一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置的制作方法

1.本发明属于雷电防御技术领域，具体涉及一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置。


背景技术：

2.从20世纪70年代开始，风力发电从低功率小型发电机发展到现在的兆瓦级风电机，不断地朝大型化方向发展，风电机组的高度也由过去的几十米增加到现在的一百多米，其中6000kw风电机组高度已接近200m。风电机组单机发电量增加要求轮毂高度和叶轮直径随之增加，风电机组遭受的雷击率也不断增加。风电机组在雷雨天气时能否正常工作，风电机组本体及机内的各种设备是否易受雷电损害显得尤为重要。
3.由于风能独特的分布特点决定了风力发电场的选址一般都是在海边或山谷迎风坡，这些地点往往也是雷击密度大的区域，遭受雷电损失的风险极大。
[0004]“cn105024282b”的专利，公开了一种风机叶片组合防雷系统，包括具有若干叶片的风机，该防雷系统还包括一储能元件，该储能元件设置在该风机的轮毂里面，该储能元件的一极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针，本发明可以在雷击前保证储能元件不会因为某只叶片旋转到最低点时而导致储存电荷的消散，利用储能元件收集的电荷触发放电脉冲引发上行先导拦截下行雷闪，避免叶片遭受雷闪直击。
[0005]
传统的风电机组叶片防雷设计是在风机叶片上加装接闪器，嵌装在桨叶的叶尖、中间等部位，接闪器的盘面与叶面齐平，在桨叶内部跨接到引下导体。
[0006]
由于风机桨叶和机舱都是旋转的，雷电流沿引下线泄放通道的电气连接是通过各种导流线、连接器和防雷刷实现的，这种情况下导流不畅，不仅无法将雷电流顺利泄放到大地，反而会增加通路阻抗，增大雷电流的热效应，另外难以多方位接受雷电，汲取雷电范围小，而且抗干扰性能差。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置。
[0008]
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0009]
一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，包括风机叶片、轮毂和设于轮毂后端的输出轴，所述风机叶片的端部设有主针，所述主针的导电端连接有叶片防雷接地线，所述叶片防雷接地线的一分支端连接有设于轮毂内的接地下引线，所述叶片防雷接地线的另一分支端连接有储能组件；所述风机叶片的内部设有利用风能驱动主针万向转动的驱动组件，所述驱动组件包括驱动套筒，所述驱动套筒的端部设有第一金属卡块，所述第一金属卡块的内部设有第二金属卡块，所述第二金属卡块的端部设有锥形块，所述锥形块的两端分别设有第一锥形端和第二锥形端，所述第一锥形端与主针连接，所述第二锥形端与第二金属卡块连接，所述驱动套筒的外侧设有风力驱动叶轮，所述风力驱动叶轮的扇叶高于风
机叶片的表面，当所述风机叶片在驱动作用下，会在所述风机叶片表面形成高强气流，高强气流用于驱动风力驱动叶轮的转动。
[0010]
作为本发明的进一步优化方案，所述主针与风机叶片的端部之间呈45-60
°
的倾斜设置。
[0011]
作为本发明的进一步优化方案，所述驱动套筒的外侧且沿雷电导流方向依次设有动态环和扩充环，所述扩充环等角度设置在驱动套筒的外侧，且相邻所述扩充环之间设有绝缘条。
[0012]
作为本发明的进一步优化方案，所述扩充环上设有用于扩充环发生相对均匀扩张和内缩的调节组件，所述调节组件包括定位板，所述定位板的外表面设有与扩充环数量一致的条形槽，所述条形槽的内部滑动设有滑块，其中滑块与扩充环固定，所述滑块上设有曲形杆，所述曲形杆的内端连接有转块，所述转块的内部中心位置上设有圆形通孔，所述圆形通孔的内侧壁上设有齿块，所述齿块的内侧连接有与之相匹配的齿轮，所述齿轮的中心位置处连接于驱动套筒上。
[0013]
作为本发明的进一步优化方案，所述曲形杆等角度设置在转块的外侧，所述曲形杆呈“l”字形结构，且曲形杆与滑块和转块的连接方式均为转动连接。
[0014]
作为本发明的进一步优化方案，所述齿轮和齿块之间的连接方式为啮合连接。
[0015]
作为本发明的进一步优化方案，所述叶片防雷接地线的外侧设有防护组件，所述防护组件包括绝缘套，所述绝缘套的外侧设有若干组防火纤维和导热纤维，所述防火纤维和导热纤维相间设置，相邻所述防火纤维和导热纤维之间设有传导块。
[0016]
作为本发明的进一步优化方案，所述绝缘套的材质为高纯度玻璃纤维。
[0017]
作为本发明的进一步优化方案，所述防火纤维和导热纤维捻合在绝缘套的外侧，所述防火纤维的材质为高铝防火纤维，所述导热纤维的材质为金属铜。
