風(fēng)輪機(jī)葉片與制造風(fēng)輪機(jī)葉片的方法
【專利摘要】提供一種包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片。所述雷電保護(hù)系統(tǒng)包括雷電導(dǎo)體，該雷電導(dǎo)體沿所述風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地。雷電接收器模塊布置在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至所述雷電導(dǎo)體。細(xì)長接收器帶安裝在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上，位于所述雷電接收器模塊之上，并且該接收器帶被布置成接收雷電的攻擊并借助所述雷電接收器模塊將來自雷擊的電流傳送至所述雷電導(dǎo)體。而且，所述細(xì)長接收器帶包括在該細(xì)長接收器帶的縱向剖面輪廓中的皺折。還提供一種將雷電保護(hù)系統(tǒng)安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片上的方法。
【專利說明】風(fēng)輪機(jī)葉片與制造風(fēng)輪機(jī)葉片的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及風(fēng)輪機(jī)葉片與制造風(fēng)輪機(jī)葉片的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，人們?nèi)找骊P(guān)注減少由燃燒化石燃料而產(chǎn)生的溫室氣體的釋放。一種減少溫室氣體釋放的解決方案是開發(fā)可再生能源。具體地說，來自風(fēng)的能量已被證明是對(duì)環(huán)境安全而可靠的能源，該能源可減少對(duì)化石燃料的依賴。
[0003]可由風(fēng)輪機(jī)捕獲風(fēng)中的能量，風(fēng)輪機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而后將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的旋轉(zhuǎn)的機(jī)器。普通的水平軸風(fēng)輪機(jī)包括塔架、定位在塔架頂端的機(jī)艙以及轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子借助軸被支撐在機(jī)艙中。軸使轉(zhuǎn)子直接或間接與容納在機(jī)艙內(nèi)部的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件聯(lián)接。多個(gè)風(fēng)輪機(jī)可布置在一起以形成風(fēng)電場(chǎng)或風(fēng)力發(fā)電站。
[0004]雷擊是關(guān)系風(fēng)輪機(jī)持續(xù)性的主要原因。在風(fēng)輪機(jī)位于集風(fēng)最佳的偏遠(yuǎn)區(qū)域的情況下，風(fēng)輪機(jī)因其高度及材料成分而對(duì)于雷擊是特別有吸引力的目標(biāo)。
[0005]風(fēng)輪機(jī)葉片通常包括先進(jìn)的雷電保護(hù)系統(tǒng)，一些這種先進(jìn)的雷電保護(hù)系統(tǒng)包括諸如雷電接收器與雷電引下線之類的用于將雷電引導(dǎo)至地面從而防止雷擊損壞風(fēng)輪機(jī)葉片的特征。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的第一方面中，提供一種包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括:雷電導(dǎo)體，該雷電導(dǎo)體沿風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地；雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至雷電導(dǎo)體；以及細(xì)長接收器帶，該細(xì)長接收器帶安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上，位于雷電接收器模塊之上，該接收器帶被布置成接收雷擊并通過雷電接收器模塊將來自雷擊的電流傳送至雷電導(dǎo)體，其中，細(xì)長接收器帶包括在該細(xì)長接收器帶的縱向剖面輪廓中的皺折。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參照附圖，以實(shí)施例的方式解釋本發(fā)明的實(shí)施方式。要注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例，因此不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其它等效實(shí)施方式。
[0008]圖1示出了風(fēng)輪機(jī)。
[0009]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片。
[0010]圖3示出了圖2的風(fēng)輪機(jī)葉片的剖面圖。
[0011]圖4示出了圖2的葉片的一部分的放大縱剖面圖。
[0012]圖4a示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的葉片的一部分的放大縱剖面圖。
