用于风力涡轮机叶片的雷电防护制造技术

公开了一种风力涡轮机叶片，风力涡轮机叶片包括第一叶片区段和连接到第一叶片区段的第二叶片区段。风力涡轮机叶片包括用于将雷电电流传导到地面的第一引下导体。叶片在风力涡轮机叶片的外部表面处或在风力涡轮机叶片的外部表面附近进一步包括一个或多个雷电接收器。从一个或多个雷电接收器中的第一雷电接收器到在第一叶片区段与第二叶片区段之间的界面的最小距离可为小于或等于在第一叶片区段与第二叶片区段之间的界面处的风力涡轮机叶片的弦的弦长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机叶片的雷电防护
本公开涉及风力涡轮机叶片的雷电（lightning）防护，更具体地，本公开涉及以下风力涡轮机叶片的雷电防护：该风力涡轮机叶片包括第一叶片区段和第二叶片区段，并且可选地包括更多叶片区段。
技术介绍
随着风力涡轮机和风力涡轮机叶片在尺寸上增大，风力涡轮机遭遇雷击（lightningstriking）的风险增加。因此，为风力涡轮机并且特别是为风力涡轮机叶片提供雷电防护措施是越来越有利益的。众所周知的是，为用于风力涡轮机的叶片提供雷电接收器，雷电接收器在叶片内部，与能够将雷电电流传导到大地（earth）的金属引下导体（downconductor）成电气连接。纤维增强聚合物的风力涡轮机叶片并且特别地风力涡轮机叶片的空气动力学壳体通常在模具中制造，其中叶片的压力侧和吸力侧是通过以下来分别地制造的：将玻璃纤维垫和/或其他纤维增强材料（如，碳纤维）布置在两个模具部件中的每一个中。然后，将两个半部定位在彼此的顶部上，并将两个半部胶接在一起。通过转动和重新定位整个半部模具，叶片部件可定位在彼此的顶部上。随着对用于风力涡轮机的叶片的需求趋向于使叶片的长度增加，同时出现的需求是制造具有增加的刚度和相比较而言更低重量的叶片。实现这些特性的一种方式其是将各种类型的纤维组合在叶片的层压结构（laminate）中，例如，组合玻璃纤维和碳纤维是一种选择，并且同样地，碳纤维或玻璃纤维可有利地与钢纤维组合。因此，与其他类型的纤维的组合也是可能的，并且排他地采用碳纤维或其他合适的纤维类型也是一种选择。在所谓的混合层压结构中，例如玻璃纤维与碳纤维的组合可存在以下问题：即纤维类型中的一些是电气地导电的，例如碳纤维和钢纤维。直接进入到层压结构中的雷击可引起对叶片的损坏，叶片包括电气地导电的纤维和非导电的纤维，因为总的电阻是相对高的，并且雷击将引起导电限位将被极大地加热，并且由此被弱化。这在以下情况下特别成问题：具有相比较而言差的导电性的纤维（例如碳纤维），并且在以下情况下也特别成问题：在混合层压结构中，混合层压结构具有成例如毡形的纤维，其中个体毡可例如具有一小部分的电气地导电的纤维和更大部分的例如并非电气地导电的玻璃纤维。此外，随着对用于风力涡轮机的叶片的需求趋向于使叶片的长度增大，越来越关注的是以下概念：制造分区段的叶片，用于在安装现场处组装。为了允许风力涡轮机叶片的个体区段之间的安全且可靠的连接而提供的元件给保护风力涡轮机叶片免受由雷击造成的损坏带来了另一个挑战。包括多个区段的此类风力涡轮机叶片可被称为分裂（split）叶片，或两部分叶片，或分段（segmented）叶片，或类似物。欧洲专利申请公开EP1950414A2：大量金属材料位于叶片的实际壳体壁中，并且甚至穿过两个叶片部件之间的界面。这显著地增加了在叶片区段之间的界面处发生雷击的风险。在欧洲专利申请公开EP2243955A2中，在两个叶片区段之间的界面处，壳体壁完全是金属的。金属整流部覆盖了从一个叶片区段跨越到另一个叶片区段的叶片连接器元件。这具有与以上关于EP1950414A2所描述的缺点相同的缺点，例如在对避免雷击至关重要的地方吸引雷电。在欧洲专利申请公开EP1950414A2和欧洲专利申请公开EP2243955A2中，雷电导体都参与了将两个叶片区段弹性地固定在一起。此类结构使得叶片更容易被雷电损坏。
技术实现思路
本公开的目的是提供用于风力涡轮机叶片的雷电防护，风力涡轮机叶片例如为分裂或分段叶片，其中风力涡轮机叶片是通过以下来制造的：制造两个（或更多）叶片区段，并且然后连接它们。这也使得运输风力涡轮机叶片更容易。特别地，本公开的目的是减少或消除特别是风力涡轮机叶片的易损部件遭到雷击的风险。本公开的另一个目的是提供一种备选的风力涡轮机叶片，其具有降低的被雷击损坏的风险。本专利技术的第一方面提供了一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根部端延伸到尖部端，所述风力涡轮机叶片包括：沿着纵向轴线延伸到第一端的第一叶片区段，以及连接到第一叶片区段的第二叶片区段，第二叶片区段沿着纵向轴线从第二端朝向尖部端延伸，第一叶片区段包括第一翼型区域，第二叶片区段包括第二翼型区域，风力涡轮机叶片包括用于将雷电电流传导到地面的第一引下导体，所述叶片进一步包括在风力涡轮机叶片的外部表面处或在风力涡轮机叶片的外部表面附近的一个或多个雷电接收器，从一个或多个雷电接收器中的第一雷电接收器到第一叶片区段的第一端的最小距离小于或等于在第一端处的风力涡轮机叶片的弦的弦长，第一雷电接收器与第一引下导体成电气连接。