CN101341334B - 风车叶片的闪电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种风车叶片的闪电保护装置，包括：具有接收器的尖部接收器组件，所述接收器特别是安装到叶片的尖端部分，在叶片的尖端部分叶片轮廓变得更小，且所述闪电保护装置具有简单的结构以很容易组装，以及中间接收器组件，所述中间接收器组件具有设置在叶片的外表面处的接收器，以在闪电击中叶片时显示对叶片中的空气压力增加的有效对策，闪电电流从接收器通过例如铺设通过叶片内部、风车主体的引线等连接设备以及旁路电刷而被释放到大地，其特征在于，由导电材料制造且用引线连接到其上的基板嵌入到所述叶片中，且接收器固定和支撑至基板，所述基板在叶片的外表面被暴露。此外，本发明也提出了一种组装闪电保护装置的方法。

Description

风车叶片的闪电保护装置

技术领域

本发明涉及一种风车叶片的闪电保护装置和组装闪电保护装置的方法，所述闪电保护装置包括：闪电接收器，所述闪电接收器连接到叶片的外表面，闪电电流从接收器通过例如铺设通过风车叶片的内部的导体等连接设备而释放到大地；以及风车体部分或者旁路刷。

背景技术

作为防止风车的涡轮叶片或者整个风车装置被闪电击中风车叶片的措施，例如，专利文献1(PCT-WO2004/111686A1)或者专利文献2(PCT-WO2005/026538A1)提出了一种闪电保护装置，包括：闪电接收器，所述闪电接收器连接到叶片的外表面，由闪电击中接收器所导致的闪电电流从该外表面通过导体引导到地面，所述导体延伸通过叶片的内部；以及风车装置的主体部分内的转子头、主轴、塔等。

在专利文献1所公开的技术中，闪电接收器从叶片的尖端部分沿着叶片的长度方向在风车叶片的外表面处的几个位置处安置，来自接收器的闪电电流通过引线释放到大地，所述引线引伸通过叶片的内部和风车主体。

在专利文献2公开的技术中，从叶片的预定部分观察时，闪电接收器暴露在叶片的腹侧壳体的外表面和叶片的背侧壳体的外表面处，以允许闪电击中到所述闪电接收器，所述接收器通过螺钉分别固定到腹侧壳体的后表面以及背侧壳体，同时来自接收器的引线连接到下导体。

但是，尽管在专利文献1中所公开的技术涉及来自闪电接收器的闪电电流通过在叶片和风车主体内引导的引线而被释放到大地的结构(所述闪电接收器从叶片的尖端沿着叶片的长度方向安置在几个位置处)，且尽管专利文献2中所公开的技术涉及闪电接收器暴露在叶片的腹侧壳体和叶片的背侧壳体以允许闪电击中到所述闪电接收器、同时接收器通过螺钉分别固定到腹侧壳体的后表面以及背侧壳体的结构，但是两个专利文献都没有公开用于将接收器组装到具有更小的翼面轮廓的叶片的尖端部分处的有效措施、防止在闪电击中到叶片上时叶片的内侧中所引起的压力增加的对策等。

发明内容

本发明有鉴于上述现有技术中固有的问题而设计，且相应地，本发明的目的在于提供一种风车叶片的闪电保护装置，该闪电保护装置具有简单的结构，所述简单的结构允许容易地组装接收器，所述接收器适于连接到具有更小翼面轮廓的叶片的尖端部分，且所述简单的结构可以具有防止在闪电击中到叶片上时叶片的内侧中所引起的压力增加的有效对策，且本发明的另一目的在于提供一种组装风车叶片的闪电保护装置的方法。

为了实现该目的，根据本发明，提供了一种风车涡轮叶片的闪电保护装置，包括：闪电接收器，所述闪电接收器连接到叶片的外表面，闪电电流从接收器通过连接设备或者旁路电刷释放到大地，所述连接设备例如是引伸通过叶片内部以及风车主体的引线，其特征在于，接收器组件具有这样的结构：基板嵌入到叶片中，所述基板由导电材料形成，引线连接到所述基板，且所述接收器固定到基板且支撑到基板，所述接收器在叶片的外表面处暴露。

在该发明中，粘合剂优选地填充在叶片的、位于接收器组件的附近的内空间中，包括基板的周边。对于粘合剂，优选地可以使用甲基丙烯酸酯族粘合剂。

此外，根据本发明，提供了一种组装风车叶片的闪电保护装置的方法，所述闪电保护装置如上构造，且其中闪电接收器设置在叶片的外表面处，闪电电流通过例如引线等连接设备或者通过叶片和风车主体内部的旁路电刷而引导到地面，其特征在于，所述方法包括下述步骤：将由导电材料制造的基板插入叶片的内部，并将引线连接到所述基板；在基板和叶片的壳体之间填充粘合剂以将基板固定在叶片中；以及形成穿透叶片的壳体和粘合剂的接收器插入孔；以及将接收器插入到接收器插入孔中以将接收器固定到基板。

根据本发明，由于闪电接收器固定和支撑至由导电材料制造的基板且嵌入到叶片中以构成接收器组件，且接地线连接到基板，其结构可以极其简化，且由于闪电接收器固定和支撑至基板以具有单元结构，因此，也可以简化将接收器组装至叶片的操作。

此外，由于接收器组件的单元可以可选地设定在可能导致闪电的部分中，例如叶片的尖端部分或者中间部分，其处理可得以方便执行。

此外，通过在包括基板周边的、接收器组件附近中的叶片内空间内填充粘合剂，所述内空间中的空气可以用粘合剂替代，且相应地，可以避免在闪电击中叶片时由于其中的空气膨胀所导致的内空间中的空气压力增加，由此就可以防止由于内空间中的空气压力的增加所导致的叶片的断裂的发生。

此外，由于叶片的腹侧壳体和背侧壳体可以通过粘合剂的媒介而彼此结合，由此就可以提高叶片的强度。

此外，本发明可以优选地具有下述构造：

(1)上述的接收器组件设置在叶片的尖端部分中(权利要求3)。在这种情况下，接收器组件优选地在主梁的长度方向上、比嵌入到叶片中的主梁更靠近叶片的尖端安置(权利要求4)。

利用其中接收器组件设置在叶片的尖端部分中的该构造(由于不需要维持强度而不需要存在主梁框架)，接收器组件可以容易地嵌入在叶片之内，由此即使在现有的叶片中也可以简单地安装接收器组件；

(2)在上述的接收器组件中，上述的接收器是盘状接收器中的一个，所述盘状接收器安置在叶片的腹侧和背侧上，每一侧上有一个或者多个接收器，叶片的腹侧上的接收器与在叶片的外表面处叶片的背侧上的接收器偏移分开，且盘状接收器被固定到上述的基板上(权利要求5)。

用该结构，通过安置接收器组件以使接收器在叶片的外表面上彼此偏移分开，即使在为了在腹侧壳体和背侧壳体之间具有更小的尺寸而设置为比较薄的叶片部分(例如叶片的尖端部分)中，接收器组件可以很容易地设置在叶片的腹侧和背侧上。

(3)接收器组件设置在叶片的尖端部分中，且粘合剂填充在包括基板外周边的、在接收器组件附近中的接收器组件内空间中，同时泡沫聚氨酯树脂填充在内空间中、叶片的所述部分内，而不是在其中填充粘合剂的部分(权利要求6)。

使用其中叶片的内空间填充粘合剂(在尖端部分内)以及在叶片的整个长度(而不是尖端部分)之上填充聚氨酯树脂的结构，就可以在闪电击中叶片1时提高防止空气膨胀以及叶片的内空间中的空气压力增加、以及由此导致的叶片断裂的能力。

这样，根据本发明，接收器组件通过将闪电接收器固定和支撑至由导电材料所形成且嵌入到叶片中的基板而形成，同时基板用接地引线连接到其上，且相应地，接收器组件的结构可以变得极其简单。此外，由于闪电接收器被固定和支撑到基板以形成为单元主体，所以接收器组件可以很容易组装到叶片1。此外，接收器组件可以设定在叶片的任一个可选部分中，即，叶片的尖端部分、中间部分等，在这些部分处很可能导致闪电，由此就可以满意地方便对其进行处理。

此外，通过在包括基板周边的、接收器组件附近中的叶片内空间内填充粘合剂，可以避免叶片的内空间中的空气压力的增加，所述空气压力的增加是在闪电击中到叶片上时由于内空间中的空气的膨胀所导致，由此就可以防止叶片断裂，所述叶片的断裂是由于叶片的内空间中的空气压力的增加所导致。

