藺吉順，包文育，劉東華

(內(nèi)蒙古民族大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)全覆蓋避雷器的設(shè)計(jì)

藺吉順，包文育，劉東華

(內(nèi)蒙古民族大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

為解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性較差、風(fēng)阻大的問題，研制了一種不改變?nèi)~片的形狀且覆蓋面較大、安全可靠的避雷裝置。此風(fēng)力發(fā)電機(jī)全覆蓋避雷器安裝在葉片里面且在葉片尖端伸出避雷導(dǎo)線，而各葉片的尖部之間拉有避雷拉線，且避雷拉線與安裝在葉片里的避雷導(dǎo)線相連，進(jìn)而使避雷器的覆蓋面增大，安全性顯著提升，大幅度提高了風(fēng)輪的捕風(fēng)效率，產(chǎn)生良好的效果。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)；避雷器；導(dǎo)風(fēng)板； 設(shè)計(jì)

0 引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉片、轉(zhuǎn)子和定子等部件構(gòu)成，安裝在高架上面，在風(fēng)力的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電[1-3]。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于野外高空運(yùn)行，避雷裝置非常重要?，F(xiàn)有的避雷裝置是將導(dǎo)線通過葉片與桿塔內(nèi)的接地導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)連接。由于葉片的長度達(dá)40 m～55 m，兩個(gè)葉片的尖端距離達(dá)80 m～110 m，僅靠現(xiàn)有葉片尖端的導(dǎo)線，其可靠性較差。如果把導(dǎo)線安裝在葉片的外面，可靠性較高，但風(fēng)阻較大，影響葉片的性能[4-6]。因此，研究出一種不改變?nèi)~片的形狀，且覆蓋面較大，安全可靠的避雷裝置具有一定的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)的目的是提供一種不改變現(xiàn)有葉片結(jié)構(gòu)，且可完全覆蓋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體，避雷效果更好，更加安全可靠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)全覆蓋避雷器。此目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：研制一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)全覆蓋避雷器，包括安裝在葉片里面且在葉片尖端伸出的避雷導(dǎo)線。其特點(diǎn)是：所述各葉片的尖部之間拉有避雷拉線，避雷拉線與安裝在葉片中的避雷導(dǎo)線相連且避雷拉線連接在相鄰葉片尖端的避雷導(dǎo)線上。避雷拉線上安裝有導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)板的截面為機(jī)翼形，即一側(cè)為平面?zhèn)龋硪粋?cè)為凸面?zhèn)?，?dǎo)風(fēng)板與氣流摩擦而產(chǎn)生的升力方向與葉片與氣流摩擦產(chǎn)生的升力方向相一致。本設(shè)計(jì)的有益效果是：避雷器的覆蓋面大，沒有死角，不改變現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)，其安全性得到顯著提升，特別是在避雷拉線上安裝導(dǎo)風(fēng)板，可大幅提高風(fēng)輪的捕風(fēng)效率，產(chǎn)生良好的效果。

2 設(shè)計(jì)基本方法和步驟

本設(shè)計(jì)總的構(gòu)思是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各葉片之間增設(shè)避雷拉線。下面圍繞這一構(gòu)思介紹兩種實(shí)施例。

(1) 圖1為第一種實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)也是由桿塔、轉(zhuǎn)子、定子、葉片等部件構(gòu)成，葉片里面安裝有避雷導(dǎo)線，避雷導(dǎo)線的尖端露在葉片的尖端以外。其特點(diǎn)是：各葉片的尖部之間拉有避雷拉線，避雷拉線與安裝在葉片中的避雷導(dǎo)線相連。所述的葉片尖部包括葉片尖端之前的一段，這種避雷拉線可能是要穿過葉片的外皮再與里面的避雷導(dǎo)線相接。為了保持葉片的完整性，避雷拉線最好連接在相鄰葉片尖端的避雷導(dǎo)線上。顯然，這種避雷器與原來相比，覆蓋面明顯增加，可以更好地保護(hù)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)免受雷電的破壞。

(2) 圖2為第二種實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主視圖。避雷拉線上安裝有導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)板的截面是與葉片中部的斷面相似的“機(jī)翼形”，即一側(cè)為比較平直的平面?zhèn)?，另一?cè)為弧形的凸面?zhèn)取Ｅc葉片的捕風(fēng)原理一樣，當(dāng)氣流擦過導(dǎo)風(fēng)板時(shí)，平面?zhèn)鹊臍饬髁魉佥^慢，而凸面?zhèn)鹊臍饬髁魉佥^快，平面?zhèn)人艿娘L(fēng)壓大于凸面?zhèn)鹊娘L(fēng)壓，由此產(chǎn)生向凸面?zhèn)确较虻纳?。圖3為導(dǎo)風(fēng)板的結(jié)構(gòu)示意圖。

這里，導(dǎo)風(fēng)板的平面?zhèn)扰c凸面?zhèn)戎g的順序與葉片相同，即產(chǎn)生的升力方向也是一致的，這種等于加大了葉片的轉(zhuǎn)矩，不僅可以抵消增加拉線對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)面影響，而且還會(huì)增加風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，提高工作效率。

1- 桿塔；2-轉(zhuǎn)子；3-定子；4-葉片；5-避雷導(dǎo)線；6-避雷拉線

1-桿塔；2-葉片；3-避雷拉線；4-導(dǎo)風(fēng)板

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種風(fēng)力機(jī)械，即一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)全覆蓋避雷器，其避雷導(dǎo)線安裝在葉片里面且在葉片尖端伸出，并在各葉片的尖部之間拉有避雷拉線，避雷拉線安裝導(dǎo)風(fēng)板。本設(shè)計(jì)的有益效果是：避雷器的覆蓋面大，沒有死角；不改變現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)，安全性顯著提升；特別是在避雷拉線上安裝導(dǎo)風(fēng)板，可大幅提高風(fēng)輪的捕風(fēng)效率，安全性顯著提高。

1-避雷拉線；2-導(dǎo)風(fēng)板；3-凸面?zhèn)龋?-平面?zhèn)?/p>

[1] 劉偉亮.錐形永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012：1-17.

[2] 郭旭東.離網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D].長沙：中南大學(xué),2013：2-7.

[3] 葛俊旭.兆瓦級垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué),2010：12-21.

[4] 李凡，施圍.線路避雷器的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J].電網(wǎng)技術(shù),2004，28(4)：38-42.

[5] 段慶成,陳忠祥,陳鴻飛,等.加裝線路避雷器方案的設(shè)計(jì)[J].電磁避雷器,2002(6)：23-29.

[6] 王蘭義，趙冬一，胡淑慧，等.線路避雷器的研究進(jìn)展[J].電磁避雷器,2011(1)：26-34.

Design of Full-coverage Lightning Arrester for Windpower Generator

LIN Ji-shun， BAO Wen-yu， LIU Dong-hua

(School of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028000, China)

In order to solve the problem of low reliability and strong ventilative resistance of wind-driven generator, a new lightning arrester is designed to improve the coverage and reliability by installing wires inside every vane which will stretch out to the tips of the vanes. On top of each vane, there is a stayguy. The wires and the stayguys are connected. Consequently, wider coverage, higher safety and more efficient wind-catching power will produce a better effect all together.

windpower generator; lightning arrester; wind board; design

1672- 6413(2015)06- 0133- 02

國家863計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2012AA0758)

2015- 06- 09；

2015- 10- 28

藺吉順(1980-)，男，吉林蛟河人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)殡姽る娮蛹夹g(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

TK83

A