专利名称：防雷装置及风电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及防雷放电结构技术，尤其涉及一种防雷装置及风电机组。
背景技术：
自然界的雷电现象对高空建筑物和设备有不可估量的损害作用，特别对电子控制系统的危害更为重要。因此需要设置防雷装置以保护需要防雷的物体。通常通过在建筑物的顶端设置避雷针、避雷带、避雷网、避雷线为主要的方式，防止雷闪直接击在建筑物、构筑物、电气网络或 电气装置上。具有间隙的尖端放电现象也是防雷的一个有效措施，间隙的尖端放电现象是通过控制需防雷物体顶部导体与放电尖端之间的间隙距离来达到防雷的效果，但是要把间隙距离控制在一个合适的数值范围，通常仅有几个毫米，间隙距离太大会影响尖端放电的防雷效果，太小会造成放电尖端与需防雷物体的接触，从而不能起到防雷的效果。当放电尖端与需防雷体之间存在相对运动时，如何方便调试安装放电尖端与需防雷体之间的有效间隙距离，取得有效的防雷效果和保护放电尖端是一个重要的问题，同时也是一个难题。特别是在风力发电中，风电机组主要包括风轮、发电机、铁塔和偏航装置。铁塔是支承风轮和发电机的构架，一般修建得比较高，有的高达100多米，因此防雷尤为重要。通常，将防雷装置可安装在铁塔顶部偏航装置的机舱转动部分上，使防雷装置的放电尖端与塔顶法兰保持一定间隙距离而实现有效防雷。当风力发电设备执行偏航运动时，机舱相对于塔顶法兰进行转动运动，因此难以保持防雷装置的放电尖端与塔顶法兰之间的间隙距离相对固定，这是现有技术中需要解决的问题和难题。
发明内容
本发明提供一种防雷装置及风电机组，以实现有效防雷，避免雷电对风电机组设备造成损害。本发明提供了一种防雷装置，包括机体固定架，用于与需防雷体机体连接固定；放电支撑架，所述放电支撑架上固定连接有集电爪、导向轮和碳刷，均朝向需防雷体顶部导体侧壁伸出所述放电支撑架，所述导向轮和碳刷伸出所述放电支撑架以抵触所述需防雷体顶部一侧导体侧壁，所述集电爪伸出所述放电支撑架的长度小于所述导向轮的伸出长度；导向弹性件，所述导向弹性件的两端分别与所述机体固定架和放电支撑架相连，调整所述机体固定架和放电支撑架之间的相对距离，以使所述导向轮抵触在所述需防雷体顶部导体侧壁上。本发明提供的防雷装置，可保证集电爪与需防雷体顶部导体侧壁的间隙距离，做到有效的防雷作用。本发明还提供了一种风电机组，包括风轮、发电机、铁塔、偏航装置，还包括本发明提供的防雷装置；机体固定架与偏航装置的机舱转动部分固定连接，放电支撑架上固定的导向轮和碳刷与铁塔塔顶法兰内壁相抵触。本发明提供的风电机组，采用本发明实施例的防雷装置，能够通过导向轮自动调节集电爪与导体之间的放电间隙距离，做到有效避雷，保证风力发电设备的安全运行。
图I为本发明实施例二提供的防雷装置结构示意图；图2为本发明实施例二提供的防雷装置应用在风电机组中的结构示意图。附图标记I-机体固定架；2-弹簧；3-导向杆；4-放电支撑架；5-螺杆；6-导向轮；7-滑块；8-滑槽；9-集电爪；10-碳刷；11-导向弹性件；12-塔顶法兰；13-机舱转动部分； 14-第一螺母； 15-第二螺母；16-光孔；17-螺纹孔。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一本发明实施例一提供了一种防雷装置，该防雷装置可适用在需防雷体中，且所适用的需防雷体包括机体和顶部导体，一般顶部导体能够相对于与机体转动。例如风电机组的偏航装置能相对于铁塔转动。该防雷装置包括机体固定架、放电支撑架和导向弹性件。