制造风轮机叶片的方法以及包括分段导体装置的叶片制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种风能设备的纤维加强叶片的制造方法，该叶片至少构造有一个叶片外壳和将雷电电流导向接地连接件的装置。该方法的新颖方面包括，该叶片设置有分段的导体装置，该导体装置构造用来将叶片外的雷电电流导向与地导通的装置；并且其中导体装置分布和固定在叶片外壳的外表面，并且使导体装置基本上与叶片外壳的外表面齐平。当分段导体装置分布和连接在叶片外壳的外表面上时，雷电电流将不用通过导体装置进行传导，而是在导体装置上方空气中的电离通道中进行传导。

【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制造风能设备的纤维加强叶片的方法，所述叶片至少构造有叶片外壳和导体装置，该导体装置适于将雷电电流传导给接地连接件。本专利技术还涉及一种风能设备的叶片。
技术介绍
在风能设备领域越来越多的改进都朝着越来越大单元的方向前进，这些单元具有越来越高的塔和越来越长的叶片，因而被雷电击中的风险也增加了。这些设备在防雷击方面典型地按以下方式进行保护，即以可控制的方式捕捉雷电电流，如果有的话，并将其引导到地面，从而避免对风能设备的敏感元件造成损害。一种最广为使用的防雷方法是安装一个或多个为导电元件的所谓雷电接受器，它们设置在例如叶片的尖端，并且连接到叶片中的内部雷电导体。例如，这可以从EP0783629中查到。US6457943中公开了一种相似的方法，其中风轮机叶片贯穿其整个长度构造有较长的碳纤维材料部分。该碳纤维是导电的从而用作雷电接受器，于是雷电电流通过该材料被引导向下进入内部设置的雷电导体。因而，该方法涉及整个叶片结构，并且一方面需要在叶片的整个主要部分使用碳纤维，而这通常是不希望的，另一方面需要碳纤维部分具有一定厚度，这样才能使该材料可以引导雷电电流而不会随之受到损害。典型地，叶片是风能设备伸入空中最远的部分，因而遭受雷击的风险也较大。风能设备以风力农场的形式大量设置在例如海上的地方，这样由于天气条件和不易到达的原因必然带来保养和维护相当昂贵和麻烦的缺陷。而且海上空气中的盐分会沉淀在例如叶片上，并且使它们成为导电的，从而增加遭受雷击的风险。在WO01/77527中提出了这样的建议，即将铜带条粘附到叶片上，并且将这些条连接到接受器上。这些条可以用来将雷电电流传导给接受器，然后雷电电流从这里通过缆线输送给大地。这种方法要求这些条必须具有足够的导电率以能够输送可能超过50KA的雷电电流。由于雷电电流强加热引起的损伤，因而在雷击之后有可能需要替换这些条，这样就带来需要监视风能设备、在替换期间停工以及高成本的问题。而且，还存在这些条松落从而对叶片的空气动力属性造成不利影响的风险。作为另一种选择，这些条必须具有非常重的构造，这样就给叶片增加了不期望的附加重量。当要制造较长的叶片时，在设计上存在的一个问题是如何准确地减少这种重量，因为它不仅在叶片上构成了负荷，而且在轮毂、吊舱和塔上都构成了负荷。飞机也会被雷击，因而它们也必须进行防雷。飞机设置有用于航行目的的雷达设备，该设备典型地设置在飞机的机头中以可以观察前方。当雷达设备设置在机头中时，该机头不能与飞机剩余部分相同地由铝构成，而是由塑料材料构成，因为如果不这样，则雷达不能透视机头。同样存在飞机机头或经由该机头受到雷击的风险，它必须进行防雷；然而其防雷方式必须不会干扰到雷达。自从1960年以来，人们已经知道通过可有各种构造的所谓雷电分流器条来防雷。US4237514公开了一个例子，其中具有铝粉的原料以条的形式粘附到尤其是飞机的机头。铝粉没有构成连续的导体，而是构成了中断的或分段的导电颗粒。当这些金属的彼此分离的导电颗粒由于雷击而暴露于较大的电压场中时，这些颗粒就会短路并且在这些颗粒之上空气中形成导电的电离通道，雷电电流可以在该通道中被导给例如飞机的金属外壳。作为铝粉的替代物，US4506311指出可以将钮扣或棒形的金属片分离地包括在形成带状的原料中。带状物和条状物用来安装在飞机机头的外面，在这里它们被设置成从机头的尖端对称地伸出。这种设置可以带来良好的保护，但还是会产生一些程度的空气动力干扰。在风轮机设备的叶片上，在叶片空气动力外形的顶部设置条和带会给设备的效率和性能带来不期望的不利影响。这种方式设置的条或带还将成为噪音的来源，这就限制了设备可以设置的地点和接近程度。