[0013]圖4b示出了根據(jù)再一實(shí)施方式的葉片的一部分的放大縱剖面圖。
[0014]圖4c示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的葉片的一部分的放大縱剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]在詳細(xì)描述附圖之前，先要論述本實(shí)施方式的一些一般項(xiàng)目。
[0016]典型的雷電保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例是這樣一種系統(tǒng)，其中，離散的雷電接收器被設(shè)置成雷電保護(hù)系統(tǒng)的一部分，這些離散的雷電接收器是始自葉片殼體并在葉片的表面終止的金屬導(dǎo)體。離散的雷電接收器通常由金屬制成并且被認(rèn)為吸引雷擊連接至接收器，而不是至風(fēng)輪機(jī)葉片。離散的雷電接收器也連接至葉片內(nèi)部的雷電引下線，該雷電引下線使雷電接收器聯(lián)接至電接地。
[0017]然而，本領(lǐng)域中示出的這種雷電保護(hù)系統(tǒng)不像設(shè)計(jì)的那樣有效。在建立包括具有這種雷電保護(hù)系統(tǒng)的葉片的風(fēng)輪機(jī)上進(jìn)行的研究已經(jīng)表明:未因離散雷電接收器的存在而充分規(guī)避雷擊連接葉片本身的危險(xiǎn)。
[0018]下文中參考了本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，應(yīng)理解本發(fā)明不限于具體描述的實(shí)施方式。相反，為了實(shí)施及實(shí)踐本發(fā)明可構(gòu)想下面的特征及元件(無論是否有關(guān)不同的實(shí)施方式)的任何組合。
[0019]而且，在多種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供許多勝過現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。然而，盡管本發(fā)明的實(shí)施方式可實(shí)現(xiàn)勝過其它可行方案及/或現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但是不管給出的實(shí)施方式是否實(shí)現(xiàn)具體的優(yōu)勢(shì)并不限制本發(fā)明。因此，下面的方面、特征、實(shí)施方式及優(yōu)勢(shì)僅是示例性的，除權(quán)利要求中明確列舉之處外并不被認(rèn)為是所附權(quán)利要求的元素或限制。同樣，“本發(fā)明”的提法不應(yīng)解釋為在此公開的任何發(fā)明主題的上位，并且不應(yīng)認(rèn)為是除權(quán)利要求中明確列舉之處外的所附權(quán)利要求的元素或限制。
[0020]在第一方面中，提供一種包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括:雷電導(dǎo)體，該雷電導(dǎo)體沿風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地；雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至雷電導(dǎo)體；以及細(xì)長接收器帶，該細(xì)長接收器帶安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上，位于雷電接收器模塊之上，該接收器帶被布置成接收雷擊并通過雷電接收器模塊將來自雷擊的電流傳送至雷電導(dǎo)體，其中，細(xì)長接收器帶包括在該細(xì)長接收器帶的縱向剖面輪廓中的皺折。
[0021]細(xì)長接收器帶的設(shè)置增加了朝雷電接收器模塊吸引雷電的吸引力，并且提高了風(fēng)輪機(jī)葉片的效用。這種細(xì)長接收器帶作為雷電保護(hù)系統(tǒng)的一部分是傳導(dǎo)性的，并且增大了葉片的表面積。具體地說，細(xì)長接收器帶提供更大的面積，使初始電先導(dǎo)可借以從雷電保護(hù)系統(tǒng)傳導(dǎo)至與來自雷擊的反向帶電先導(dǎo)連接，從而將雷擊引導(dǎo)至雷電保護(hù)系統(tǒng)。
[0022]而且，通過提供剖面輪廓存在變化(尤其是在其縱向剖面輪廓中包括皺折)的細(xì)長接收器帶而為細(xì)長接收器帶提供某種程度的柔性。這在接收器帶安裝在葉片的外表面上以及必需經(jīng)受類似葉片所經(jīng)歷的機(jī)械應(yīng)力時(shí)是有用的。細(xì)長接收器帶可能經(jīng)歷的機(jī)械應(yīng)力的例子包括葉片彎曲、葉片扭曲和伸展之類的應(yīng)力及應(yīng)變。提供至細(xì)長接收器帶的柔性允許在物理上更可靠地包含于典型的雷電保護(hù)系統(tǒng)。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶包括波狀的縱向剖面輪廓。在另一實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶包括風(fēng)琴褶形縱向剖面輪廓。在再一實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶包括褶皺的縱剖面輪廓。