风力涡轮机叶片的弦可为在风力涡轮机叶片的前缘与后缘之间的直线。在一些实施例中，第一叶片区段从根部端延伸到第一端。在一些实施例中，第二叶片区段从第二端延伸到尖部端。在一些实施例中，风力涡轮机叶片包括：沿着纵向轴线从根部端延伸到第一端的第一叶片区段、以及连接到第一叶片区段的第二叶片区段，第二叶片区段沿着纵向轴线从第二端延伸到尖部端，第一叶片区段包括根部区域和第一翼型区域，第二叶片区段包括第二翼型区域和尖部端，风力涡轮机叶片包括用于将雷电电流传导到地面的第一引下导体，所述叶片进一步包括在风力涡轮机叶片的外部表面处或在风力涡轮机叶片的外部表面附近的一个或多个雷电接收器，从一个或多个雷电接收器中的第一雷电接收器到第一叶片区段的第一端的最小距离小于或等于在第一端处的风力涡轮机叶片的弦的弦长，第一雷电接收器与第一引下导体成电气连接。一个或多个雷电接收器优选地包括导电材料，例如碳纤维增强聚合物或金属（例如钢或铜或铝或其他金属）或合金。雷电接收器中导电金属的比例越大，则雷电接收器将在吸引雷电方面具有越高的效率。在许多情况下，叶片的周长约为相同位置处弦长的两倍。因此，作为弦长的备选，从一个或多个雷电接收器中的所述第一雷电接收器到第一叶片区段的第一端的最小距离小于第一叶片区段的第一端处的周长的一半。在一些实施例中，从第一雷电接收器到第一叶片区段的第一端的最小距离小于第一端处的弦长的一半，例如小于所述弦长的三分之一，例如小于所述弦长的四分之一。在一些实施例中，第一雷电接收器与第一端之间的最小距离小于5m，例如小于4m，例如小于3m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于50cm，例如小于10cm。在一些实施例中，第一雷电接收器定位在第一叶片区段中，例如在第一翼型区域中。在一些实施例中，第一雷电接收器定位在第二叶片区段中，例如在第二翼型区域中。在一些实施例中，第一叶片区段包括第一雷电接收器，并且第二叶片区段包括第二雷电接收器。在一些实施例中，第二雷电接收器与第一引下导体成电气连接。在一些实施例中，第二雷电接收器与第二引下导体成电气连接。在一些实施例中，第二雷电接收器与第二叶片区段的第二端之间的最小距离小于或等于第二端处的风力涡轮机叶片的弦的弦长，例如小于第二端处的弦长的一半。第二雷电接收器与第二叶片区段的第二端之间的最小距离可为小于1m，例如小于50cm，例如小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风力涡轮机叶片（10），其沿着纵向轴线从根部端（17）延伸到尖部端（15），所述风力涡轮机叶片包括沿着所述纵向轴线延伸到第一端（50）的第一叶片区段（44）和连接到所述第一叶片区段的第二叶片区段（46），所述第二叶片区段沿着所述纵向轴线从第二端（52）朝向所述尖部端（15）延伸，所述第一叶片区段包括第一翼型区域（34a），所述第二叶片区段包括第二翼型区域（34b），所述风力涡轮机叶片包括用于将雷电电流传导到地面的第一引下导体（80），所述叶片进一步包括在所述风力涡轮机叶片的外部表面（35a、35b）处或在所述风力涡轮机叶片的外部表面（35a、35b）附近的一个或多个雷电接收器（86a-86e），从所述一个或多个雷电接收器中的第一雷电接收器（86a）到所述第一叶片区段的所述第一端的最小距离（101）小于或等于在所述第一端处的所述风力涡轮机叶片的弦（38）的弦长，所述第一雷电接收器与所述第一引下导体成电气连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181025 EP 18202663.31.风力涡轮机叶片（10），其沿着纵向轴线从根部端（17）延伸到尖部端（15），所述风力涡轮机叶片包括沿着所述纵向轴线延伸到第一端（50）的第一叶片区段（44）和连接到所述第一叶片区段的第二叶片区段（46），所述第二叶片区段沿着所述纵向轴线从第二端（52）朝向所述尖部端（15）延伸，所述第一叶片区段包括第一翼型区域（34a），所述第二叶片区段包括第二翼型区域（34b），所述风力涡轮机叶片包括用于将雷电电流传导到地面的第一引下导体（80），所述叶片进一步包括在所述风力涡轮机叶片的外部表面（35a、35b）处或在所述风力涡轮机叶片的外部表面（35a、35b）附近的一个或多个雷电接收器（86a-86e），从所述一个或多个雷电接收器中的第一雷电接收器（86a）到所述第一叶片区段的所述第一端的最小距离（101）小于或等于在所述第一端处的所述风力涡轮机叶片的弦（38）的弦长，所述第一雷电接收器与所述第一引下导体成电气连接。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一雷电接收器与所述第一叶片区段的所述第一端之间的最小距离（101）小于所述第一端处的弦长的一半。


