沿导引槽(50)铺设。

4.根据权利要求3所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，还包括连接支架(7)，连接支架(7)与辅助电缆(3)、轮毂(4)分别电连接。

5.根据权利要求4所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，连接支架(7)包括依次连接的左底杆(73)、左斜杆(72)、顶杆(71)、右斜杆(74)、右底杆(75)，左底杆(73)、右底杆(75)分别与轮毂(4)电连接，左斜杆(72)与顶杆(71)的夹角大于90°，右斜杆(74)与顶杆(71)的夹角大于90°。

6.根据权利要求5所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，防雷安装支架(5)与顶杆(71)的最近距离为L1，顶杆(71)的长度为L2，左斜杆(72)的长度＝右斜杆(74)的长度＝L3，左底杆(73)的长度＝右底杆(75)的长度＝L4，轮毂(4)的内径为D，满足如下尺寸关系：

L1＝aD²+bD+L4；

L1＝dL2+eL3；

其中，a∈[0.9,1.6]，b∈[3,5.5]，d∈[0.4,2.5]，e∈[0.1,0.6]。

7.根据权利要求6所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，辅助电缆(3)的横截面积为50mm²～90mm²。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，防雷装置(8)包括间隙放电板(81)，间隙放电板(81)包括放电板本体(810)，放电板本体(810)靠近变桨轴承内齿圈(1)的一端设有锯齿部(811)、凹槽部(812)，放电板本体(810)靠近变桨轴承外齿圈(2)的一端设有伸出部(813)，伸出部(813)上设有安装螺孔(814)。

9.根据权利要求8所述的一种变桨轴承雷电防护结构，其特征在于，防雷装置(8)还包括设于凹槽部(812)内的防静电刷(82)。

10.一种变桨轴承雷电防护方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的一种变桨轴承雷电防护结构进行变桨轴承雷电防护。