風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)及葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)及葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的長度也逐漸加長。常規(guī)型葉片的長度已經(jīng)達(dá)到50m以上，再加上輪轂的高度已經(jīng)超過100m，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體高度已經(jīng)達(dá)到150m以上。這樣的高度使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中存在較高的雷電風(fēng)險(xiǎn)，尤其是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片易遭受雷擊而損壞。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷裝置主要包括設(shè)置葉片I上的現(xiàn)有技術(shù)的接閃器2，以及與葉片I根部的金屬法蘭4連接的防雷引下線3?，F(xiàn)有技術(shù)的接閃器2的數(shù)量以及間距主要根據(jù)GL導(dǎo)則(Gu ide I ine for the Certificat1n of WindTurbines，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組認(rèn)證指南)設(shè)置，由于GL導(dǎo)則根據(jù)長度45m以下的葉片進(jìn)行規(guī)定，而目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片大多都超過了 45m，根據(jù)GL導(dǎo)則只需設(shè)置4組現(xiàn)有技術(shù)的接閃器2，使得相鄰現(xiàn)有技術(shù)的接閃器2之間的間距較長。而且，現(xiàn)有技術(shù)的接閃器2對(duì)稱分布在葉片I的迎風(fēng)面和背風(fēng)面，使得葉片I上的接閃點(diǎn)較為分散?，F(xiàn)有技術(shù)的接閃器2在葉片I上的設(shè)置方式?jīng)]有考慮對(duì)葉片I易遭受雷擊的位置進(jìn)行保護(hù)，使雷電易擊穿非接閃器位置的部位，造成葉片直接損壞。
[0004]由于上述原因，現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷裝置已經(jīng)無法滿足葉片的防雷要求。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和調(diào)查，2011年?2015年，每1000臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中有超過4%以上的遭受雷電而損害，在雷擊嚴(yán)重的年份這個(gè)比例甚至超過8%，最終導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量受到嚴(yán)重?fù)p失，以及增加對(duì)葉片維修和更換的高額費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)及葉片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷裝置防雷效果較差的問題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)，包括間隔設(shè)置在葉片上的多個(gè)接閃器，沿所述葉片的葉尖至葉根的方向，相鄰兩個(gè)所述接閃器之間的間距逐漸增大。
[0007]進(jìn)一步地，所述葉片后緣的各頂點(diǎn)與前緣的垂線為弦長，各所述接閃器沿垂直于相應(yīng)的弦長的方向投影在所述相應(yīng)的弦長上并形成第一投影點(diǎn)，各所述第一投影點(diǎn)沿相應(yīng)的弦長的方向投影在所述前緣上形成第二投影點(diǎn)，沿所述葉片的葉尖至葉根方向，各相鄰所述第二投影點(diǎn)之間的間距構(gòu)成第一數(shù)列，所述第一數(shù)列為等比數(shù)列。
[0008]進(jìn)一步地，各所述第一投影點(diǎn)均位于相應(yīng)的弦長的中點(diǎn)位置。
[0009]進(jìn)一步地，所述葉片的迎風(fēng)面和背風(fēng)面上均間隔設(shè)置有所述多個(gè)接閃器。
[0010]進(jìn)一步地，所述迎風(fēng)面上的接閃器與所述背風(fēng)面上的接閃器一一對(duì)應(yīng)。
