《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》涉及了防雷装置领域，具体为一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法。

风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，其发电过程不会对环境造成污染与破坏，利用风力发电也是2019年5月以前的集中主要的清洁能源之一，风力发电机组是一种将风能转化为电能的装置，为了保证足够的发电功率，风力发电机组的体积一般较大，高度高，这也导致了风力发电机组容易遭遇雷击，自然界的雷击破坏力大，在直接击中风力发电机组的情况下会导致机组内部元件损坏，发电机组直接瘫痪的结果，因此在安装风力发电机组的过程中需要在风力发电机组上安装避雷装置。传统的避雷装置是通过风电叶片上的接闪器引直落雷，再通过导线与碳刷将电流引至轮毂，再通过轮毂接地将大电流引向地面，但是由于电流大，碳刷与变桨轴承为回转摩擦状态，因此碳刷无法完全指引电流导向，这也导致电流击穿变桨轴承，对变桨轴承及其连接结构造成一定损伤。

图1为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》风电机的示意图；

图2为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的接地设备示意图；

图3为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的连接体和环形导体的安装示意图；

图4为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的连接体和环形导体示意图；

图5为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的连接体示意图；

图6为《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的滑块导体示意图。

其中，1-接闪器、2-连接体、3-环形导体、4-下引导体、5-接地设备、6-叶片、7-机舱、8-电缆、9-连接导体、10-滑块导体、11-避雷针、12-底板、13-盖板、14-环形板、15-竖直接地体、16-水平接地体、17-接地环、18-固定体、19-移动体、20-导柱、21-限位板、22限位环、23-滑条。

2021年8月16日，《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》获得安徽省第八届专利奖优秀奖。

如图1至图6所示，《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的特征在于，包括接闪器1、连接体2、环形导体3、下引导体4和接地设备5，所述风电机的叶片6顶端安装有所述接闪器1，所述风电机的机舱7与所述叶片6相对的面上设有环形凹槽，所述环形导体3转动安装在所述环形凹槽内，所述连接体2一端与所述叶片6的根部固定连接，另一端与所述环形导体3固定连接，所述叶片6和所述连接体2内均铺设有电缆8，所述电缆8一端与所述接闪器1固定连接，另一端插入所述环形凹槽与所述环形导体3固定连接；所述环形导体3与所述环形凹槽的槽底相对的一面设有环槽，固定连接在所述机舱7底面的机架内安装有所述下引导体4，所述机舱7的底面设有与所述环形凹槽相连通的通槽，所述机架与所述下引导体4的底端与埋在地底的接地设备5固定连接，所述下引导体4的顶端固定有穿过所述通槽插入所述环形凹槽的连接导体9，所述连接导体9上安转有与所述环槽滑动配合的滑块导体10；所述连接体2和所述机舱7均为非导体材料制成。所述连接体2包括底板12和盖板13，所述底板12和所述盖板13可拆卸连接，二者的连接面均设有用于容纳所述电缆8的容纳槽。所述环形凹槽的槽口转动连接有环形板14，所述环形板14上设有用于所述连接体2穿过的通孔。所述环形板14与所述环形凹槽的连接处以及所述通孔处均设有密封圈。所述滑块导体10包括固定体18和移动体19，所述固定体18一面与所述连接导体9固定连接，另一面设有安装槽，所述安装槽的槽壁设有滑槽，所述移动体19的外表面固定有与滑槽滑动连接的滑条23；所述安装槽的槽底固定连接有导柱20，所述导柱20的端部固定连有限位板21，所述移动与所述槽底相对的一面设有插槽，所述导柱20与所述插槽插接配合，所述插槽的槽口设有阻挡所述限位板21的限位环，所述导柱20上套接有弹簧，所述弹簧一端与所述插槽槽口固定连接，另一端与所述安装槽的槽底固定连接。