[0024]在一個(gè)實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶借助粘合劑安裝在風(fēng)輪機(jī)的外表面上。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶包括金屬。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施方式中，其中細(xì)長接收器帶包括鐵、不銹鋼、鋁及銅中的任一種。
[0027]在一個(gè)實(shí)施方式中，雷電接收器模塊是離散雷電接收器。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，雷電接收器模塊包括兩個(gè)離散的雷電接收器，并且細(xì)長接收器帶安裝在這兩個(gè)離散的雷電接收器之上。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，細(xì)長接收器帶安裝在沿風(fēng)輪機(jī)葉片的大致縱向的方向上。
[0030]還提供一種包括如上所述的風(fēng)輪機(jī)葉片的風(fēng)輪機(jī)。
[0031]在第二方面中，提供一種將雷電保護(hù)系統(tǒng)安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片中的方法，該方法包括:在風(fēng)輪機(jī)葉片中設(shè)置雷電保護(hù)系統(tǒng)，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至雷電導(dǎo)體，所述雷電導(dǎo)體沿風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地；制備用于施加在風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶；并且將接收器帶集成到雷電保護(hù)系統(tǒng)中，其中集成接收器帶的步驟還包括:從風(fēng)輪機(jī)葉片移除雷電接收器模塊，從而在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面中留下接收器凹孔；在接收器帶中創(chuàng)建與接收器凹孔對(duì)準(zhǔn)的通孔；將接收器帶施加到風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上；將雷電接收器模塊安裝在接收器帶上并且經(jīng)由接收器帶中的通孔進(jìn)入所述接收器凹孔中，從而使接收器帶集成到雷電保護(hù)系統(tǒng)中。
[0032]在另一實(shí)施方式中，在雷電接收器模塊安裝在接收器帶上之后修剪掉雷電接收器模塊的任何突出部。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，制備用于施加在風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶的步驟包括:提供用于葉片雷電保護(hù)的銅條；提供展開的銅箔條；在銅條的第一表面上施加一層密封樹脂；在形成接收器帶中固化密封樹脂以使銅條粘附至展開的銅箔條；以及將一層粘合劑提供到銅箔的第二表面上以施加至風(fēng)輪機(jī)葉片。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，將接收器帶施加到風(fēng)輪機(jī)葉片的步驟包括:將接收器帶放置在葉片的外表面上；將接收器帶保持在葉片的表面上的適當(dāng)位置，使得接收器帶中的通孔與接收器凹孔對(duì)準(zhǔn)；將真空分配網(wǎng)施加在接收器帶上方，并且在接收器帶上方創(chuàng)建真空；在真空分配網(wǎng)上附加加熱毯，從而施加熱以活化接收器帶上的粘合劑；移除加熱毯及真空分配網(wǎng)；以及將密封材料施加至所施加的接收器帶的邊緣。
[0035]下文是附圖中描繪出的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述。這些實(shí)施方式是實(shí)施例，并且如此詳細(xì)以便清楚地傳達(dá)本發(fā)明。然而，所提供的細(xì)節(jié)量并不意圖限制實(shí)施方式的預(yù)期變更，而是相反，本發(fā)明應(yīng)覆蓋落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的宗旨與范圍內(nèi)的全部變型例、同等物及另選例。
[0036]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的示例性風(fēng)輪機(jī)100。如圖1中所示，風(fēng)輪機(jī)100包括塔架110、機(jī)艙120以及轉(zhuǎn)子130。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，風(fēng)輪機(jī)100可以是離岸風(fēng)輪機(jī)。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并非僅限于離岸風(fēng)輪機(jī)。在另選的實(shí)施方式中，風(fēng)輪機(jī)100可以是定位在諸如例如湖泊、海洋等之類的水體上方的離岸風(fēng)輪機(jī)。這種離岸風(fēng)輪機(jī)的塔架110安裝于海床上，或者安裝于在海平面上或海平面上方固定的平臺(tái)上。
[0037]風(fēng)輪機(jī)100的塔架110可構(gòu)造成將機(jī)艙120與轉(zhuǎn)子130升起至一高度，在此高度處，可由轉(zhuǎn)子130接收基本暢通無阻、湍流少的強(qiáng)氣流。塔架110的高度可以是任一合理的高度，并且應(yīng)當(dāng)考慮到從轉(zhuǎn)子130延伸的風(fēng)輪機(jī)葉片的長度。塔架110可由任一類型的材料例如鋼鐵、混凝土等制成。在一些實(shí)施方式中，塔架110可由整塊材料制成。然而，在另選的實(shí)施方式中，塔架110可包括多個(gè)分段，例如(如圖1中所示)兩個(gè)或多個(gè)管狀鋼制分段。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，塔架110可以是格構(gòu)塔。因此，塔架110可包括焊接起來的鋼構(gòu)型。
[0038]轉(zhuǎn)子130可包括轉(zhuǎn)子輪轂(下文簡稱作“輪轂”)132以及至少一個(gè)葉片140(圖1中示出了三個(gè)這種葉片140)。轉(zhuǎn)子輪轂132可構(gòu)造成使所述至少一個(gè)葉片140聯(lián)接至軸(未示出)。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方式中，葉片140可具有空氣動(dòng)力學(xué)外形，從而葉片140在預(yù)定的風(fēng)速下經(jīng)受升力，因此使葉片繞輪轂徑向旋轉(zhuǎn)。輪轂132還包括這樣的機(jī)構(gòu)(未示出)，該機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)葉片140的槳距以增加或減少由葉片140捕獲的風(fēng)能總量。變槳?jiǎng)幼髡{(diào)節(jié)風(fēng)撞擊葉片140的角度。
[0040]輪轂132通常沿驅(qū)動(dòng)軸繞基本水平的軸線旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動(dòng)軸從輪轂132延伸至機(jī)艙120。驅(qū)動(dòng)軸通常聯(lián)接至機(jī)艙120中的一個(gè)或多個(gè)部件，這些部件構(gòu)造成將軸的旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成電能。
[0041]通常，葉片140的長度可為20米至60米不等，或更長。這些葉片被精確地制造以確保轉(zhuǎn)子為最佳空氣動(dòng)力學(xué)性能而保持平衡。風(fēng)輪機(jī)葉片中使用的雷電保護(hù)系統(tǒng)被整合到制造過程中，終端產(chǎn)品是這樣的:制成的葉片包括完全可操作的雷電保護(hù)系統(tǒng)。葉片140由包括復(fù)合纖維預(yù)浸潰(預(yù)浸料坯)的制造過程形成，該制造過程是公知過程，因而將不詳述。也可使用其它制造方法。
[0042]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片的一部分。葉片140是45米的葉片，但是在其它實(shí)施方式中可以是任一其它長度。在本實(shí)施方式中，葉片140源自葉片根部(未示出)，該葉片根部可與葉片近端相區(qū)別。葉片根部通常是葉片140的柱狀部分，該柱狀部分逐漸變細(xì)以形成承重翼梁142，該承重翼梁作為葉片140的內(nèi)部支撐件。在制造葉片140的過程中，兩個(gè)對(duì)置的葉片殼體而后在翼梁上方接合在一起而形成葉片140，一個(gè)葉片殼體形成葉片的迎風(fēng)面147，另一個(gè)葉片殼體形成葉片的背風(fēng)面。要注意的是，葉片140的對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)端的部分延伸出翼梁142。在葉片140的表面上進(jìn)一步涂飾防塵涂料層，該防塵涂料層通常是非導(dǎo)電性的。
[0043]承重翼梁142是大致矩形形狀，并且主要由碳素纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成輕質(zhì)而有彈性的構(gòu)造。同樣要注意的是，碳素纖維本質(zhì)上是固有導(dǎo)電性的，照此，存在于由對(duì)置的兩個(gè)葉片殼體形成的葉片140的表面下方的翼梁142吸引雷擊。
[0044]葉片140朝遠(yuǎn)端逐漸變細(xì)從而形成葉片梢端144。葉片梢端144包括梢端接收器146，該梢端接收器呈典型葉片梢端的形狀及樣式，并且形成葉片雷電保護(hù)系統(tǒng)150的一部分。梢端接收器146作為優(yōu)良的電導(dǎo)體是為了容易形成并釋放電先導(dǎo)而提供的，并因此對(duì)雷擊的形成及吸引極有吸引力。為了提供待集成到葉片140中的有效而耐用的部分(該部分能夠接收并且抵抗多次雷擊)，梢端接收器146完全由金屬構(gòu)成，并且在本實(shí)施方式中完全由銅構(gòu)成。
[0045]梢端接收器146借助螺母螺栓緊固配置聯(lián)接在葉片140上，但是允許梢端接收器146牢固地固定在葉片140上的任一其它手段都是可行的。梢端接收器146還借助壓接被直接固定至葉片140的內(nèi)部上的引下線(由虛線152示出)。其它方法是可行的。
[0046]引下線152從與梢端接收器146的連接開始向下延續(xù)至葉片根部，此后聯(lián)接至風(fēng)輪機(jī)100的機(jī)艙120，并且延續(xù)至電接地上。在葉片140內(nèi)部延續(xù)的過程中，引下線152聯(lián)接至用于支撐的翼梁142的一側(cè)。下引線152包括銅線芯，在本實(shí)施方式中橫截面約為50mm2。繞引下線152的銅芯也設(shè)置有高壓絕緣體。在此實(shí)施方式中，設(shè)置硅橡膠，但是也可使用任一其它非導(dǎo)電體或具有高介電擊穿電壓的聚合物型絕緣體。