机体固定架用于与需防雷体的机体固定连接，将该防雷装置固定在需防雷体的某个部位上，通常是将机体固定架与需防雷体顶部的机体固定连接。放电支撑架上固定连接有集电爪、导向轮和碳刷，均朝向需防雷体顶部导体侧壁伸出放电支撑架，导向轮和碳刷伸出放电支撑架以抵触需防雷体顶部导体侧壁，集电爪伸出放电支撑架的长度小于导向轮的伸出长度。顶部导体是能够导电的部件，例如为金属材质的部件。导向弹性件的两端分别与机体固定架和放电支撑架相连，调整机体固定架和放电支撑架之间的相对距离，以使导向轮抵触在需防雷体顶部导体侧壁上。由上述技术方案可知，防雷装置通常设置在需防雷体的顶部，将防雷装置通过机体固定架与需防雷体顶部的机架固定连接。
将集电爪、导向轮和碳刷连接在放电支撑架上，导向轮和碳刷伸出放电支撑架一定的长度以抵触需防雷体顶部导体侧壁上，而集电爪伸出放电支撑架的长度小于导向轮的伸出长度，故集电爪与防雷体顶部导体侧壁保持一定间隙，此间隙就是防雷放电所需要的间隙距离。该间隙距离要有一个合适的数值范围才能起到有效的尖端放电防雷效果，间隙距离太大则起不到有效的防雷效果，该间隙距离根据所要求的防雷等级而定，通常仅有几个毫米，防雷等级越高间隙越小，但是间隙距离太小，集电爪容易与防雷体顶部导体侧壁发生接触摩擦，甚至变形，容易损坏集电爪的尖端，从而影响尖端放电防雷效果，在实际应用中间隙距离一般为2mm左右导向弹性件设置在机体固定架与放电支撑架之间，并保持一定的预紧力，通过导向弹性件的弹性变形调整机体固定架与支撑放电架间的相对距离，使放电支撑架上的导向轮与需防雷体顶部导体侧壁始终紧密接触。在防雷装置与需防雷体发生相对位移的情况下，通过导向弹性件的弹性变形调整机体固定架与放电支撑架间的相对距离，仍可保证放电支撑架上的导向轮与需防雷体顶部导体侧壁紧密接触，从而保证放电间隙距离保持不变。本发明实施例提供的防雷装置，可保证放电尖端与需防雷体之间的有效间隙距离，在需防雷体和放电尖端有相对运动时，能实现放电尖端的间隙距离的自动调节取得有效的防雷效果，并且可保护放电尖端不受损伤，起到自保护和有效的避雷作用。导向弹性件连接在机体固定架与放电支撑架之间，保持一定的相对运动和弹力的实现方式有多种，下面提供优选的设施方案。实施例二图I为本发明实施例二提供的防雷装置结构示意图，如图I所示，该防雷装置包括机体固定架I、放电支撑架4和导向弹性件11。机体固定架I用于与需防雷体的机体固定连接。放电支撑架4上固定连接有集电爪9、导向轮6和碳刷IO,均朝向需防雷体顶部导体侧壁伸出放电支撑架4,导向轮6和碳刷10伸出放电支撑架4以抵触需防雷体顶部导体侧壁，集电爪9伸出放电支撑架4的长度小于导向轮6的伸出长度；导向弹性件11的两端分别与机体固定架I和放电支撑架4相连，调整机体固定架I和放电支撑架4之间的相对距离，以使导向轮6抵触在需防雷体顶部导体侧壁上。导向弹性件可采用多种方式，比如，采用弹簧、橡胶杆，本实施例中优选的是采用如下的方案。导向弹性件11具体的包括导向杆3和弹簧2，导向杆3设置在机体固定架I和放电支撑架4之间，弹簧2套设在导向杆3的外侧，弹簧2的两端分别与机体固定架I和放电支撑架4连接。导向杆3的作用是导引机体固定架I与放电支撑架4之间的相对运动方向。进一步的，导向杆3的一端与放电支撑架4固定连接，导向杆3的另一端穿设在机体固定架I的光孔中。当然也可以将导向杆的一端与机体固定架固定连接，导向杆的另一端穿设在的放电支撑架的光孔中，不限于本实施例。采用上述的方案，导向杆通过设置在机体固定架或放电支撑架上的光孔产生位移，通过将弹簧设置在导向杆上，使弹簧沿导向杆方向产生变形，保证弹簧受力变形的方向，使机体固定架与放电支撑架之间的相对移动的方向更加精确。