《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》所述接地设备5包括竖直接地体15、水平接地体16和接地环17，所述竖直接地体15和所述水平接地体16均有若干个，所述下引导体4通过连接体2与若干个所述水平接地体16固定连接，若干个所述水平接地体16均匀分布且均与所述接地环17固定连接，所述接地环17的底面固定连接有若干个所述竖直接地体15，所述竖直接地体15沿所述接地环17周向均匀分布；包括以下步骤：步骤一、根据所述水平接地体16和所述接地环17的布置，先挖掘出用于安装所述水平接地体16和所述接地环17的深坑，然后再按竖直接地体15的分布，使用打孔装置在坑底钻打出用于深埋所述竖直接地体15的深洞；步骤二、将所述竖直接地体15放置在所述深洞内，然后向内依次填充有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，设置注水管，并注水填土夯实；所述竖直接地体15的顶部用于连接的部分裸露出来；步骤三、在所述深坑内依次铺设有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，并设有注水管，之后再将所述水平接地体16和所述接地环17放置在所述深坑内，再将所述竖直接地体15、所述水平接地体16和所述接地环17连接起来，然后注水填土并夯实；所述水平接地体16与所述下引导体4连接的部分裸露出来；步骤四、将所述水平接地体16与所述下引导体4连接起来，之后再填土夯实。在该实施例中，所述机舱7上安装有避雷针11，所述避雷针11的底端与所述下引导体4固定连接。

工作过程及原理：《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》在工作时，通过接闪器1接引雷电，并通过电缆8将雷电引导至环形导体3，然后经滑块导体10和连接导体9将雷电引导至下引导体4，从而将雷电引导至接地设备5，并通过接地设备5将雷电在大地中释放；环形导体3和连接体2随着叶片6的转动而转动，不会影响风电机的正常使用；进行施工时，根据所述水平接地体16和所述接地环17的布置，先挖掘处用处安装所述水平接地体16和所述接地环17的深坑，然后再竖直接地体15的分布，使用打孔装置在坑底钻打出用于深埋所述竖直接地体15的深洞；再将所述竖直接地体15放置在所述深洞内，然后向内依次填充有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，设置注水管，并注水填土夯实；所述竖直接地体15的顶部用于连接的部分裸露出来；再在所述深坑内依次铺设有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，并设有注水管，之后再将所述水平接地体16和所述接地环17放置在所述深坑内，再将所述竖直接地体15、所述水平接地体16和所述接地环17连接起来，然后注水填土并夯实；所述水平接地体16与所述下引导体4连接的部分裸露出来；最后将所述水平接地体16与所述下引导体4连接起来，之后再填土夯实。基上所述，传统的避雷装置是通过风电叶片上的接闪器引直落雷，再通过导线与碳刷将电流引至轮毂，再通过轮毂接地将大电流引向地面，但是由于电流大，碳刷与变桨轴承为回转摩擦状态，因此碳刷无法完全指引电流导向，这也导致电流击穿变桨轴承，对变桨轴承及其连接结构造成一定损伤。

《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》通过接闪器1接引雷电，并通过电缆8、环形导体3和下引导体4将雷电引向接地设备5，整个接引过程不会经过变桨轴承、轮毂等风电机内部机组，故此不会对其产生损伤；连接体2和环形导体3的安装，使其可以随着叶片6转动，从而不会影响风电机组的正常工作；连接体2和机舱均为非导体材料制成，不会将雷电引导至风电机机组，使得《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》可以完全指引电流的导向，不会对风电机机组产生损伤；《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》填充的木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，大大降低了土地的电阻率，提高了导电性；《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的滑块导体10导体的移动体在弹簧的作用下始终与环槽的槽底相接触，保证了其始终可以导电。

一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法专利目的

为解决传统风电机的避雷方式中碳刷无法完全指引电流方向，会对变桨轴承、轮毂等产生损伤、施工中大范围挖掘土地，工作量大等问题，《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》设计了一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法。

一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法技术方案

《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》包括接闪器、连接体、环形导体、下引导体和接地设备，所述风电机的叶片顶端安装有所述接闪器，所述风电机的机舱与所述叶片相对的面上设有环形凹槽，所述环形导体转动安装在所述环形凹槽内，所述连接体一端与所述叶片的根部固定连接，另一端与所述环形导体固定连接，所述叶片和所述连接体内均铺设有电缆，所述电缆一端与所述接闪器固定连接，另一端插入所述环形凹槽与所述环形导体固定连接；所述环形导体与所述环形凹槽的槽底相对的一面设有环槽，固定连接在所述机舱底面的机架内安装有所述下引导体，所述机舱的底面设有与所述环形凹槽相连通的通槽，所述机架与所述下引导体的底端与埋在地底的接地设备固定连接，所述下引导体的顶端固定有穿过所述通槽插入所述环形凹槽的连接导体，所述连接导体上安转有与所述环槽滑动配合的滑块导体；所述连接体和所述机舱均为非导体材料制成。优选的，所述机舱上安装有避雷针，所述避雷针的底端与所述下引导体固定连接。优选的，所述连接体包括底板和盖板，所述底板和所述盖板可拆卸连接，二者的连接面均设有用于容纳所述电缆的容纳槽。优选的，所述环形凹槽的槽口转动连接有环形板，所述环形板上设有用于所述连接体穿过的通孔。优选的，所述环形板与所述环形凹槽的连接处以及所述通孔处均设有密封圈。优选的，所述滑块导体包括固定体和移动体，所述固定体一面与所述连接导体固定连接，另一面设有安装槽，所述安装槽的槽壁设有滑槽，所述移动体的外表面固定有与滑槽滑动连接的滑条；所述安装槽的槽底固定连接有导柱，所述导柱的端部固定连有限位板，所述移动与所述槽底相对的一面设有插槽，所述导柱与所述插槽插接配合，所述插槽的槽口设有阻挡所述限位板的限位环，所述导柱上套接有弹簧，所述弹簧一端与所述插槽槽口固定连接，另一端与所述安装槽的槽底固定连接。