[0047]葉片雷電保護(hù)系統(tǒng)150還包括多個(gè)側(cè)接收器，圖2中示出了其中兩個(gè)側(cè)接收器154、156。側(cè)接收器154、156始自葉片殼體的內(nèi)部并且在葉片140的表面處終止，這些側(cè)接收器在所述葉片殼體的內(nèi)部處電聯(lián)接至引下線152，在所述葉片140的表面處其裸露表面基本與葉片的表面齊平。這些側(cè)接收器也可被稱為離散雷電接收器。當(dāng)前葉片140包括葉片的迎風(fēng)面與背風(fēng)面兩者上的側(cè)接收器154、154a (參見圖3)，但是在一些實(shí)施方式中，葉片可僅包括一個(gè)面(例如迎風(fēng)面)上的側(cè)接收器。在本實(shí)施方式中，側(cè)接收器154、156當(dāng)前定位在翼梁142的對(duì)應(yīng)于葉片140的尾緣149的那一側(cè)上。在本實(shí)施方式中，側(cè)接收器154與156相隔3米而定位。
[0048]在本實(shí)施方式中，側(cè)接收器的形狀是圓形的，并且由金屬(更具體地說是不銹鋼)制成。當(dāng)然可使用其它形式的形狀、尺寸及材料以達(dá)到相同的目的。
[0049]在本實(shí)施方式中，這些側(cè)接收器距梢端接收器146預(yù)定距離沿葉片140的長度定位。在本實(shí)施方式中，在葉片140上有至少6個(gè)側(cè)接收器，并且各個(gè)側(cè)接收器之間的距離朝葉片的根部增大。側(cè)接收器的數(shù)量與各個(gè)側(cè)接收器之間的預(yù)定距離是以雷電保護(hù)研究為基礎(chǔ)的，并且在其它實(shí)施方式中可變更。
[0050]側(cè)接收器的功能與位置被設(shè)計(jì)成用于使側(cè)接收器相比葉片140的其余部分對(duì)雷擊連接更具有電吸引力。側(cè)接收器的金屬成分便于電離作用并且便于釋放雷擊連接中必需的電先導(dǎo)與流光。
[0051]圖3示出了根據(jù)線X-X的圖2的風(fēng)輪機(jī)葉片的剖面圖。就取向而言，葉片140的迎風(fēng)面147是朝上的，相應(yīng)地示出前緣148與尾緣149。如以上指出的，引下線152聯(lián)接在用于支撐的翼梁142的一側(cè)上，并且在此構(gòu)造中，引下線152在葉片內(nèi)沿翼梁142旁側(cè)縱向延續(xù)。側(cè)接收器154與翼梁142相鄰定位。
[0052]借助螺紋形式穿過葉片140的殼體安裝側(cè)接收器154，并且使其固定至葉片140內(nèi)部上的接收器基部158。此后，利用銅編織線153將接收器基部158連接至引下線152。借助高質(zhì)量的焊接或按壓連接形成從引下線152到銅編織線153的連接。銅編織線153可包括或可不包括附加的絕緣體，主要取決于與葉片梢端的間距。在葉片內(nèi)，由包括低密度聚乙烯的泡沫塊159將側(cè)接收器154及與引下線152的連接保持在適當(dāng)位置。在本實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)的側(cè)接收器154a設(shè)置在葉片的背風(fēng)面上。該泡沫盒在防止葉片140內(nèi)的雷電流的電弧作用方面也作為電絕緣體。
[0053]返回來參照?qǐng)D2，在本實(shí)施方式中，葉片140還包括細(xì)長接收器帶160，該接收器帶安裝在沿風(fēng)輪機(jī)葉片140的大致縱向的方向上。具體地說，接收器帶160安裝在葉片140的迎風(fēng)面147上，位于側(cè)接收器154、156之上。接收器帶160的功能借助為電先導(dǎo)的釋放及與之連接的雷擊連接提供較大的表面積來加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)雷擊連接的吸引力，從而提高葉片雷電保護(hù)系統(tǒng)150的效力。來自接收器帶160上的雷擊連接的雷電流會(huì)通過接收器帶160被傳送到側(cè)接收器154、156中、到達(dá)引下線152從而向下到達(dá)電接地。
[0054]接收器帶160包括金屬，在此【具體實(shí)施方式】中，因銅的優(yōu)良導(dǎo)電性及相對(duì)的耐用性而包括銅。在其它實(shí)施方式中，可替代使用鐵、不銹鋼、鋁及銅中任一種。
[0055]接收器帶160設(shè)置在葉片140上，接近葉片140的遠(yuǎn)端。這也是被認(rèn)定的最可能被雷擊的區(qū)域。接收器帶160安裝在沿風(fēng)輪機(jī)葉片的大致縱向的方向上。接收器帶160被放置在葉片140的表面上，其在此處覆蓋內(nèi)部翼梁142的一部分。
[0056]具體地說，接收器帶160居中地放置在側(cè)接收器154、156之上，并且與側(cè)接收器物理及電接觸。在縱向方向上，接收器帶160在其一端處通過延伸出翼梁142的邊緣而覆蓋該翼梁的遠(yuǎn)端，而在另一端處覆蓋第二側(cè)接收器156。當(dāng)然可提供任一其它長度的接收器帶。
[0057]大體來說，風(fēng)輪機(jī)葉片140在空氣動(dòng)力學(xué)上被設(shè)計(jì)成確保在捕獲風(fēng)方面的最佳性能，從而使得所聯(lián)接的發(fā)電機(jī)能夠?qū)L(fēng)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。而且，葉片140被精確制以確保轉(zhuǎn)子130在操作中保持平衡。照此，并且鑒于接收器帶160要被定位在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上，接收器帶160被設(shè)置成對(duì)葉片140的空氣動(dòng)力學(xué)翼型提供盡可能小的影響。在本實(shí)施方式中，從葉片140的表面開始測(cè)量的接收器帶的高度被設(shè)計(jì)成為最大2_。在優(yōu)選實(shí)施方式中，接收器帶160的高度是1.5_。
[0058]而且，在運(yùn)行期間葉片140的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生行經(jīng)葉片的迎風(fēng)面上的風(fēng)的高速度，這隨后引起橫向作用在接收器帶160上的大阻力。為了一旦運(yùn)行就不在空氣動(dòng)力學(xué)翼型方面產(chǎn)生任何偏差，接收器帶160理應(yīng)是剛性連接，該剛性連接不應(yīng)在持續(xù)的葉片旋轉(zhuǎn)下歪斜。在本實(shí)施方式中，接收器帶160包括金屬帶，具體地說是包括銅的金屬帶。
[0059]在風(fēng)輪機(jī)100運(yùn)行期間，風(fēng)輪機(jī)100被設(shè)計(jì)成面對(duì)盛行風(fēng)的方向。運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子130與葉片140的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一種情形，其中，發(fā)生諸如葉片的彎曲與撓曲之類的機(jī)械應(yīng)力。因?yàn)楫?dāng)距聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的葉片根部的間距增大時(shí)扭矩量增大，所以葉片的長度惡化了葉片彎曲的發(fā)生。
[0060]本實(shí)施方式的接收器帶160被設(shè)計(jì)成承受風(fēng)輪機(jī)葉片140的表面的外部連接的應(yīng)力與應(yīng)變，而且減少對(duì)操作造成的任何不利的空氣動(dòng)力學(xué)影響。接收器帶160包括沿接收器帶長度的皺折，具體來說是垂直于帶160的縱剖面的皺折。
[0061]接收器帶需要與側(cè)接收器154、156 —直保持物理接觸，以便作為雷電保護(hù)系統(tǒng)的一部分有效地作用，以將所接收的任何雷電流傳遞至側(cè)接收器上，傳遞至引下線而到達(dá)電接地。接收器帶160中這樣的皺折的存在允許接收器帶與葉片140的表面及側(cè)接收器保持必要的接觸，同時(shí)允許接收器帶160承受葉片持續(xù)彎曲的物理應(yīng)力，而不因疲勞應(yīng)力彎折或破裂。
[0062]圖4示出了圖2的葉片的表面的沿線A-A的縱剖面圖的放大部分。細(xì)長接收器帶160被示出為貼附在葉片140的迎風(fēng)面147上。接收器帶160在縱向剖面中包括至少一個(gè)皺折162。皺折162包括大致正弦穹頂形剖面，并且還具有約45度的理想斜角。此外，接收器帶具有約0.5mm的厚度，并且接收器帶160的皺折162的峰部具有約1.5mm的高度。
[0063]在本實(shí)施方式中，接收器帶160包括褶皺的縱剖面輪廓，更具體地說，包括多個(gè)相同的皺折162。與為相似之目的的典型平坦金屬帶相比，褶皺的輪廓為接收器帶提供了進(jìn)一步柔性來應(yīng)付彎曲應(yīng)力，而且以增大的疲勞壽命允許更耐用的方案。在本實(shí)施方式中，接收器帶160包括兩個(gè)皺折之間的約3.5mm至4mm的峰間距。
[0064]圖4a示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的接收器帶。接收器帶260包括多個(gè)具有非正弦輪廓的皺折262。
[0065]圖4b示出了根據(jù)再一實(shí)施方式的接收器帶。接收器帶360包括多個(gè)具有變化高度的不同皺折362。這樣的組合產(chǎn)生波狀的縱剖面輪廓。
[0066]圖4c示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的接收器帶。接收器帶460包括多個(gè)具有相似坡度與頂點(diǎn)的相同三角形皺折462。這樣的組合產(chǎn)生手風(fēng)琴褶形的縱剖面輪廓。在其它實(shí)施方式中，接收器帶的其它皺折輪廓也是可行的。
[0067]在本實(shí)施方式中，接收器帶160借助粘合劑(具體地說是膠)貼附至葉片140的表面147。膠164提供接收器帶160與葉片140的表面147之間的密封，并且使接收器帶160牢固地保持在葉片140上，具體地說，與側(cè)接收器154、156保持物理接觸及電接觸。膠164可借助設(shè)置在接收器帶上的粘性雙面膠帶或借助任何其它適合保持安裝的手段被施加至接收器帶上。
[0068]在一個(gè)實(shí)施方式中，在風(fēng)輪機(jī)葉片中安裝雷電保護(hù)系統(tǒng)的方法包括下面的步驟:
[0069]在風(fēng)輪機(jī)葉片中設(shè)置雷電保護(hù)系統(tǒng)，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至雷電導(dǎo)體，該雷電導(dǎo)體沿風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地；
[0070]制備用于施加在風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶，并且
[0071]集成到風(fēng)輪機(jī)葉片的雷電保護(hù)系統(tǒng)中。
[0072]在一個(gè)實(shí)施例中，制備用于施加在風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶的方法包括下面的步驟:
[0073]提供用于葉片雷電保護(hù)的褶皺的銅條；
[0074]提供待在接收器帶中使用的展開的銅箔條；
[0075]通過修剪使銅箔條與褶皺的銅條對(duì)齊；
[0076]將一層20至25微米厚的底漆施加在銅箔條上；
[0077]將一層20至25微米厚的底漆施加在褶皺的銅條上；
[0078]制備用于施加在銅箔條與褶皺的銅條之間的諸如聚氨酯粘合劑之類的密封樹月旨;
[0079]將密封樹脂施加在銅箔條上，并且在所施加的樹脂上提供一層通氣帶；
[0080]在通氣帶上施加另一層密封樹脂，然后在上方施加褶皺的銅條；
[0081]將一層離型膜施加在上方并且真空密封；
[0082]使樹脂在室溫下固化10小時(shí)以使褶皺的銅條粘著至展開的銅箔條；
[0083]使組件在固化后脫模；
[0084]移除頂部的離型膜層片，從而獲得最終的接收器帶；
[0085]準(zhǔn)備在風(fēng)輪機(jī)葉片上施加時(shí)，在接收器帶上設(shè)置一層諸如粘性雙面膠帶之類的粘合劑。
[0086]在一個(gè)實(shí)施例中，將接收器帶施加在風(fēng)輪機(jī)葉片上的方法包括下面的步驟:
[0087]通過磨削、整平及/或清潔表面而為待施加的接收器帶準(zhǔn)備風(fēng)輪機(jī)葉片的表面；
[0088]將接收器帶放置在葉片的表面上；
[0089]將接收器帶保持在葉片表面上的適當(dāng)位置，使得接收器帶中的通孔與接收器凹口對(duì)準(zhǔn)；
[0090]將真空分配網(wǎng)施加在接收器帶上方，并且在接收器帶上方創(chuàng)建真空；
[0091]在真空分配網(wǎng)上附加加熱毯，從而施加熱以使接收器帶上的粘合劑活化；
[0092]移除加熱毯及真空分配網(wǎng)；
[0093]將諸如聚氨酯密封材料之類的密封材料施加至接收器帶的邊緣。
[0094]在另一實(shí)施例中，將接收器帶集成到葉片的雷電保護(hù)系統(tǒng)中的方法包括下面的步驟:
[0095]在安裝接收器帶之前從葉片的表面移除側(cè)接收器模塊以留下用于裝配接收器模塊的凹孔，即葉片表面中的具有通孔的凹部；
[0096]在接收器帶中創(chuàng)建與接收器凹孔對(duì)準(zhǔn)的通孔；
[0097]將接收器帶安裝在葉片的表面上；
[0098]借助埋頭孔將側(cè)接收器模塊安裝在接收器帶之上并且進(jìn)入接收器凹孔中。
[0099]這種集成的方法使得能夠牢固地安裝接收器帶，并且進(jìn)一步確保接收器帶與雷電引下線之間經(jīng)由側(cè)接收器的物理連接及電連接。
[0100]在再一實(shí)施方式中，該方法還包括從側(cè)接收器模塊修剪掉任何突出部以減小任何空氣動(dòng)力學(xué)的影響。由于側(cè)接收器模塊因接收器帶的存在而不能完全裝回到接收器凹孔中而出現(xiàn)突出部。修剪該突出部保留了葉片的平滑的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓并且減少了可能由這種突出部導(dǎo)致的任何阻力。
[0101]在一個(gè)實(shí)施方式中，在翻新過程中將接收器帶施加在風(fēng)輪機(jī)葉片的表面上。在其它實(shí)施方式中，可將接收器帶整合到葉片生產(chǎn)過程中。也可在接收器帶上涂一層防塵涂料。盡管這種涂料可以是固有非導(dǎo)電性的，但是涂料層的導(dǎo)磁率通常不夠高到防止涂料層的介電擊穿，其允許穿過涂料傳送電。另選的是，為接收器帶設(shè)置金屬涂料。
[0102]盡管已經(jīng)借助多種實(shí)施方式的描述闡明了本發(fā)明并且同時(shí)已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施方式，但是本申請(qǐng)不意圖將所附權(quán)利要求的范圍約束或以任何方式限制至這種細(xì)節(jié)。另外的優(yōu)勢(shì)及變型對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言會(huì)是顯而易見的。因此，本發(fā)明在其廣義方面不限于所示及所述的具體細(xì)節(jié)、代表性的方法及示例性的實(shí)施例。因此，在不脫離 申請(qǐng)人:的總體發(fā)明理念的宗旨與范圍的情況下可脫離這些細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)葉片，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括: 雷電導(dǎo)體，該雷電導(dǎo)體沿所述風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地； 雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至所述雷電導(dǎo)體；以及 細(xì)長接收器帶，該細(xì)長接收器帶安裝在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上，位于所述雷電接收器模塊之上，該細(xì)長接收器帶被布置成接收雷擊并通過所述雷電接收器模塊將來自雷擊的電流傳送至所述雷電導(dǎo)體， 其中，所述細(xì)長接收器帶包括在所述細(xì)長接收器帶的縱向剖面輪廓中的皺折。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶包括波狀縱剖面輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶包括風(fēng)琴褶形縱向剖面輪廓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶包括褶皺的縱剖面輪廓。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶借助粘合劑安裝在風(fēng)輪機(jī)的外表面上。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶包括金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶包括鐵、不銹鋼、鋁及銅中的任一種。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述雷電接收器模塊是離散的雷電接收器。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述雷電接收器模塊包括兩個(gè)離散的雷電接收器，并且其中所述細(xì)長接收器帶安裝在這兩個(gè)離散的雷電接收器之上。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，所述細(xì)長接收器帶安裝在沿所述風(fēng)輪機(jī)葉片的大致縱向的方向上。
11.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片的風(fēng)輪機(jī)。
12.—種將雷電保護(hù)系統(tǒng)安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片中的方法，該方法包括: 在所述風(fēng)輪機(jī)葉片中設(shè)置雷電保護(hù)系統(tǒng)，該雷電保護(hù)系統(tǒng)包括雷電接收器模塊，該雷電接收器模塊布置在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上并且電聯(lián)接至雷電導(dǎo)體，所述雷電導(dǎo)體沿所述風(fēng)輪機(jī)葉片的縱向部分定位并聯(lián)接至電接地； 制備用于施加在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶，并且 將所述接收器帶集成到所述雷電保護(hù)系統(tǒng)中，其中集成所述接收器帶的步驟還包括: 從所述風(fēng)輪機(jī)葉片移除所述雷電接收器模塊，從而在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面中留下接收器凹孔； 在所述接收器帶中創(chuàng)建與所述接收器凹孔對(duì)準(zhǔn)的通孔； 將所述接收器帶施加到所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上； 將所述雷電接收器模塊安裝在所述接收器帶之上并且經(jīng)由所述接收器帶中的所述通孔進(jìn)入所述接收器凹孔中，從而使所述接收器帶集成到所述雷電保護(hù)系統(tǒng)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的安裝雷電保護(hù)系統(tǒng)的方法，其中，在所述雷電接收器模塊安裝在所述接收器帶之上后修剪掉所述雷電接收器模塊的任何突出部。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的安裝雷電保護(hù)系統(tǒng)的方法，其中，制備用于施加在所述風(fēng)輪機(jī)葉片上的接收器帶的步驟包括: 提供用于葉片雷電保護(hù)的銅條； 提供展開的銅箔條； 在所述銅條的第一表面上施加一層密封樹脂； 在所述接收器帶的形成中固化所述密封樹脂以使所述銅條粘附至所述展開的銅箔條；以及 將粘合劑層提供到所述銅箔的第二表面上以施加至所述風(fēng)輪機(jī)葉片上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的安裝雷電保護(hù)系統(tǒng)的方法，其中，將所述接收器帶施加到所述風(fēng)輪機(jī)葉片上的步驟包括: 將所述接收器帶放置在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面上； 將所述接收器帶保持在所述風(fēng)輪機(jī)葉片的表面上的適當(dāng)位置，使得所述接收器帶中的所述通孔與所述接收器凹孔對(duì)準(zhǔn)； 將真空分配網(wǎng)施加在所述接收器帶上方，并且在所述接收器帶上方創(chuàng)建真空； 在所述真空分配網(wǎng)上方附加加熱毯，從而施加熱以使所述接收器帶上的粘合劑活化； 移除所述加熱毯及所述真空分配網(wǎng)；以及 將密封材料施加至所施加的接收器帶的邊緣。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK104160148SQ201280070912
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】安東·貝什, H·阿魯普, M·霍耶爾, S·哈德斯 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司