[0018]
作为本发明的进一步优化方案，所述防火纤维的内部设有传导纤维，所述传导块的材质为金属铜，所述传导块贯穿防火纤维的内部，并与传导纤维相接触，所述传导块与导热纤维的连接方式为电性连接。
[0019]
本发明的有益效果在于：
[0020]
(1)、本发明通过可利用自然风，实现主针3的万向调节，从而方便多方位接受雷电，扩大消除雷电范围广；
[0021]
进一步，通过设置有若干组扩充环，用于快速导电的作用，当相邻扩充环之间间距扩大时，此时绝缘条会被极限拉扯，此时扩充环的整体电阻增大，用于快速消除放电脉冲的干扰，从而降低放电脉冲对叶片防雷接地线的干扰；当相邻扩充环之间间距缩小时，此时绝缘条会被压缩，扩充环的整体电阻减小，用于快速导向放电脉冲，从而降低由于温度上升，导致对风机叶片的损伤。
[0022]
(2)、通过设置在叶片防雷接地线的外侧套设有绝缘套，用于实现对叶片防雷接地线的屏蔽处理，能有效的保证叶片防雷接地线传导的稳定性，同时叶片防雷接地线在传导雷电时，会产生大量的热量，热量会顺着导热纤维快速散发，避免热量过高影响叶片防雷接地线的导电性，另外防火纤维能有效的避免由于高温对叶片防雷接地线产生的损伤。
附图说明
[0023]
图1是本发明的主视轴测结构示意图；
[0024]
图2是本发明的主视剖面结构示意图；
[0025]
图3是本发明的侧视剖面结构示意图；
[0026]
图4是本发明的主针与驱动组件连接状主视轴测结构示意图；
[0027]
图5是本发明的驱动组件的主视轴测结构示意图；
[0028]
图6是本发明的调节组件的主视轴测结构示意图；
[0029]
图7是本发明的防护组件与叶片防雷接地线连接状主视轴测结构示意图；
[0030]
图8是本发明的防护组件与第一金属卡块连接状主视轴测结构示意图；
[0031]
图9是本发明的防护组件的内部侧视轴测结构示意图。
[0032]
图中：1、风机叶片；2、轮毂；3、主针；4、叶片防雷接地线；5、接地下引线；6、储能组件；7、驱动组件；71、驱动套筒；72、第一金属卡块；73、第二金属卡块；74、锥形块；75、第一锥形端；76、第二锥形端；77、风力驱动叶轮；8、动态环；9、扩充环；10、绝缘条；11、调节组件；111、定位板；112、条形槽；113、滑块；114、曲形杆；115、转块；116、圆形通孔；117、齿块；118、齿轮；12、输出轴；13、防护组件；1301、绝缘套；1302、防火纤维；1303、导热纤维；1304、传导块；1305、传导纤维。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
[0034]
实施例1
[0035]
如图1-4所示，一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，包括风机叶片1、轮毂2和设于轮毂2后端的输出轴12，所述风机叶片1的端部设有主针3，所述主针3的导电端连接有叶片防雷接地线4，所述叶片防雷接地线4的一分支端连接有设于轮毂2内的接地下引线5，所述叶片防雷接地线4的另一分支端连接有储能组件6；所述风机叶片1的内部设有利用风能驱动主针3万向转动的驱动组件7，所述驱动组件7包括驱动套筒71，所述驱动套筒71的端部设有第一金属卡块72，所述第一金属卡块72的内部设有第二金属卡块73，所述第二金属卡块73的端部设有锥形块74，所述锥形块74的两端分别设有第一锥形端75和第二锥形端76，所述第一锥形端75与主针3连接，所述第二锥形端76与第二金属卡块73连接，所述驱动套筒71的外侧设有风力驱动叶轮77，所述风力驱动叶轮77的扇叶高于风机叶片1的表面，当所述风机叶片1在驱动作用下，会在所述风机叶片1表面形成高强气流，高强气流用于驱动风力驱动叶轮77的转动；
[0036]
所述主针3与风机叶片1的端部之间呈45-60
°
的倾斜设置。
[0037]
如图5所示，当风机叶片1围绕轮毂2的中轴线转动时，风机叶片1的外表面会产生高强气流，当高强气流冲击着风力驱动叶轮77的叶片时，风力驱动叶轮77会在风机叶片1的表面发生转动，并驱动着驱动套筒71转动，驱动套筒71带着主针3发生万向转动，由于主针3与风机叶片1之间存在角度差，用于雷电空间中多方向转动，主针3的雷电接受端会在雷电空间内多向转动，便于增大主针3接收到雷电的可能性，便于汲取多空间内的雷电，因此，相
比较主针3固定状态下的雷电预防装置而言，本发明通过可利用自然风，实现主针3的万向调节，从而方便多方位接受雷电，扩大消除雷电范围广；
[0038]
如图5所示，所述驱动套筒71的外侧且沿雷电导流方向依次设有动态环8和扩充环9，所述扩充环9等角度设置在驱动套筒71的外侧，且相邻所述扩充环9之间设有绝缘条10；
