用于风力涡轮叶片的雷电保护系统技术方案

本发明专利技术描述了一种具有雷电保护系统的风力涡轮叶片，其中，雷电保护系统被布置成保护用于叶片中或上的导电元件或模块。在一个方面中，雷电保护系统包括在内部导电模块的位置围绕叶片的周围布置的导电带，以防止雷击穿透叶片并潜在地损坏内部模块。在另一方面中，雷电保护系统包括雷电引下导体，其具有集成到引下导体中的信号承载结构，例如信号电缆、电力电缆或波导。在另一方面中，雷电保护系统包括被布置成保护外部安装的天线免受雷击的至少一个雷电受体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于风力涡轮叶片的雷电保护系统，尤其地一种具有例如叶片传感器系统、天线等的内部导电模块的风力涡轮叶片。
技术介绍
在改善用于风力涡轮操作的监测和控制的系统的不断努力中，风力涡轮叶片有时设置有并入叶片设计的附加系统。这样的系统可包括:叶片传感器和监测装置，例如应变与载荷传感器、加速度计；用于叶片装置的控制和操作的致动器，诸如主动提升装置，例如翼片、扰流片等；和/或偏转与位置监测装置。由于这样的系统常常基于控制电子设备的使用，所以这能导致提供具有内部导电模块的风力涡轮叶片，所述内部导电模块沿着叶片的长度设置并与根端隔开。这样的导电模块可用于吸引雷击，并相应地需要足够的雷电保护。如欧洲专利N0.EP1709705中所看到地，叶片中传统的导电元件的雷电保护涉及具有由此自由延伸的雷电分流条的多个外部雷电受体(receptor)的使用。然而，关于提供与模块的操作的低的干扰相结合的足够的雷电保护，内部导电模块和它们功能的增加的复杂性导致这样的当前解决方案的不足。本专利技术的目的是提供一种用于风力涡轮叶片的雷电保护系统，其提供解决方案的改善的性能。
技术实现思路
因此，提供一种用于风力涡轮叶片的雷电保护系统，风力涡轮叶片在与纵向轴线平行的纵向方向上延伸并具有顶端和根端，风力涡轮叶片还包括成形轮廓以及前缘和后缘，所述成形轮廓包括压力侧和吸入侧，并且所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长的弦，成形轮廓当受入射气流冲击时产生提升，叶片具有从叶片的根端隔开的沿着叶片的纵向长度定位的至少一个内部导电模块或元件，雷电保护系统包括: 至少一个导电带(band)，其在所述至少一个内部导电模块或元件的纵向位置处围绕风力祸轮叶片的周围定位，所述导电带与叶片雷电引下导体(lightning down conductor)親连，用于连接至地面。通过在内部导电模块的位置处围绕风力涡轮叶片的周边提供接地导电带，由于任何雷电电流从内部模块离开被导电带引导至地，所以保护模块以防叶片上雷击的可能。在内部模块包括诸如叶片传感器系统、天线系统等的相对敏感的电子设备的情况下，风力涡轮叶片上的这样的雷电保护系统的使用显著地延长这样的模块的寿命。应理解的是，风力涡轮叶片优选地设置成由纤维复合材料、例如悬浮在固化树脂中的玻璃纤维和/或碳纤维形成的外壳结构。还应理解的是，所述至少一个内部导电模块位于由外壳结构限定的内部空腔内。优选地，所述至少一个导电装置应用于所述外壳结构的外部。应理解的是，风力涡轮叶片可超过30米的长度。在一个方面中，所述至少一个导电带由连续导电带形成，其中，所述导电带形成围绕所述至少一个内部导电模块的部分法拉第笼。在替代性的方面中，所述至少一个导电带由导电分流条形成，优选地由分段分流条形成。优选地，雷电受体在所述纵向位置处与所述导电分流条耦连，其中，所述雷电受体与所述叶片雷电引下导体耦连。分段分流条的使用意味着分流条邻近内部导电模块的定位例如由于电磁干扰而对模块的操作大致没有影响。分流条可设置成布置在绝缘衬底上的导电元件或按钮的阵列。当这样的导电元件暴露于诸如雷击的强电场时，在元件上方的空气中形成导电离子通道，在所述导电离子通道中，当前雷击能例如经由叶片雷击引下导体被引导至合适的接地。