3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一雷电接收器与所述第一叶片区段的所述第一端之间的最小距离（101）小于1m，例如小于50cm，例如小于10cm。


4.根据前述权利要求中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一叶片区段包括所述第一雷电接收器，并且所述第二叶片区段包括第二雷电接收器（86b）。


5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二雷电接收器与所述第一引下导体成电气连接，或与用于将雷电电流传导到地面的第二引下导体（82）成电气连接。


6.根据权利要求4或5所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二雷电接收器与所述第二叶片区段的所述第二端之间的最小距离（102）小于或等于在所述第二端处的所述风力涡轮机叶片的弦的弦长，例如小于在所述第二端处的弦长的一半。


7.根据权利要求4至6中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一雷电接收器与所述第一叶片区段的所述第一端之间的最小距离（101）等于或大致等于所述第二雷电接收器与所述第二叶片区段的所述第二端之间的最小距离（102）。


8.根据权利要求4至7中一项所述的风力涡轮机叶片，
其中，所述第一雷电接收器与所述第二雷电接收器之间的最小距离小于在所述第一端处的弦长的两倍，例如小于在所述第一端处的弦长，且/或
其中，所述第一雷电接收器与所述第二雷电接收器之间的最小距离小于5m，例如小于4m，例如小于3m，例如小于2m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于50cm。


9.根据前述权利要求中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述一个或多个雷电接收器包括在所述尖部端处或在所述尖部端附近定位在所述第二叶片区段中的尖部雷电接收器（86c），所述尖部雷电导体与用于将雷电电流传导到地面的引下导体成电气连接，例如
其中，所述尖部雷电接收器与所述尖部端之间的最小距离小于5m，例如小于3m，例如小于2m，例如小于1m，例如小于20cm。


10.根据前述权利要求中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述一个或多个雷电接收器包括定位在所述第一雷电接收器与所述根部端之间的雷电接收器（86d）。


11.根据前述权利要求中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一叶片区段通过翼梁（60）来连接到所述第二叶片区段。


12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一叶片区段包括翼梁固定元件（40），并且所述第二叶片区段包括所述翼梁，并且所述翼梁至少由一个或多个紧固元件（100）在所述翼梁固定元件处固定就位，每个紧固元件将所述翼梁固定元件的相应部分刚性地附接到所述翼梁的相应部分，例如
其中，所述一个或多个紧固元件中的第一紧固元件是至少部分地延伸穿过所述翼梁固定元件和所述翼梁的销（100）。


13.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中，所述一个或多个紧固元件中的至少一个相对于所述纵向轴线定位在所述第一雷电接收器的纵向位置与所述第一端的纵向位置之间的纵向位置处，或者在与所述第一雷电接收器大致相同的纵向位置处。


14.根据权利要求11至13中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述一个或多个雷电接收器中的至少一个位于相对于所述纵向轴线的纵向位置处，在距所述翼梁的端部的纵向位置小于1m的纵向距离之内，且/或
其中，所述翼梁的端部与所述一个或多个雷电接收器中的一个之间的最小距离小于1m。


15.根据前述权利要求中一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥布里翁，B·埃里克松，
申请(专利权)人：LM风力发电公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK