CN101080570B - 用于风力发电机叶片的避雷器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于风力发电机叶片的避雷器系统，该系统替代标准的主铜缆线，并且采用两片沿着横梁的整个长度延伸的铜片，从而与碳纤维处于直接接触状态。由此，碳纤维薄片和铜片总是处于相同的电位，从而防止在两个元件之间发生可能的电弧放电现象。由于两个部件的电特性以及由于能使大部分电流通过铜片传递的所选构形的原因，碳纤维薄片几乎不受电流流动的影响。另外，由于具有所述新颖性系统，因此能够将中间接收器定位在真正的薄片上并且使其与铜片直接接触。
Description
技术领域
本专利申请的主题为一种避雷器系统，用于传递和接收风轮机叶片中的雷电。其中，一个重要特性在于该叶片的一部分具有碳纤维薄片，所述碳纤维薄片具有嵌置在其间的铜片并且所述碳纤维薄片沿着整个叶片延伸。
背景技术
在风轮机叶片的制造中包括碳纤维是相当新的技术，而且尽管在本领域最为重要的公司当中该技术得到相当广泛的使用，但是，与所采用的用于防止雷电的方法有关的经验仍然相当有限，另外，也没有其效力已经得到证实的任何技术常识。
适用于风轮机的规范以及与本发明主题相关的现有文献均涉及这么一种保护玻璃纤维叶片免遭雷电的有效方法，即该方法涉及一避雷器系统，该避雷器系统基于沿着叶片长度方向分布的特制接收器以及一将所述接收器连接到叶片根部并且穿过其内部的缆线。
对于这一点，可引用以下专利，即WO 96/17825，该专利介绍了一种“用于风轮机叶片的雷电保护装置”，其由一电导体组成，所述电导体从叶片尖部延伸、穿过叶片的内部并终止于叶片根部的一销杆处，该销杆使得叶片能够转动。导体具有或者不具有绝缘盖体并且有助于叶片自身的支撑。
从WO 0177527得知一种叶片，其具有一防止雷电的保护装置，该保护装置具有沿着整个叶片分布的、彼此连接的内外导体。该叶片还具有一系列穿透点以及一对用于尖部和叶片其余部分的构件。
US 6.612.810介绍了一种保护装置，由此，叶片包括一对沿着叶片表面纵向延伸的导体(其还结合有防冰的加热元件)。叶片尖部具有一连接到第三导体的雷击接收器，其中所述第三导体延伸穿过叶片的内部。所有的导体和加热器均彼此连接。
与雷击有关的现有文献还论述到接收雷击的物体需要通过避雷器系统形成等电位。换言之，为了使所有元件处于相同电位，所述元件必须通过位于受保护区域上的导体进行电连接。
作为一种导电材料的碳纤维必须与避雷器系统保持等电位。与使导体元件处于绝缘状态相关的问题是在导体元件之间形成了高的电位差，原因为当雷电通过避雷器系统时雷电造成了感应现象。该电位差会造成电弧放电，这在碳纤维薄片构成叶片的主要抵抗部件的情况下，对于我们而言将是致命性的。
具有各种不同的基于金属丝网的系统，所述系统试图在电位差问题中防止任何碳纤维化合物的介入，然而，这些系统中没有一种在解决该问题时已经显示出是有效的。
发明内容
作为本发明主题的、具有紧固铜片的、用于叶片的避雷器系统使用一创新性的雷电保护系统，该雷电保护系统基于铜片的使用，所述铜片沿着整个叶片纵向布置并且与所述叶片的碳纤维薄片直接接触。该系统不需要使用传统上用在叶片避雷器系统中的铜缆线，因此用于系统的主导体变为一体地结合在叶片自身中，原因为铜片具有传导所有雷电电流的足够区域。
起到系统主导体作用的铜片接着连接到沿着叶片安置的接收器上。所述用于叶片的中间接收器具有迄今为止未曾被采用过的创新性设计。这些中间接收器安置在叶片的碳薄片上并且与负责释放雷电的、一体地结合在叶片内的铜片直接接触，而且防止雷电直接冲击碳纤维薄片。
在雷击情况下，由于碳纤维薄片和铜片的电特性以及由于系统自身的构形的原因，大部分电流流经铜片，因此，碳纤维薄片几乎不受电流的影响。
附图说明
图1所示为叶片横截面的示意图，其示出了一优选实施方式中铜片相对于碳纤维薄片的布置方式；
图2所示为依据所述优选实施方式的叶片内的包括避雷器系统的不同元件；
图3所示为在一优选实施方式中，位于中间接收器位置处的叶片横截面的示意图；