[0039]
利用该动态环8在引雷前可抑制风机叶片主针放电，在雷云到达时由于主针电场的激增，打破动态环的限制形成强大的放电脉冲，引发上行先导，引发的上行雷对地面具有屏蔽作用，但是动态环8在使用过程中，由于放电脉冲，导致叶片防雷接地线4的内部温度急剧上升，本发明的方案通过设置有若干组扩充环9，用于快速导电的作用，当相邻扩充环9之间间距扩大时，此时绝缘条10会被极限拉扯，此时扩充环9的整体电阻增大，用于快速消除放电脉冲的干扰，从而降低放电脉冲对叶片防雷接地线4的干扰；
[0040]
当相邻扩充环9之间间距缩小时，此时绝缘条10会被压缩，扩充环9的整体电阻减小，用于快速导向放电脉冲，从而降低由于温度上升，导致对风机叶片1的损伤。
[0041]
实施例2
[0042]
如图6所示，所述扩充环9上设有用于扩充环9发生相对均匀扩张和内缩的调节组件11，所述调节组件11包括定位板111，所述定位板111的外表面设有与扩充环9数量一致的条形槽112，所述条形槽112的内部滑动设有滑块113，其中滑块113与扩充环9固定，所述滑块113上设有曲形杆114，所述曲形杆114的内端连接有转块115，所述转块115的内部中心位置上设有圆形通孔116，所述圆形通孔116的内侧壁上设有齿块117，所述齿块117的内侧连接有与之相匹配的齿轮118，所述齿轮118的中心位置处连接于驱动套筒71上；
[0043]
所述曲形杆114等角度设置在转块115的外侧，所述曲形杆114呈“l”字形结构，且曲形杆114与滑块113和转块115的连接方式均为转动连接；
[0044]
所述齿轮118和齿块117之间的连接方式为啮合连接。
[0045]
当驱动套筒71发生转动时，带动齿轮118发生转动，此时齿轮118的转动，带动着转块115发生角度的变化，并带着曲形杆114发生连动，此时，滑块113会在条形槽112的内部发生滑动，用于调节扩充环9之间的间距，
[0046]
当滑块113带着扩充环9向着条形槽112的内侧滑动时，相邻扩充环9之间间距缩小，此时绝缘条10会被压缩，扩充环9的整体电阻减小，用于快速导向放电脉冲，从而降低由于温度上升，导致对风机叶片1的损伤；
[0047]
当滑块113带着扩充环9向着条形槽112的外侧滑动时，相邻扩充环9之间间距扩大，此时绝缘条10会被极限拉扯，此时扩充环9的整体电阻增大，用于快速消除放电脉冲的干扰，从而降低放电脉冲对叶片防雷接地线4的干扰；
[0048]
实施例3
[0049]
如图7-9所示，所述叶片防雷接地线4的外侧设有防护组件13，所述防护组件13包括绝缘套1301，所述绝缘套1301的外侧设有若干组防火纤维1302和导热纤维1303，所述防火纤维1302和导热纤维1303相间设置，相邻所述防火纤维1302和导热纤维1303之间设有传导块1304；
[0050]
所述绝缘套1301的材质为高纯度玻璃纤维；
[0051]
所述防火纤维1302和导热纤维1303捻合在绝缘套1301的外侧，所述防火纤维1302的材质为高铝防火纤维，所述导热纤维1303的材质为金属铜；
[0052]
所述防火纤维1302的内部设有传导纤维1305，所述传导块1304的材质为金属铜，所述传导块1304贯穿防火纤维1302的内部，并与传导纤维1305相接触，所述传导块1304与导热纤维1303的连接方式为电性连接。
[0053]
绝缘套1301套设在叶片防雷接地线4的外侧，用于实现对叶片防雷接地线4的屏蔽处理，能有效的保证叶片防雷接地线4传导的稳定性，同时叶片防雷接地线4在传导雷电时，会产生大量的热量，热量会顺着导热纤维1303快速散发，避免热量过高影响叶片防雷接地线4的导电性，另外防火纤维1302能有效的避免由于高温对叶片防雷接地线4产生的损伤。
[0054]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：包括风机叶片(1)、轮毂(2)和设于轮毂(2)后端的输出轴(12)，所述风机叶片(1)的端部设有主针(3)，所述主针(3)的导电端连接有叶片防雷接地线(4)，所述叶片防雷接地线(4)的一分支端连接有设于轮毂(2)内的接地下引线(5)，所述叶片防雷接地线(4)的另一分支端连接有储能组件(6)；所述风机叶片(1)的内部设有利用风能驱动主针(3)万向转动的驱动组件(7)，所述驱动组件(7)包括驱动套筒(71)，所述驱动套筒(71)的端部设有第一金属卡块(72)，所述第一金属卡块(72)的内部设有第二金属卡块(73)，所述第二金属卡块(73)的端部设有锥形块(74)，所述锥形块(74)的两端分别设有第一锥形端(75)和第二锥形端(76)，所述第一锥形端(75)与主针(3)连接，所述第二锥形端(76)与第二金属卡块(73)连接，所述驱动套筒(71)的外侧设有风力驱动叶轮(77)，所述风力驱动叶轮(77)的扇叶高于风机叶片(1)的表面，当所述风机叶片(1)在驱动作用下，会在所述风机叶片(1)表面形成高强气流，高强气流用于驱动风力驱动叶轮(77)的转动。2.根据权利要求1所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述主针(3)与风机叶片(1)的端部之间呈45-60