[0011]進(jìn)一步地，所述葉片的迎風(fēng)面和背風(fēng)面中的一個(gè)上設(shè)置有第一接閃器陣列，所述第一接閃器陣列的各相鄰接閃器對(duì)應(yīng)的第二投影點(diǎn)之間的間距構(gòu)成所述第一數(shù)列;所述迎風(fēng)面和背風(fēng)面中的另一個(gè)上設(shè)置有第二接閃器陣列，所述第二接閃器陣列靠近葉尖的第一個(gè)接閃器與所述第一接閃器陣列靠近葉尖的第一個(gè)接閃器對(duì)齊，所述第二接閃器陣列的各相鄰接閃器對(duì)應(yīng)的第二投影點(diǎn)之間的間距構(gòu)成與所述第一數(shù)列不同的第二數(shù)列。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一數(shù)列為b1、b2、b3……bn—!，所述第二數(shù)列為bi+cUbdScUbs+3d......bn-1+(n_l )d。
[0013]進(jìn)一步地，所述接閃器為圓柱形接閃器，所述圓柱形接閃器的截面直徑為150mm?200mm，所述圓柱形接閃器的長度為I OOmm?150mm。
[0014]進(jìn)一步地，所述接閃器為耐腐蝕導(dǎo)電材料制成的接閃器。
[0015]進(jìn)一步地，所述接閃器為不銹鋼、銅合金、鋁合金或鎢合金制成的接閃器。
[0016]進(jìn)一步地，所述葉片防雷系統(tǒng)還包括與各所述接閃器緊貼的接閃條，各所述接閃條沿葉尖至葉根方向敷設(shè)在所述葉片上，且各所述接閃條遠(yuǎn)離相應(yīng)的所述接閃器的一端與所述葉片的后緣之間的距離小于其與所述葉片的前緣之間的距離。
[0017]本發(fā)明的另一方面還提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片，所述葉片上設(shè)置有如上所述的任意一種葉片防雷系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)及葉片，通過控制相鄰接閃器的間距沿葉尖至葉根方向逐漸增大，對(duì)易遭受雷擊的葉尖位置進(jìn)行重點(diǎn)防雷保護(hù)，可以有效降低葉片因雷擊而損壞的概率，減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片雷擊故障時(shí)間，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，進(jìn)而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。通過葉片迎風(fēng)面與背風(fēng)面接閃器陣列的交錯(cuò)布局，能有效擴(kuò)大接閃面積。并且通過將各相鄰接閃器在葉片前緣方向的水平間距構(gòu)成等比數(shù)列，有利于快速方便地確定各接閃器位置、數(shù)量、間距以提高葉片防雷系統(tǒng)的安裝效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的接閃器陣列圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的葉片迎風(fēng)面的接閃器陣列圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的葉片背風(fēng)面的接閃器陣列圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的接閃器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明:
[0026]1、葉片；2、現(xiàn)有技術(shù)的接閃器;3、防雷引下線;4、金屬法蘭;5、接閃器;6、接線板；
7、接閃條;8、前緣;9、弦長;10、第一投影點(diǎn)；11、第二投影點(diǎn)；12、葉尖頂點(diǎn)；13、后緣。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)及葉片進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片防雷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該葉片防雷系統(tǒng)可以設(shè)置在不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，用于降低葉片在遭受雷擊時(shí)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，達(dá)到提高發(fā)電量的目的。
[0029]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該葉片防雷系統(tǒng)包括間隔設(shè)置在葉片I上的多個(gè)接閃器5，且沿葉片I的葉尖至葉根方向，相鄰兩個(gè)接閃器5之間的間距逐漸增大。