在替代性方面中，分流条可形成为具有设置在条上的例如铝粉末的导电颗粒或粉末的条，所述颗粒可操作，以如果发生雷击则形成这样的离子通道，从而将雷电电流引导至地。优选地，沿着叶片的纵向长度的所述导电带的宽度被选择成大于内部导电模块的宽度，使得所述导电带的相对边缘在纵向方向上从内部导电模块的对应相对侧隔开。通过基于待被保护的内部模块的尺寸选择带的宽度，使得带的边缘从内部模块的任一侧突出一距离，击中内部模块的雷击的风险进一步降低。优选地，沿着叶片的纵向长度的所述导电带的宽度被选择成至少为沿着叶片的纵向长度的内部导电模块的宽度的150%。在一个方面中，沿着叶片的纵向长度的所述导电带的宽度在5-20cm之间，优选地在5-10cm之间。优选地，所述导电带在所述至少一个内部导电模块的纵向位置处围绕风力涡轮叶片的周围或周边形成连续的导电路径。通过围绕叶片周边提供连续的导电路径，在内部模块的位置处的叶片上的任何雷击由带接收，其然后能被引导至地。优选地，所述导电带由以下的至少一种形成:连续导电条、带状件(tape)、箔或环；导电网或织物；导电涂层等。优选地，所述导电带包括任何合适的导电材料，例如金属材料，例如铜、铝、钢等。在一个方面中，雷电保护系统可与风力涡轮叶片结构一体地形成。带例如作为叶片制造过程的一部分可设置成叶片结构的一体部分。在这样的实施例中，该至少一个导电带可并入用于纤维复合叶片的铺设(Iayup)程序，其中，该带与纤维复合材料层结合位于叶片模具中，所述纤维复合材料层随后用树脂注入并固化，以形成风力涡轮叶片外壳。在这样的方面中，风力涡轮叶片由装配到一起以形成风力涡轮叶片的多个单独的叶片外壳形成，其中，所述导电带包括设置在第一叶片外壳上的第一段和设置在第二叶片外壳上的第二段，其中，所述第一与第二段通过所述第一与第二叶片外壳的装配被耦连到一起，以形成所述导电带，从而形成所述风力涡轮叶片。在该情况下，第一与第二叶片外壳可包括相应的上风与下风叶片外壳。在替代性的方面中，雷电保护系统布置成被加装至现有的风力涡轮叶片。由于带能应用于叶片表面，所以其能相对容易地被加装至现有叶片。这样的加装操作可包括例如通过粘结结合、螺栓连接、铆接等将导电带装接至叶片表面，和/或例如通过喷漆操作将导电涂料涂覆至叶片表面。在附加或替代性的方面中，导电带可并入风力涡轮叶片的表面中的沟槽或凹进中，使得导电带与叶片的相邻表面大致齐平。通过使带与相邻表面成一直线，使对由带的存在引起的叶片空气动力学与噪声特征的影响最小。这样的系统可包括将合适的沟槽加工或切割到现有叶片的表面中，以接纳带。还提供一种具有如上所述的雷电保护系统的风力涡轮叶片。优选地，所述至少一个内部导电模块包括天线。天线在叶片内部之内的使用能允许无线电信号沿着风力涡轮叶片的长度从一位置的传输。这样的信号可用于沿着叶片的长度从相对远的位置发射叶片传感器输出，和/或信号可用作飞行时间测距系统(time-of-flight ranging system)的一部分，以监测叶片偏转。优选地，所述天线是适当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括雷电保护系统的风力涡轮叶片，所述风力涡轮叶片在与纵向轴线平行的纵向方向上延伸并具有顶端和根端，所述风力涡轮叶片还包括成形轮廓以及前缘和后缘，所述成形轮廓包括压力侧和吸入侧，并且所述前缘和后缘具有在它们之间延伸的弦长的弦，所述成形轮廓当受入射气流冲击时产生提升，所述风力涡轮叶片还包括至少一根外部安装的天线，所述至少一根天线在所述叶片的表面上方以高度H从所述风力涡轮叶片的所述表面突出，其中，所述雷电保护系统包括在所述叶片的所述表面上方以高于所述高度H的高度位于所述至少一根天线上方的雷电受体，所述雷电受体布置成用于连接至地面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：LB汉森，
申请(专利权)人：LMWP专利控股有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK