CN101321948A - 带有雷电保护装置的风能设备 - Google Patents

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Abstract

一种带有雷电保护装置的风能设备包括从一轮毂(3)辐射状向外延伸的多个桨叶(2)，并且其与所述轮毂共同形成转子。一导电的雷电保护装置(4)设置在两个相邻的桨叶(2)之间。

Description

带有雷电保护装置的风能设备
【技术领域】
本发明涉及一种带有雷电保护装置的风能设备，其中风能设备包括从轮毂辐射状向外延伸的多个桨叶，并与所述轮毂共同形成转子。
【背景技术】
给桨叶提供雷电保护系统从而保护其免受雷电袭击已经被人们熟知。作为一个例子，WO96/07825公开了一雷电保护系统，其中，将具有导电性材料的所谓的雷电接收器提供给叶梢。该雷电接收器能够“捕捉”雷击并将电流传导通过下游的避雷装置，所述避雷装置沿着桨叶的纵向延伸并通过轮毂接地。该系统已经被证实能提供特定有效的保护。
然而，由于水是导电的，从雷电接收器或避雷装置到桨叶上的集水槽存在闪络或火花放电的危险。在这种情况下，雷电流给水进行了加热，其可导致“蒸汽喷发”。这可能导致压力增加得足够高从而损坏桨叶。由于例如空气中的微粒、盐粒或者昆虫在桨叶表面的堆积，闪络也可能发生。由于闪络所引起的损坏导致桨叶必须维修，或者在最坏的情况时，必须更换，由于执行维修或者更换桨叶是非常复杂地，特别是对于海上的风能设备，这是一个费时以及高成本的过程。
并且，由于碳纤维也典型地导电，所以在由碳纤维制成的桨叶内提供雷电接收器以及避雷装置也是有问题的。本发明的目的是提供一种新型改良的雷电保护装置用于风能设备。
【发明内容】
根据本发明，本发明目的是通过在两个相邻桨叶之间设置导电的雷电保护装置而实现。由于雷电保护装置远离桨叶安置，闪络对桨叶的风险也因此相应地降低了。
根据本发明的一个优选实施例，风能设备包括三个桨叶和三个雷电保护装置。在一个特定优选实施例中，桨叶为壳体，优选地采用补充了玻璃纤维或碳纤维的聚合材料制成。转子优选地安装在一基本水平的主轴上。
根据本发明，雷电保护装置以从轮毂基本上辐射状向外延伸的纵向装置的形式被提供。在该方式下，当转子由风而进行旋转时，雷电保护装置高高凸出在空气中。由于雷电保护装置是导电的，可能的雷击“被吸引于”电击所述装置，并且雷电流被引导通过雷电保护装置到接地的轮毂。同样，面对在轮毂和雷电保护装置之间带有火花隙的实施例，也是可行的。
根据本发明的一个优选实施例，每个雷电保护装置基本上位于两个相邻桨叶的中间。因此，雷电保护装置置于离旋翼机内的桨叶最大可能的距离上，因而降低了到桨叶上闪络的风险。
根据本发明，雷电保护装置可通过一连接在雷电保护装置和至少一个桨叶之间的保持装置而被保持。该保持装置优选地为纵向并且具有绳、线或者杆的结构。
根据本发明风能设备的一个优选实施例，雷电保护装置借助于保持装置的方式被保持在所述保护装置和每一个相邻桨叶之间。
保持装置优选地与叶稍连接，从而保持装置位于离风能设备的轮毂最大可能距离上。保持装置可通过一回转接头或一弹性单元连接到桨叶。因此，保持装置可被用于与桨距控制(桨叶角度控制)风能设备相连接。
在一个特定实施例中，保持装置至少在一定区域上由绝缘材料制成。在该方式下，保证了雷电流没有导入桨叶。例如，保持装置可通过一绝缘材料如由陶瓷制成的连接头被连接到雷电保护装置以及桨叶上。自然地，整个保持装置也同样可以用绝缘材料制成。
保持装置在至少一定区域上可以为弹性的。作为选择地，保持装置可以用柔性材料制成。因此，保持装置能够弯曲从而雷电保护装置可轻微地移动。
根据本发明的优选实施例，雷电保护装置被提供有一类似翼型的外形。这可以是，举个例子来说，所谓的减阻外形，其外形具有对称下降的形状。在该方式下，雷电保护装置的风阻降低了，并且噪音的传播也可降低。在一些情况下，甚至雷电保护装置也可具有特定翼型外形从而有助于风能设备的产能。
雷电保护装置可以长于，或者短于或者基本上等同于桨叶的长度。然而，它们必须足够的长，使得雷电不被吸引于电击桨叶之一。
根据本发明的优选实施例，相对于轮毂的雷电保护装置的末端被配置有雷电接收器，举例而言，以所谓的富兰克林杆(Franklin rod)的形式。
并且，桨叶可用一种材料覆层，用以最小化例如空气中的微粒、盐水以及昆虫在桨叶上的堆积。在该方式下，甚至降低吸引雷电电击桨叶。
【附图说明】
下面参考附图对本发明进行详细的解释，其中
图1是基于本发明的风能设备的第一实施例的示意图。
图2是基于本发明的风能设备的第二实施例。