[0030]根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的雷擊故障統(tǒng)計(jì)和相關(guān)數(shù)據(jù)分析，雷電擊中葉片I的位置有超過90 %的概率位于葉尖附近，且葉片I上的雷擊概率沿葉尖至葉根的方向減小。本方案的葉片防雷系統(tǒng)利用這一特點(diǎn)，將葉尖位置作為重點(diǎn)的雷電防護(hù)位置，針對(duì)葉片I易遭受雷擊的葉尖位置進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，減小葉片I因葉尖位置受雷擊而損壞的概率。
[0031]具體地，通過控制相鄰接閃器5之間的間距沿葉尖至葉根的方向逐漸增大，使接閃器5的密集程度沿葉尖至葉根的方向逐漸減小。由于接閃器5在葉尖附近位置密集程度較高，可以有效地對(duì)易遭受雷擊的葉尖位置進(jìn)行保護(hù)，防止葉片I因葉尖位置受雷擊而損壞。葉片I上遠(yuǎn)離葉尖的位置的雷擊概率較低，通過密集程度較低的接閃器5足以進(jìn)行防雷接閃，保證葉片I在雷擊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)損壞，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。
[0032]如圖3所示，葉片I的各后緣頂點(diǎn)與前緣8的垂線為弦長9。各接閃器5沿垂直相應(yīng)的弦長9的方向投影在相應(yīng)的弦長9上形成的點(diǎn)為第一投影點(diǎn)10，各第一投影點(diǎn)10沿相應(yīng)的弦長9的方向投影在葉片前緣8上形成第二投影點(diǎn)11，其中，各弦長9、第一投影點(diǎn)10和第二投影點(diǎn)11在葉片I的分模面上。在前緣從葉尖至葉根的直線視為水平方向。
[0033]優(yōu)選地，沿葉片I的葉尖至葉根方向，各相鄰第二投影點(diǎn)11之間的間距構(gòu)成第一數(shù)列，第一數(shù)列為等比數(shù)列。
[0034]各第二投影點(diǎn)11相當(dāng)于由相應(yīng)的弦長9與前緣8的交點(diǎn)，通過第二投影點(diǎn)11可以方便快捷地確定第一投影點(diǎn)10，進(jìn)而確定接閃器5設(shè)置在葉片I表面的最佳位置。具體地，通過各相鄰第二投影點(diǎn)11之間的間距構(gòu)成的等比數(shù)列，以及葉片I的長度等具體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可以方便快捷地確定各第二投影點(diǎn)11的具體位置，進(jìn)而確定接閃器5的設(shè)置位置，提高該葉片防雷系統(tǒng)的安裝效率。
[0035]在實(shí)際的應(yīng)用場景中，葉片I上設(shè)置有η組接閃器5，各相鄰第二投影點(diǎn)11之間的間距可以記為b1、b2、b3......bn-1，b1、b2、b3......bn-1構(gòu)成的第一數(shù)列的公比用q表不。若葉片I的長度為L，靠近葉尖位置的第一個(gè)接閃器5與葉尖頂點(diǎn)12之間的距離為lm，靠近葉根位置的第η各接閃器5設(shè)置在最大的弦長9對(duì)應(yīng)的位置，最大的弦長9與葉根之間的距離為c(c為常數(shù))，則可以得出葉片I的長度L的計(jì)算公式:L=l+bi+b2+b3+......+bn—ι+c= l+c+bi( l_qn—工)/
(1-q)。其中，公比q的取值范圍優(yōu)選為1.8?2.5，由于葉片I的長度L的數(shù)值有限，所以公比q
的值不宜過大;而且q的數(shù)值不宜過小，使b1、b2、b3......bn-1的數(shù)值不會(huì)過小，進(jìn)而控制葉片I
上各接閃器5具有合適的數(shù)量，以及相鄰接閃器5之間具有合適的距離，在成本較低的情況下使該葉片防雷系統(tǒng)具有較高低防雷接閃效率。
[0036]例如，bi= 4，q = 2，則根據(jù)上述計(jì)算公式可以得出，L = 2n+1+c_3。根據(jù)葉片I具體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中的L和C，可以較方便地確定各第二投影點(diǎn)11的具體位置，進(jìn)而計(jì)算出接閃器5的數(shù)量和設(shè)置位置，使葉片I上設(shè)置數(shù)量和位置均合適的接閃器5，用于對(duì)葉片I進(jìn)行雷電防護(hù)。
[0037]優(yōu)選地，各第一投影點(diǎn)10均位于相應(yīng)的弦長9的中點(diǎn)位置。
[0038]確定各第二投影點(diǎn)11的具體位置之后，在各第二投影點(diǎn)11向葉片I的后緣13引出前緣8的垂線作為弦長9，選取各弦長9的中點(diǎn)作為相應(yīng)的第一投影點(diǎn)10，并在各第一投影點(diǎn)10向葉片I的表面引出的垂線(該垂線相當(dāng)于在第一投影點(diǎn)10引出的垂直于葉片I的分模面的垂線)，各垂線與葉片I的表面的交點(diǎn)即為各接閃器5在葉片表面的設(shè)置位置，由此，便確定了各接閃器5的設(shè)置位置。例如，根據(jù)圖3中各弦長9分別的長度hl、h2、h3……W1，相應(yīng)地確定各第一投影點(diǎn)10，進(jìn)而確定各接閃器5的設(shè)置位置。
[0039