图4所示为中间接收器和包括该中间接收器的元件的详图。
具体实施方式
一个特别的实施方式由两片铜片(1)构成，每一铜片被定位成与横梁(3)的两个主碳纤维薄片(2)中的一个接触，所述薄片布置在横梁(3)的被称为空气动力面的两侧并被紧固成使其面对着叶片壳(4)。
如图1所示，该系统用两片薄铜带(1)替代当前所使用的主铜缆线，其中所述薄铜带(1)沿着整个横梁延伸并与碳纤维件(2)直接接触，使得二者为等电位，从而避免所述元件之间的电弧放电现象。
由于碳纤维薄片(2)以及铜片(1)的电特性，因此在发生雷击时，大部分电流流经铜片(1)，从而防止对所述薄片造成任何损害。
铜片(1)沿着整个横梁(3)的空气动力面分布、与横梁的碳纤维薄片(2)直接接触、并且被所述横梁的片状纤维的后续层覆盖，从而完全一体地结合在所述横梁内，避免额外地将缆线装配在所述横梁上，原因为避雷导体已一体地结合在横梁(3)内。铜片(1)具有0.1毫米到0.4毫米之间的厚度，该厚度为使得雷电能够得以传导、同时又能够维持铜片结合在其内或粘附到其上的薄片的质量的最小值段。
如图2所示，横梁的空气动力面必须在横梁的特定部位上得到连接，原因为需要确保两个部件的等电位。必须至少在根部(5)和尖部(6)区域形成的这些连接通过使用相同类型的铜片得以实现，其中，沿着纵长方向使用所述相同类型的铜片、但是使其相对于横梁横向放置、并且使其卷绕横梁(3)，使得所述相同类型的铜片与两个主铜片(1)接触，这些横向带件(7)必须紧固到横梁(3)上。
叶片尖部(6)结合有一金属接收器(9)，该金属接收器通过使用一附加的连接件连接到沿着横梁(3)的长度方向延伸的铜片(1)上。
本发明的避雷器系统还具有一创新的系统，即位于横梁(3)的空气动力面上的用于叶片的中间雷电接收器(9)。这些接收器(9)与负责释放雷电、一体地结合在横梁内的铜片(1)直接接触，并且防止雷电直接冲击碳纤维薄片(2)。
如图3所示，在安置中间接受器(9)的部位上，还建议使两个空气动力面与横向延伸的铜片(7)连接。金属插入件(10)安置在沿着整个横梁(3)的空气动力面延伸的铜片(1)上，以形成一用于实现等电位的接触表面。所述插入件(10)紧固到碳纤维薄片(2)上并且与贯穿螺栓(11)的壁部接触，所述贯穿螺栓(11)突出到壳体(4)的外部以截取雷电。
Claims (4)
1.一种位于风轮机叶片中的避雷器系统，包括一横梁(3)和壳体(4)，所述横梁(3)具有空气动力面并由混合的碳纤维和玻璃纤维薄片组成，所述壳体(4)覆盖横梁的上下部分，其特征在于，所述避雷器系统具有嵌置在叶片横梁(3)的所述薄片内并且从尖部(6)到根部(5)的沿着叶片横梁(3)的整个长度延伸的两片铜片(1)、连接上下带件的横向铜片连接件
(7)、以及将放电从外部传导到铜片(1)的中间接收器(9)。
2.根据权利要求1所述的位于风轮机叶片中的避雷器系统，其特征在于，所述铜片(1)沿着整个横梁的空气动力面布置并与碳纤维薄片(2)直接接触、包含在所述薄片内或者粘附到所述薄片上、并被横梁(3)的的玻璃纤维层覆盖，这样，所述铜片(1)一体地结合在横梁中，以维持薄片的质量，每一个带件的厚度在0.1到0.4毫米之间。
3.根据权利要求1所述的位于风轮机叶片中的避雷器系统，其特征在于，位于嵌置在横梁的空气动力面中的铜片(1)之间的所述横向铜片连接件(7)通过使用这样的铜片得以实现，其中，该铜片在横梁上横向延伸、并以这样的方式环绕所述横梁的一部位，使得该铜片与主铜片接触，所述横向铜片连接件也一体地结合在横梁(3)的薄片内部。
4.根据权利要求1所述的位于风轮机叶片中的避雷器系统，其特征在于，其结合有由一金属插入件(10)形成的中间接收器(9)，所述插入件(10)通过安置在铜片(1)上而与铜片(1)接触，所述中间接收器(9)紧固到碳纤维薄片(2)上并且与一贯穿螺栓(11)接触，所述贯穿螺栓(11)突出到壳体(4)的外部，以防止雷电直接冲击到碳纤维薄片(2)上。
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