图3是基于本发明的风能设备的第三实施例。
图4是基于本发明的风能设备的第四实施例。
图5是图1中沿着线I-I的剖视图。
图6图示了叶稍和保持装置之间的连接的第一实施例。
图7图示了叶稍和保持装置之间的连接的第二实施例。
【具体实施方式】
图1所示的风能设备包括塔架6，支撑机舱5(也叫做风车壳)。一基本水平的主轴从机舱5向外凸出。一转子安装在所述轴上，所述转子包括轮毂3以及多个桨叶2。转子可以通过风而旋转。优选地，风能设备1为所谓的逆风设备，其中风冲击到塔架6之前先冲击到转子，并且其中机舱5能够摇摆，也就是说，相对于塔架6绕垂直轴旋转。转子因此在任何给定时刻调整自身到风向。并且，如图2所示，风能设备优选地提供有三个桨叶2，其从轮毂3基本上辐射状向外延伸并形成所谓的壳体，其壳体由补充了玻璃纤维或者碳纤维的聚合材料制成。
图1所示的风能设备1的典型特征为其具有以从轮毂3辐射状向外延伸的纵向装置形式的三个雷电保护装置4。每个雷电保护装置4装备有由钨制成的一雷电接收器8，例如，在一特定实施例中，雷电接收器8作为所谓的富兰克林杆(Franklin rod)被提供。雷电保护装置4的雷电导电部分电性连接到轮毂3上，并且从雷电电击其中一个雷电保护装置4而来的雷电流可因此通过轮毂导向地面，所述轮毂以避雷装置(未显示)借助于举例而言塔架以及机舱连接到一接地杆的方式接地。作为选择地，在雷电保护装置4和轮毂3之间可能存在火花隙。避雷装置和接地杆可以为铜导体或者用其它任何导电材料制成。
在图1所示的实施例中，雷电保护装置4具有与桨叶2基本上相同的长度。因此，当风能设备1的转子旋转时，雷电保护装置4凸出进入空气的与桨叶2的同样多。在该方式下，由于雷电保护装置4是更好的导电体，雷电不会被吸引于电击桨叶2之一，雷电保护装置4放射状地置于两个相邻桨叶的中间。在该方式下，雷电保护装置4和桨叶2之间的距离被最大化，从而使闪络或电火花的风险最小化。
每个雷电保护装置4通过保持装置7被保持，优选地以线、绳或者杆的方式，所述保持装置被固定在两个相邻桨叶2之间。
图2图示了根据本发明的风能设备1的第二实施例。根据该实施例，雷电保护装置4短于桨叶2。在该方式下，雷电保护装置4被保持在更加稳定的方式。既然其比桨叶2具有更好的导电性，即使雷电保护装置4在转子旋转时没有高突起到空气中，雷击仍被“吸引”于电击雷电保护装置4之一。
图3图示了一实施例，其中每一个雷电保护装置4都被一分为二，一外部刚性部分9和一内部柔性部分10。刚性部分9通过两线7，7”被保持，其保证了所述刚性部分9从轮毂3辐射状向外延伸。柔性部分10可为柔性的电缆。在该方式下，在不使雷电保护装置4的内部10或者轮毂3遭受不必要载重的情况下，刚性部分9能够移动。
图3所示实施例的雷电保护装置4比桨叶2短，而图4图示了一相应的实施例，其雷电保护装置4具有与桨叶2基本上相同的长度。根据图4所示的实施例，刚性部分9再次通过两线7，7”被保持。
为了减小雷电保护装置4的风阻和噪音污染，它们优选地用所谓的减阻外形，如图5所示，其中外形具有对称下降的形状。然而，该外形同样也可被提供为常规的桨叶形状或者类似形状，从而雷电保护装置4有助于风能设备1的产能。通过环绕电缆塑模玻璃纤维，可以制造出各种外形。例如，电缆的横截面面积为50mm2。
为了能够使用与桨距控制风能设备相连的雷电保护装置4，保持装置可被提供有一弹性单元11用于当桨叶1被桨距控制时进行弯曲，如图6所示。保持装置7可通过回转接头或球形接头12与桨叶连接。自然地，保持装置即可同时包括弹性单元11和球形接头12。作为选择地，整个保持装置可以用柔性材料制造从而当桨叶被桨距控制时，保持装置能够弯曲。这使得雷电保护装置4可以少许移动而不产生任何问题。
线7和桨叶2之间以及线7和雷电保护装置4之间的连接头可以用绝缘材料制成，例如陶瓷或者聚合材料。因此，可以允许线7的部分由例如钢丝组成。
本发明参考了优选实施例进行了描述，在不背离本发明的保护范围情况下，本领域的技术人员可以作出许多改动。对于本领域技术人员而言，显而易见的修改和改动是落入本发明的保护范围的。例如，两个或者多个雷电保护装置可以安置在两个相邻桨叶之间。作为选择地，雷电保护装置的外部可一分为二。雷电保护装置没有必要必须安装在两个相邻桨叶之间，可以接近于其中一个桨叶。在该方式下，可以增加在雷击闪电时刻雷电保护装置凸出超过桨叶的可能性。
参考数字清单：
1  风能设备
2  桨叶
3  轮毂
4  雷电保护装置
5  机舱
6  塔架
7  保持装置/线/杆
8  雷电接收器
9  刚性部分
10 柔性部分
11 弹性部分
12 回转接头/球形接头