°
的倾斜设置。3.根据权利要求1所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述驱动套筒(71)的外侧且沿雷电导流方向依次设有动态环(8)和扩充环(9)，所述扩充环(9)等角度设置在驱动套筒(71)的外侧，且相邻所述扩充环(9)之间设有绝缘条(10)。4.根据权利要求3所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述扩充环(9)上设有用于扩充环(9)发生相对均匀扩张和内缩的调节组件(11)，所述调节组件(11)包括定位板(111)，所述定位板(111)的外表面设有与扩充环(9)数量一致的条形槽(112)，所述条形槽(112)的内部滑动设有滑块(113)，其中滑块(113)与扩充环(9)固定，所述滑块(113)上设有曲形杆(114)，所述曲形杆(114)的内端连接有转块(115)，所述转块(115)的内部中心位置上设有圆形通孔(116)，所述圆形通孔(116)的内侧壁上设有齿块(117)，所述齿块(117)的内侧连接有与之相匹配的齿轮(118)，所述齿轮(118)的中心位置处连接于驱动套筒(71)上。5.根据权利要求4所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述曲形杆(114)等角度设置在转块(115)的外侧，所述曲形杆(114)呈“l”字形结构，且曲形杆(114)与滑块(113)和转块(115)的连接方式均为转动连接。6.根据权利要求4所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述齿轮(118)和齿块(117)之间的连接方式为啮合连接。7.根据权利要求1所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述叶片防雷接地线(4)的外侧设有防护组件(13)，所述防护组件(13)包括绝缘套(1301)，所述绝缘套(1301)的外侧设有若干组防火纤维(1302)和导热纤维(1303)，所述防火纤维(1302)和导热纤维(1303)相间设置，相邻所述防火纤维(1302)和导热纤维(1303)之间设有传导块(1304)。8.根据权利要求7所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述绝缘套(1301)的材质为高纯度玻璃纤维。9.根据权利要求7所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述防火纤维(1302)和导热纤维(1303)捻合在绝缘套(1301)的外侧，所述防火纤维(1302)
的材质为高铝防火纤维，所述导热纤维(1303)的材质为金属铜。10.根据权利要求7所述的一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，其特征在于：所述防火纤维(1302)的内部设有传导纤维(1305)，所述传导块(1304)的材质为金属铜，所述传导块(1304)贯穿防火纤维(1302)的内部，并与传导纤维(1305)相接触，所述传导块(1304)与导热纤维(1303)的连接方式为电性连接。

技术总结
本发明涉及一种基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，包括风机叶片、轮毂和设于轮毂后端的输出轴，风机叶片的端部设有主针，主针的导电端连接有叶片防雷接地线，叶片防雷接地线的一分支端连接有设于轮毂内的接地下引线，叶片防雷接地线的另一分支端连接有储能组件；风机叶片的内部设有利用风能驱动主针万向转动的驱动组件，驱动组件包括驱动套筒，驱动套筒的端部设有第一金属卡块，第一金属卡块的内部设有第二金属卡块，第二金属卡块的端部设有锥形块。该基于雷电流消散的风电机组雷电防御装置，能有效的将雷电流顺利泄放到大地，降低雷电流的热效应，另外方便多方位接受雷电，汲取雷电范围广，而且抗干扰性能好。而且抗干扰性能好。而且抗干扰性能好。


技术研发人员：鲁磊 魏利萍
受保护的技术使用者：圣其防雷设施检测服务（北京）有限公司
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/6/27