专利名称：一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，通过搭建一条绕开主轴的防雷通道，避免风电机组遭受雷击时对主轴及轮毂和机舱内相关的机械和电气部件的损害。
背景技术：
随着风力发电技术的发展，风力发电机组得到了大规模的应用，风电机组的安全运行问题日益受到重视，无论在陆地或海上，雷击都是影响风电机组安全运行的重要因素之一。当风机遭受雷击时，巨大的雷电流可以通过叶片或整流罩注入到轮毂，再由轮毂进入机舱，经塔筒或地线到达接地装置，最终散入大地。
在风机运行过程中，轮毂相对机舱是旋转的，由主轴完成轮毂与机舱的机械连接；由于主轴由金属构成，客观上形成了一条轮毂对机舱的电气通路；基于这个通路，传统的风电防雷系统将主轴作为雷电通道的一部分。然而，长期的运行实践表明，主轴作为雷电通道的一部分并不可靠且十分危险，当巨大的雷电流通过主轴时，由于接触电阻和线路电感的存在，在此暂态过程中，主轴相对机舱的电位被抬高，该电位差将有可能击穿主轴的轴承，造成主轴轴承被雷电流侵蚀，直接发生故障或极大缩短主轴的运行寿命；同时，这种方式要求轮毂内及齿轮箱上的电气部件达到较高的耐压水平，并提高了这些电气部件防雷等级，否则雷击还将造成这些电气部件的损坏。当主轴作为雷电流通道的一部分时，为了保证主轴的可靠性和安全性，要么选用可以承受相应雷电流的轴承；要么对主轴轴承进行绝缘处理，使其能够承受雷击时产生的电位差。但这些方法都会较大幅度增加成本，实不可取，有必要对传统风电机组通过主轴的轮毂到机舱的雷电通道进行改进，搭建一条绕开轮毂、主轴的雷电通道。
发明内容
为了克服现有技术的不足，搭建一条绕开主轴的雷电通道，本发明提出了一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，避免了风电机组受雷击时雷电流对主轴的侵蚀，更好地保护风力发电机组内部相关的电气和机械系统。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于在轮毂罩和机舱罩之间搭建一条雷电通道，该雷电通道一端与轮毂罩的受雷导体连接，另一端与机舱罩的受雷导体连接，雷电流绕开主轴通过该通道从轮毂罩传递到机舱罩，实现风电机组的防雷；该雷电通道包括导电环和导电刷，所述导电环与轮毂罩、机舱罩及主轴同心；导电环与导电刷之间滑动接触，构成了轮毂罩和机舱罩之间旋转状态下的电气连接通道。进一步地，所述导电环或者位于轮毂罩/机舱罩外；或者位于轮毂罩/机舱罩内；或者位于轮毂罩和机舱罩之间。进一步地，所述导电环是专门用于导电的电滑环。
进一步地，所述导电环套装在主轴上，并在导电环和主轴之间进行良好绝缘处理。进一步地，所述导电环通过螺丝或铆钉固定安装在轮毂罩/机舱罩之外表面或内表面。进一步地，所述导电环是由直接在所述轮毂罩或机舱罩上加工出的环形导电平整表面构成。进一步地，所述导电刷是刷状电气接触部件，括碳刷、导电毛刷、导电纤维刷、弹性
金属片。进一步地，所述导电刷沿导电环圆周设置I个或I个以上；导电刷的刷端或者与导电环旋转面的外侧接触，或者与导电环旋转面的内侧接触，或者与导电环旋转面的轴向接触；导电刷的刷柄端固定在机舱罩/轮毂罩上，保持与机舱罩/轮毂罩受雷导体良好的电气连接。
本发明的工作原理为导电刷和导电环构成雷电通道实现了轮毂罩和机舱罩之间旋转运动状态下的电气连接，当风力不足时，轮毂罩相对机舱罩无旋转运动；当风力达到一定大小时，轮毂相对机舱旋转；电刷和导电环构成的雷电通道为轮毂到机舱在旋转与不旋转情况下都能提供良好的电气连接。本发明搭建的雷电通道，一端与轮毂罩的受雷导体连接，另一端与机舱罩的受雷导体连接，当来自叶片或轮毂罩的雷电流到达时，雷电流通过电刷和导电环构成的雷电通道向机舱罩的受雷导体传导，而不通过主轴和轮毂。由于雷电流不通过主轴和轮毂，因此主轴和轮毂免于雷击的破坏。同时，在雷击过程中，轮毂罩中各电气部件相对于机舱的等电位体的电位差也显著下降，整个系统相关的电气部件都得到了有效保护。本发明的有益效果在于1、基于电刷导电环构成防雷装置，用于旋转状态中部件的电气连接，雷电流被引导到大地的过程中，不通过轮毂、主轴、齿轮箱，相关电气及机械系统能够得到很好的保护；2、该装置成本低廉，实施方法灵活简便，适用范围广，适合批量使用。