Claims (10)

1.一种带有雷电保护装置风能设备(1)，该风能设备(1)包括从一轮毂(3)基本上辐射状向外延伸的多个桨叶(2)，并且其与所述轮毂共同形成转子，其特征在于，一导电的雷电保护装置(4)设置在两个相邻的桨叶(2)之间。
2.如权利要求1所述的风能设备(1)，其特征在于，风能设备(1)包括三个桨叶(2)以及三个雷电保护装置(4)。
3.如权利要求1或2所述的风能设备(1)，其特征在于，雷电保护装置(4)以从轮毂(3)基本上辐射状向外延伸的纵向装置的形式被提供。
4.如前述任一权利要求所述的风能设备(1)，其特征在于，每个雷电保护装置(4)基本上位于两个相邻桨叶(2)之间的中部。
5.如前述任一权利要求所述的风能设备(1)，其特征在于，雷电保护装置(4)通过连接在雷电保护装置(4)和至少一个桨叶之间的一保持装置(7)被保持。
6.如权利要求5所述的风能设备(1)，其特征在于，雷电保护装置(4)通过在所述雷电保护装置和相邻两个桨叶(2)中每一个之间的一保持装置(7)被保持。
7.如权利要求5-6所述的风能设备(1)，其特征在于，保持装置(7)至少在一定区域用绝缘材料制作，从而雷电保护装置(4)和桨叶(2)相互电绝缘。
8.如权利要求5-7所述的风能设备(1)，其特征在于，保持装置(7)至少在一定区域有弹性的。
9.如权利要求8所述的风能设备(1)，其特征在于，保持装置(7)用柔性材料制作。
10.如上述任一权利要求所述的风能设备(1)，其特征在于，雷电保护装置(4)被提供有一类似翼型的外形。
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