《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》所述接地设备包括竖直接地体、水平接地体和接地环，所述竖直接地体和所述水平接地体均有若干个，所述下引导体通过连接体与若干个所述水平接地体固定连接，若干个所述水平接地体均匀分布且均与所述接地环固定连接，所述接地环的底面固定连接有若干个所述竖直接地体，所述竖直接地体沿所述接地环周向均匀分布；包括以下步骤：步骤一、根据所述水平接地体和所述接地环的布置，先挖掘出用于安装所述水平接地体和所述接地环的深坑，然后再按竖直接地体的分布，使用打孔装置在坑底钻打出用于深埋所述竖直接地体的深洞；步骤二、将所述竖直接地体放置在所述深洞内，然后向内依次填充有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，设置注水管，并注水填土夯实；所述竖直接地体的顶部用于连接的部分裸露出来；步骤三、在所述深坑内依次铺设有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，并设有注水管，之后再将所述水平接地体和所述接地环放置在所述深坑内，再将所述竖直接地体、所述水平接地体和所述接地环连接起来，然后注水填土并夯实；所述水平接地体与所述下引导体连接的部分裸露出来；步骤四、将所述水平接地体与所述下引导体连接起来，之后再填土夯实。

一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法改善效果

1、《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》通过接闪器接引雷电，并通过电缆、环形导体和下引导体将雷电引向接地设备，整个接引过程不会经过变桨轴承、轮毂等风电机内部机组，故此不会对其产生损伤；连接体和环形导体的安装，使其可以随着叶片转动，从而不会影响风电机组的正常工作；

2、连接体和机舱均为非导体材料制成，不会将雷电引导至风电机机组，使得《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》可以完全指引电流的导向，不会对风电机机组产生损伤；

3、《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》填充的木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，大大降低了土地的电阻率，提高了导电性；

4、《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的滑块导体的移动体在弹簧的作用下始终与环槽的槽底相接触，保证了其始终可以导电。

1.《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》的特征在于，包括接闪器（1）、连接体（2）、环形导体（3）、下引导体（4）和接地设备（5），所述风电机的叶片（6）顶端安装有所述接闪器（1），所述风电机的机舱（7）与所述叶片（6）相对的面上设有环形凹槽，所述环形导体（3）转动安装在所述环形凹槽内，所述连接体（2）一端与所述叶片（6）的根部固定连接，另一端与所述环形导体（3）固定连接，所述叶片（6）和所述连接体（2）内均铺设有电缆（8），所述电缆（8）一端与所述接闪器（1）固定连接，另一端插入所述环形凹槽与所述环形导体（3）固定连接；所述环形导体（3）与所述环形凹槽的槽底相对的一面设有环槽，固定连接在所述机舱（7）底面的机架内安装有所述下引导体（4），所述机舱（7）的底面设有与所述环形凹槽相连通的通槽，所述机架与所述下引导体（4）的底端与埋在地底的接地设备（5）固定连接，所述下引导体（4）的顶端固定有穿过所述通槽插入所述环形凹槽的连接导体（9），所述连接导体（9）上安转有与所述环槽滑动配合的滑块导体（10）；所述连接体（2）和所述机舱（7）均为非导体材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组用石墨防雷接地装置，其特征在于，所述机舱（7）上安装有避雷针（11），所述避雷针（11）的底端与所述下引导体（4）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组用石墨防雷接地装置，其特征在于，所述连接体（2）包括底板（12）和盖板（13），所述底板（12）和所述盖板（13）可拆卸连接，二者的连接面均设有用于容纳所述电缆（8）的容纳槽。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组用石墨防雷接地装置，其特征在于，所述环形凹槽的槽口转动连接有环形板（14），所述环形板（14）上设有用于所述连接体（2）穿过的通孔。