图I实施例一结构示意 图2实施例一横截面示意 图3实施例二结构示意图
其中1、轮毂罩；2、机舱罩；3、导电环；4、导电刷；5、主轴；6、电刷架；7、螺丝
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的说明。根据风电机组的结构，在风力发电机组中遭受雷击时，一般来说，雷电流可以通过叶片或整流罩注入到轮毂，再经主轴由轮毂进入机舱，最后经塔筒到地。本发明提供了一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于在轮毂罩和机舱罩之间搭建一条雷电通道，该雷电通道一端与轮毂罩的受雷导体连接，另一端与机舱罩的受雷导体连接，雷电流绕开主轴通过该通道从轮毂罩传递到机舱罩，实现风电机组的防雷；该雷电通道包括导电环和导电刷，所述导电环与轮毂罩、机舱罩及主轴同心；导电环与导电刷之间滑动接触，构成了轮毂罩和机舱罩之间旋转状态下的电气连接通道。受雷导体是指用于传导雷电的导电金属或电缆，或是机舱罩或轮毂罩中本身的导电部位，可用于雷电传导。根据导电环与机舱罩或轮毂罩所处的相对位置，大致可以分为以下几种形式的布置导电环位于轮毂罩或机舱罩内与主轴同心且靠近主轴；导电环位于轮毂罩或机舱罩内与主轴I同心并保持一定距离，靠近轮毂罩或机舱罩的边缘；导电环位于轮毂罩和机舱罩相交的部位；导电环位于轮毂罩或机舱罩之外。根据雷电通道的连接路径，可以采用导电刷与轮毂罩的受雷导体相连接，导电环与机舱罩的受雷导体相连接；或者导电刷与机舱罩的受雷导体相连接，而导电环与轮毂罩的受雷导体相连接。根据导电刷与导电环的电气连接方式，大致也可以分为以下三种导电刷位于导 电环旋转面的外圈方向；导电环位于旋转面的内圈方向；导电刷位于导电环旋转面的轴线方向。所述导电刷是提供电气接触的刷状电气接触部件，可以是碳刷，导电毛刷，导电纤维刷，还可以是弹性金属片等。所述导电环可以是专用于导电的滑环；也可以是利用机舱罩、轮毂罩或主轴上面机械结构中的平整部分；还可以是在轮毂罩、机舱罩或主轴加工时专门加工出来的平整部分。这些连接方式，可以根据实际概况，自由随机选择组合方式，只有通过导电环和电刷的方式，实现旋转状态下的轮毂罩与机舱罩的良好的电气连接，均可实现发明目的。基于本发明思想衍生的技术方案都落入本发明的保护范围之内。下面结合附图，对本发明进行详细说明。实施例一
以采用专用导电环安装在轮毂罩和机舱罩之间的形式为例，雷击发生时，叶片尖端的接闪器将雷电流通过叶片和轮毂罩之间的泄放通道传到轮毂罩的受雷导体。目前的轮毂罩/机舱罩多以玻璃钢或铝合金材料制成，金属材料的轮毂罩本身就是受雷导体，而非金属复合材料制成的轮毂罩/机舱罩的受雷导体一般采用多条敷设的网状金属线。如图I和图2所示，将专用的导电滑环3与主轴5同心地安装在轮毂罩I和机舱罩2之间，通过螺丝7固定安装在轮毂罩I内表面，3支导电刷4通过电刷架6圆周等间距安装在机舱罩2之上。安装时要保证导电环和导电刷与轮毂罩和机舱罩内敷设的导电金属线建立可靠的电气连接。在风机运行过程中，轮毂相对机舱是旋转的，固定安装在轮毂罩内表面的导电滑环随轮毂罩旋转；固定安装在机舱罩上的导电刷与导电环滑动方式接触，将导电环上的电流引入机舱罩的受雷导体，实现对风电机组的防雷保护目的。实施例二
实施例二以在轮毂罩上直接加工导电环为例对本发明进行说明。当轮毂罩或机舱罩是金属制成时，可以通过在加工轮毂罩时同时加工出平整环状面作为导电环。如图3所示，在轮毂罩I上面加工的平整表面构成了导电滑环3，而图中所示的导电刷4采用弹性金属片，弹性金属片一端焊接或螺纹连接在机舱罩2上，一端与导电滑环3的表面滑动接触。弹性金属片多片设置，形成的雷电通道将轮毂罩上的雷电流经导电环、弹性金属片引导到机舱罩，雷击发生时雷电流不经过主轴5。这种方式的好处是电气连接可靠，不需使用专门的电刷滑环。上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，并不对本发明的保护范围作任何限 制，本领域普通技术人员在不脱离本发明实质及技术启示下所做的变形及润饰，均应视为在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围视其权利要求书而定。
权利要求
1.一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于在轮毂罩和机舱罩之间搭建一条雷电通道，该雷电通道一端与轮毂罩的受雷导体连接，另一端与机舱罩的受雷导体连接，雷电流绕开主轴通过该通道从轮毂罩传递到机舱罩，实现风电机组的防雷；该雷电通道包括导电环和导电刷，所述导电环与轮毂罩、机舱罩及主轴同心；导电环与导电刷之间滑动接触，构成了轮毂罩和机舱罩之间旋转状态下的电气连接通道。
2.根据权利要求I所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电环或者位于轮毂罩/机舱罩外；或者位于轮毂罩/机舱罩内；或者位于轮毂罩和机舱罩之间。
3.根据权利要求I或2所述一种风电机组防雷方法，其特征在于所述导电环是专门用于导电的电滑环。
4.根据权利要求3所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电环套装在主轴上，并在导电环和主轴之间进行良好绝缘处理。
5.根据权利要求3所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电环通过螺丝或铆钉固定安装在轮毂罩/机舱罩之外表面或内表面。
6.根据权利要求2所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电环是由直接在所述轮毂罩或机舱罩上加工出的环形导电平整表面构成。
7.根据权利要求I所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电刷是刷状电气接触部件，括碳刷、导电毛刷、导电纤维刷、弹性金属片。
8.根据权利要求1、2、4、5、6或7任一项所述一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，其特征在于所述导电刷沿导电环圆周设置I个或I个以上；导电刷的刷端或者与导电环旋转面的外侧接触，或者与导电环旋转面的内侧接触，或者与导电环旋转面的轴向接触；导电刷的刷柄端固定在机舱罩/轮毂罩上，保持与机舱罩/轮毂罩受雷导体良好的电气连接。
全文摘要
本发明提出了一种轮毂到机舱的雷电通道连接方法，在轮毂罩和机舱罩之间搭建一条雷电通道，该雷电通道一端与轮毂罩的受雷导体连接，另一端与机舱罩的受雷导体连接，雷电流绕开主轴通过该通道从轮毂罩传递到机舱罩，实现风电机组的防雷；该雷电通道包括导电环和导电刷，所述导电环与轮毂罩、机舱罩及主轴同心；导电环与导电刷之间滑动接触，构成了轮毂罩和机舱罩之间旋转状态下的电气连接通道。在雷击过程中，雷电流将通过导电刷和导电环系统向机舱罩的受雷导体传导雷电流，并不通过轮毂、主轴向机舱传导雷电流，相关电气及机械系统能够得到很好的保护。该装置成本低廉，方法简单且易于实施，适合批量使用。
文档编号H01R39/18GK102946037SQ20121041454
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者曹国荣, 赵燕峰, 唐建平, 王宝归, 袁莹 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司