此外，金属的带或条或金属格架与通常使用的用来对叶片外壳进行纤维加强的纤维相比具有更为显著不同的弹性。它们要硬得多，因而由于在使用中叶片受到非常高的应力变形，它们承受着较大的张力，因此这种条或带由于疲劳而容易形成裂纹。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种叶片和制造风能设备叶片的方法，其中通过使用导体装置，叶片上的雷击可以以安全的方式传导给大地，这种导体装置可以被构造成使雷击不需要进行交换，而且对叶片的重量和空气动力属性的影响最小。其它的目的可以从描述部分中看出来。本专利技术方法的新颖方面在于该方法包括叶片设置有分段导体装置，该分段导体装置构造用来将叶片外的雷电电流导给与地导通的装置，并且其中该导体装置分布和固定在叶片外壳的外表面，并使该导体装置基本上与叶片外壳的外表面齐平。导体装置基本上与叶片外壳外表面齐平意味着对叶片空气动力属性产生的影响最小。当分段导体装置分布和固定在叶片外壳的外表面上时，雷电电流将不需要通过导体装置进行传导，而是在导体装置上方空气中的电流通道中进行传导。因而导体装置可以实现具有非常小的重量，因为它们不需要可以承受雷电电流。从而叶片重量所受的影响也最小。由于导体装置不需要承受雷电电流，因此产生的加热也是有限的，并因而对导体装置造成的损害也最小。由于导体装置可以构成具有很小的重量，因此它们还可以以例如成双的方式构造而不会产重量问题，由此就有可能产生多余的容量，从而得到令人满意的较长寿命。导体装置被分段，它们的硬度受到限制。由于导体装置被准确地进行分段，因此它们不容易破裂；相反它们可以承受较大的应力变形。该方法的一个优选实施例包括以下步骤a)在模型上设置分段导体装置；b)在模型上包括导体装置的顶部上放置纤维；c)用树脂连接纤维和导体装置。因此，就可以实现将导体装置与叶片铸造成一体，因而不会受天气条件的影响而脱离。而且，导体装置可以准确地设置成与叶片外壳的外表面齐平，从而将对叶片空气动力属性的影响减至最小。一个方便的实施例包括在模型上涂敷物质，包括凝胶涂料、树脂、聚合物或脱模剂。这可以在步骤a)之前或之后完成。从而尤其有可能使导体装置结合到导体装置表面中达到一特殊的程度。风能设备的叶片经常通过传统的手动敷设或VARTM方法(真空辅助树脂转移模制)或其它合适的方法进行模制。使用阴模是该方法的共同特征，在该阴模中叶片的最外层是第一个形成有凝胶涂料层或树脂层的，它们像这样被参入到叶片中。作为另一种选择，最先涂敷到模型上的物质是聚合物或脱模剂。另一个优选实施例可以包括对叶片进行砂磨或抛光以露出导体装置。由于导体装置需要暴露于环境空气中的自由表面，因此这样可以确保导体装置的性能。根据又另一个优选实施例，导体装置可以设置在预先制造的带中，该带由不导电的材料制成，包括热塑性材料。因而导体装置可以在使用前完成和测试，这样可以确保一致性和防止缺陷，并且它还简化了处理。根据一个可选实施例，导体装置可以设置在细长的包状带中，所述带构造成由树脂渗透。然后具有导体装置的带可以与叶片外壳铸造成一体，以使导体装置可以通过树脂固定。在模制以后必须将导体装置暴露出来，例如可以通过砂磨。另一个优选实施例可以包括在步骤b)之前，在进行模制时，分段导体装置和/或带通过粘性装置固定在模型上，该粘性装置包括双面胶带。在这种方式中，导体装置在模制过程中可以固定在精确的位置，甚至固定在倾斜或弯曲表面上。根据又另一个优选实施例，导体装置可以是导电颗粒，该导电颗粒的扩展距离在0.05和10mm之间，优选在1和8mm之间。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风能设备的纤维加强叶片的制造方法，所述叶片至少构造有叶片外壳和与地导通的装置，该装置适于将雷电电流导给接地连接件，其中该方法包括给叶片设置分段导体装置，该分段导体装置构造用来将叶片外的雷电电流导向将电流导给大地的装置；并且其中所述方法的特征在于，该导体装置以使其基本上与叶片外壳的外表面齐平的方式分布和固定在叶片外壳的外表面。

【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：M达尔，LT利勒赫登，LB汉森，
申请(专利权)人：LM玻璃纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]