5.根据权利要求4所述的一种风电机组用石墨防雷接地装置，其特征在于，所述环形板（14）与所述环形凹槽的连接处以及所述通孔处均设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种风电机组用石墨防雷接地装置，其特征在于，所述滑块导体（10）包括固定体（18）和移动体（19），所述固定体（18）一面与所述连接导体（9）固定连接，另一面设有安装槽，所述安装槽的槽壁设有滑槽，所述移动体（19）的外表面固定有与滑槽滑动连接的滑条（23）；所述安装槽的槽底固定连接有导柱（20），所述导柱（20）的端部固定连有限位板（21），所述移动与所述槽底相对的一面设有插槽，所述导柱（20）与所述插槽插接配合，所述插槽的槽口设有阻挡所述限位板（21）的限位环，所述导柱（20）上套接有弹簧，所述弹簧一端与所述插槽槽口固定连接，另一端与所述安装槽的槽底固定连接。

7.《一种风电机组用石墨防雷接地装置及其施工方法》所述接地设备（5）包括竖直接地体（15）、水平接地体（16）和接地环（17），所述竖直接地体（15）和所述水平接地体（16）均有若干个，所述下引导体（4）通过连接体（2）与若干个所述水平接地体（16）固定连接，若干个所述水平接地体（16）均匀分布且均与所述接地环（17）固定连接，所述接地环（17）的底面固定连接有若干个所述竖直接地体（15），所述竖直接地体（15）沿所述接地环（17）周向均匀分布；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据所述水平接地体（16）和所述接地环（17）的布置，先挖掘出用于安装所述水平接地体（16）和所述接地环（17）的深坑，然后再按竖直接地体（15）的分布，使用打孔装置在坑底钻打出用于深埋所述竖直接地体（15）的深洞；步骤二、将所述竖直接地体（15）放置在所述深洞内，然后向内依次填充有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，设置注水管，并注水填土夯实；所述竖直接地体（15）的顶部用于连接的部分裸露出来；步骤三、在所述深坑内依次铺设有木炭或长效降阻剂层，黑土或黄土层，盐层，并设有注水管，之后再将所述水平接地体（16）和所述接地环（17）放置在所述深坑内，再将所述竖直接地体（15）、所述水平接地体（16）和所述接地环（17）连接起来，然后注水填土并夯实；所述水平接地体（16）与所述下引导体（4）连接的部分裸露出来；步骤四、将所述水平接地体（16）与所述下引导体（4）连接起来，之后再填土夯实。

《一种泥岩填方路基结构及其施工方法》属于路基加固施工技术领域，特别涉及一种泥岩填方路基结构及其施工方法。

一种泥岩填方路基结构及其施工方法专利目的

《一种泥岩填方路基结构及其施工方法》是为避免上述2015年11月以前的技术所存在的不足之处，提供一种泥岩填方路基结构及其施工方法，其可操作性强，能很大程度地减少水对泥岩路基的破坏，控制泥岩颗粒大小和均匀度，提高泥岩路基整体质量。

一种泥岩填方路基结构及其施工方法技术方案

《一种泥岩填方路基结构及其施工方法》包括在土基1中构筑汇水槽2，在土基1的表面铺设有不透水层3，在不透水层3上依次构筑下路堤4、上路堤5、路床6以及路面结构层7；在路基两侧分别构筑粘土护坡8；所述汇水槽2是在土基1中沿道路中线构筑；所述不透水层3是松铺的低液限粘土填筑层，或是厚度不小于0.8毫米的防水板；所述下路堤4的结构形式是：在分三层填筑的泥岩层4a上覆盖封水调平层4b构筑而成；所述上路堤5是指路面结构层以下80～150厘米范围内的路基填方部分，所述上路堤5为二层以上的低液限粘土填筑构成调平验收层；所述路床6是指路面结构层以下80厘米范围内的路基部分，所述路床6为二层以上的改良土填筑构成；所述路面结构层7是由水泥稳定碎石基层与沥青面层构成；所述粘土护坡8是在路基两侧构筑水平宽为150～200厘米的粘土坡。优化的泥岩填方路基结构数据如下：所述汇水槽的埋深低于地下水位线150厘米，宽度为50～60厘米的纵向排水设施；不透水层3的低液限粘土填筑层的松铺厚度为20～35厘米，所述防水板为HDPE防水板，拉伸强度不小于17兆帕、直角撕裂强度不小于110牛/毫米；下路堤4的泥岩层4a是分三层填筑，每层泥岩层4a的松铺厚度为30～45厘米，所述封水调平层4b是覆盖在泥岩层4a上的松铺厚度为20～35厘米的低液限粘土填筑层；上路堤5的每层低液限粘土的松铺厚度为30～40厘米；所述路床6的每层改良土的松铺厚度为30～45厘米；所述路面结构层7的总厚度为70～80厘米；每侧粘土护坡8的坡度为1:1.5～1:1.75，中部的变坡处设置平台，平台的宽度为2米。

该发明具体操作步骤如下：

步骤1：沿道路中线在土基1中构筑汇水槽2，在汇水槽2中填筑碎砾石构成透水层，底部设置多孔预制混凝土管将水汇集后排出；

步骤2：在土基1的顶面进行清平碾压，检测压实度不低于90%，在压实后的土基表面铺设不透水层3，不透水层3选用低液限粘土时，采用25t钢轮振动压路机振动碾压2～3遍；不透水层3选用防水板时，防水板之间平整搭接并焊接成与土基1等宽的整体，搭接宽度为8～10厘米，两端收口部位嵌入地面的凹槽内，封土压紧密实；

步骤3：利用破碎机对泥岩进行在破碎，在不透水层3上分三层填筑破碎的泥岩，逐层采用推土机耙压2～3遍，剔除直径超过25厘米的颗粒，再利用羊足碾进一步分解泥岩颗粒，再采用25t钢轮振动压路机，速度控制在2～3千米/小时，碾压4～5遍，检测压实度不小于93%，形成泥岩层4a；

步骤4：在泥岩层4a上填筑封水调平层4b，封水调平层4b采用25t钢轮振动压路机碾压2～3遍，之后采用冲击压路机进行冲击补压，检测压实度不小于93%；

步骤5：当下路堤4为一层基本构筑层的结构形式时，即已完成下路堤的施工，进入步骤6；当下路堤4为多层基本构筑层的结构形式时，按设定的基本构筑层的层数重复步骤3和步骤4，直至完成下路堤4的施工后进入步骤6；

步骤6：在下路堤4上分2～3层填筑低液限粘土，逐层采用25t钢轮振动压路机振动碾压3～4遍，检测压实度不小于94%，完成上路堤5的施工；

步骤7：在上路堤5上分2～3层填筑改良土，逐层采用25t钢轮振动压路机碾压4～5遍，检测压实度不小于96%，完成路床6的施工；

步骤8：按常规的施工方法完成粘土护坡8的施工。

优化的工艺条件如下：所述冲击压路机是指三边形25KJCYZ25型双轮冲击压路机，行驶路线为沿椭圆绕圈行驶，直至覆盖整个路基，行驶速度为10～12千米/小时，冲击碾压5遍后改变冲压方向，一共冲击碾压15～20遍。所述羊足碾的行驶速度为2～3千米/小时，每层碾压2～3遍，控制泥岩粒径不大于20厘米。所述改良土是在泥岩中掺入石灰，掺入石灰的量按重量百分比是改良土的6%～7%；所述改良土或是在泥岩中掺入水泥，掺入水泥的量按重量百分比是改良土的4%～5%。

一种泥岩填方路基结构及其施工方法改善效果

1.《一种泥岩填方路基结构及其施工方法》在土基上铺筑不透水层，有效防止了地下水或毛细水对上部路基的侵害；其汇水槽的构筑有效降低了土基地下水位，使得路基基底长年处于干燥状态；其路基两侧构筑粘土护坡，最大程度地减少水对泥岩路基边坡的破坏。

2.该发明在下路堤中采用多层铺筑基本构筑层的结构形式，其多层基本构筑层中交替填筑泥岩层和封水调平层，实现了多道防水，更好地控制了泥岩遇水软化和泥化的不良现象。

3.该发明分多层填筑低液限粘土形成上路堤，以其作为调平验收层，在保证工程质量的同时，解决了在泥岩路堤上直接填筑改良土作为路床压实度不能满足要求的问题。

4.该发明施工方法中采用破碎机、推土机和羊足碾的综合施工，对泥岩进行破碎，有效控制了泥岩颗粒大小和均匀度，提升了路基整体稳定性和强度。施工方法中通过分层填筑振压和冲击补压，其施工便捷，有效提高了路基的单层及整体强度和压实度，减少路基的不均匀沉降，延长路基整体寿命。

2020年7月17日，《一种泥岩填方路基结构及其施工方法》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。 2100433B