进一步的，导向杆3的一端还可设置有导向螺纹，通过第一螺母14和导向螺纹将导向杆3拧紧固定在机体固定架I或放电支撑架4上。采用上述方案的目的是，通过在导向杆的一端设置导向螺纹，可以在安装调试时候方便调节导向杆上弹簧的长度，进而调节弹簧的预紧力，使导向轮与需防雷体顶部导体侧壁有合适的接触力。并且，当导向轮由于长期使用而发生磨损时，可通过调整导向螺纹的旋进长度而调节导向轮6伸出放电支撑架的长度，如图2所示距离b，从而保证集电爪9与需防雷体顶部导体侧壁的间隙距离，如图2所示的距离a。在上述技术方案的基础上，进一步的，机体固定架I与放电支撑架4之间滑动连接，滑动连接的方式也有多种，本实施例优选的是，如图I所示，在机体固定架I的一端设置有滑槽8，放电支撑架4的一端设置有滑块7，滑块7嵌设在该滑槽8中相对滑动，该滑块可以是块状体或滚轮等多种方式，不限于本实施例。
滑槽为滑块提供支撑和导向作用，保证放电支撑架前后移动的稳定性，滑槽中还可适当加入润滑油，以保证滑块滑动的润滑性。进一步的，集电爪固定在放电支撑架的方式也有多种，本实施例中优选的是，将集电爪9通过螺杆螺纹方式与放电支撑架4连接，并且放电支撑架4朝向需防雷体顶部导体侧壁依次设置有光孔16和螺纹孔17，集电爪9与螺杆5连接，螺杆5穿过光孔16和螺纹孔17，也可通过第二螺母15将螺杆5拧紧在放电支撑架4上。采用此种设置方式，可通过调节螺纹旋进长度而调节集电爪与需防雷体顶部导体侧壁之间的放电间隙距离，并且在安装调试和维护检修时更加方便调节该放电间隙的距离，从而满足所要求的防雷等级。但是，当导向轮因长期使用而发生磨损时，导向轮的磨损量允许最大值为导向轮伸出放电支撑架外缘的距离，如图2所示的距离b，当达到或接近最大磨损量时需要更换导向轮，并重新调节集电爪螺杆螺纹旋进长度，保证有效的防雷间隙距离值，如图2所示的距
1ο实施例三本发明实施例三提供了一种风电机组，具体结构可参见图2所示，该防雷装置安装在风电机组的铁塔塔顶上。风电机组包括风轮、发电机、铁塔和偏航装置，还包括本发明任意实施例所提供的风电机组防雷装置；偏航装置的机舱转动部分作为需防雷体机体，与机体固定架固定连接，铁塔塔顶法兰作为需防雷体顶部导体，与放电支撑架上固定的导向轮和碳刷相抵触。优选方案是，塔顶法兰12与机舱转动部分用螺栓进行固定，防雷装置的机体固定架I固定在机舱转动部分13上，放电支撑架4与机体固定架I通过导向杆3相连，导向杆3上套设有弹簧2，导向轮6和碳刷10与塔顶法兰12抵触，导向轮6与塔顶法兰12内壁接触而集电爪9与塔顶法兰12内壁保持一定的间隙距离。当风力发电机组不执行偏航运动时，导向轮与塔顶法兰内壁相对静止接触，集电爪与塔顶法兰内壁保持一定的间隙距离，此间隙距离值为预先设定好的。当受到很大风力载荷时，启动偏航装置，整个机舱会有一定的偏移，机舱转动部分也会同步发生转动，风力载荷传递到塔顶法兰上也会产生一定的变形量，当塔顶法兰内壁偏向集电爪时，此时塔顶法兰内壁首先与导向轮接触，从而压缩弹簧，使放电支撑杆带动集电爪一起向右移动，避免塔顶法兰内壁与集电爪发生接触而造成损伤。当塔顶法兰内壁受力偏离集电爪时，在导向弹性件的弹性力的推动作用下，放电支撑架带动导向轮和集电爪向塔顶法兰内壁靠近，导向轮仍与塔顶法兰内壁紧密接触，因此仍可保持集电爪与塔顶法兰之间的间隙距离不变。当风力发电机组执行偏航运动时，导向轮与塔顶法兰产生相对运动，导向轮可以绕轴产生转动，由于导向轮和塔顶法兰之间是滚动摩擦，可以减少导向轮的接触磨损，因此保证集电爪与塔顶法兰之间的间隙距离不会因为磨损过快而相应调整。进一步地，集电爪与塔顶法兰内 壁之间的距离可设置为2mm。此外，集电爪与塔顶法兰内壁之间的距离小于导向轮伸出放电支撑架的长度，以防止导向轮磨损而导致集电爪与塔顶法兰接触。本发明实施例提供的风电机组，能做到有效防雷，保证风力发电设备的安全运行。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种防雷装置，其特征在于，包括 机体固定架，用于与需防雷体机体连接固定； 放电支撑架，所述放电支撑架上固定连接有集电爪、导向轮和碳刷，均朝向需防雷体顶部导体侧壁伸出所述放电支撑架，所述导向轮和碳刷伸出所述放电支撑架以抵触所述需防雷体顶部导体侧壁，所述集电爪伸出所述放电支撑架的长度小于所述导向轮的伸出长度； 导向弹性件，所述导向弾性件的两端分别与所述机体固定架和放电支撑架相连，调整所述机体固定架和放电支撑架之间的相对距离，以使所述导向轮抵触在所述需防雷体顶部导体侧壁上。
2.根据权利要求I所述的防雷装置，其特征在于所述导向弾性件包括导向杆和弹簧，所述弹簧套设在所述导向杆的外側；所述导向杆设置在所述机体固定架和放电支撑架之间，所述弹簧的两端分别与所述机体固定架和放电支撑架连接。
3.根据权利要求2所述的防雷装置，其特征在于所述导向杆的一端与所述机体固定架或放电支撑架固定连接，所述导向杆的另一端穿设在所述机体固定架或放电支撑架的光孔中。
4.根据权利要求3所述的防雷装置，其特征在于所述导向杆的一端设置有导向螺纹，通过螺母和导向螺纹将导向杆拧紧固定在将所述机体固定架或放电支撑架上。
5.根据权利要求I 4任一所述的防雷装置，其特征在于所述机体固定架与所述放电支撑架之间滑动连接。
6.根据权利要求5所述的防雷装置，其特征在于所述机体固定架的一端设置有滑槽，所述放电支撑架的一端设置有滑块，所述滑块嵌设在所述滑槽中相对滑动。
7.根据权利要求6所述的防雷装置，其特征在于所述滑块为滚轮。
8.根据权利要求I 4任一所述的防雷装置，其特征在于所述集电爪通过螺杆螺纹方式与所述放电支撑架连接。
9.根据权利要求8所述的防雷装置，其特征在于所述放电支撑架朝向需防雷体顶部导体的一端依次设置有光孔和螺纹孔，所述集电爪与螺杆连接，所述螺杆穿过所述光孔和螺纹孔。
10.ー种风电机组，包括风轮、发电机、鉄塔和偏航装置，其特征在于还包括权利要求I 9任一所述的防雷装置；偏航装置的机舱转动部分作为需防雷体机体，与所述机体固定架固定连接，鉄塔塔顶法兰作为需防雷体顶部导体，与放电支撑架上固定的导向轮和碳刷相抵触。
11.根据权利要求10所述的风电机组，其特征在于所述集电爪与鉄塔塔顶法兰内壁之间的距离为2mm。
12.根据权利要求10所述的风电机组，其特征在于所述集电爪与鉄塔塔顶法兰内壁之间的距离小于所述导向轮伸出放电支撑架的长度。
全文摘要
本发明公开了一种防雷装置及风电机组，该防雷装置包括机体固定架、放电支撑架和导向弹性件，机体固定架用于与机体连接固定；放电支撑架上固定连接有集电爪、导向轮和碳刷，均朝向需防雷体顶部导体侧壁伸出放电支撑架；导向弹性件的两端分别与机体固定架和放电支撑架相连，调整机体固定架和放电支撑架之间的相对距离。该风电机组，包括风轮、发电机、铁塔、偏航装置，还包括本发明提供的防雷装置及风电机组，可做到有效的防雷作用，保证风力发电设备的安全运行。
文档编号H01T4/10GK102623895SQ20111003413
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者刘作辉, 张芹, 路计庄, 闫猛 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司