附图说明

图1A-1B是在本发明的实施例中显示风车叶片的闪电保护装置的视图，图1A(图2中的部分Z的放大视图)是显示叶片闪电保护装置的尖端部分的部分放大横截面视图，且图1B是图1A中沿着A-A所取的横截面视图；

图2是上述的实施例中、显示整个单个叶片的侧视图；

图3是图2中沿着线B-B所取的横截面视图；

图4是设有根据本发明的闪电保护装置的风车的示意侧视图。

具体实施方式

下面将详细说明附图中所显示的本发明的实施例。应该指出的是，在该实施例中所描述的部件部分的尺寸、材料、形状和相对布置不能认为是限制本发明的范围，即，这只是一些示例。

参照图4，图4是设有根据本发明的闪电保护装置的风车的示意侧视图，显示存在转子头2、连接到转子头2的外周边的多个叶片1、构成转子头2的输出轴的主轴3、主轴承4、发电机8、用于将转子头2的速度增加到发电机8的额定速度的增速齿轮5、用于将增速齿轮5与发电机8连接的联接器6、发动机舱7、用于支撑发动机舱7的发动机舱底盘面板7a以及竖直地安装到地面上的塔9。

此外，显示存在设置在塔9和发动机舱底盘面板7a之间的偏航枢转轴承10以及将叶片1支撑到转子头2的叶片枢转轴承11。

此外，显示存在连接到每一个叶片1的尖端部分的闪电芯片接收器组件100、并入从尖部接收器组件100引导的导线的下导体21，所述下导体21通过用于叶片枢转轴承的旁路电刷23和用于主轴轴承的旁路电刷24连接到旁路引线22，所述旁路引线22连接到塔9，所述旁路引线22通过塔9接地。

本发明涉及显示在图4中的风车的风车闪电保护装置，以及用于组装闪电保护装置的方法。

图1A是显示本发明的实施例中的风车叶片的尖端部分的部分放大横截面图(图2中的部分Z的放大视图)，且图1B是图1A中沿线A-A所取的横截面视图。图2是显示在单个单元主体中的叶片的侧视图，且图3是显示在图2中的线B-B的横截面视图。

参照图2，尖部接收器组件100安装在叶片1的尖端部分中，且中间接收器组件40安装在叶片1的中间部分中。加强框41嵌入到叶片1中，且加强框从叶片1的根部在叶片1的长度方向上延伸。叶片1具有腹侧壳体1b和背侧壳体1a。

此外，上述的下导体21连接到基板30(参照图1，将在后面详细描述)，下导体用作尖部接收器组件100和中间接收器组件40的每一个的输出端，所述下导体被朝向中间接收器组件40之内的叶片的根部放置，且连接到叶片的底部的顶部面板(未示出)，所述顶部面板由导电材料所制造，旁路引线22连接到顶部面板。

参照图3，图3显示了叶片1中的中间接收器组件40的连接结构，中间接收器组件40中的接收器由不锈钢(或者任何其他导电材料)制造，且暴露给腹侧壳体1a和背侧壳体1b的外表面以允许接收闪电，所述接收器通过螺栓固定到腹侧壳体1b和背侧壳体1a的后表面。中间接收器通过引线40a的中继而连接到下导体21。显示存在泡沫聚氨酯树脂39(将在后面描述)。

参照图1A和图1B，所述图1A、1B详细地显示了尖端接收器组件100，显示存在设定在叶片1的尖端部分的顶点表面处的棒状接收器32，用于让闪电击中到叶片的尖端上，以及盘状接收器31a、31b，所述盘状接收器31a、31b连接到尖端部分的相对的侧表面，用于让闪电击中到叶片的尖端部分的相对侧上。棒状接收器32优选地由铜-钨合金制造，同时盘状接收器31a、31b优选地由不锈钢制造，尽管二者可以由任何导电材料制造。

基板30由导电材料制造，且嵌入到叶片1的尖端部分的内部。如图1A中所示，棒状接收器32通过棒32a固定到叶片尖端部分侧1上的基板30，如图1B中所示，盘状接收器31a、31b分别螺纹连接到基板30的相对侧部分中(参照螺纹部分38a、38b)，以固定到基板30上。如图1A中所示，基板30通过连接终端部分36连接到下导体21。此外，下导体由FRP固定件35保持。

如图1B中所示，对于其中棒状接收器32和两个侧盘状接收器31a、31b固定到基板30的接收器组件，粘合剂37填充在基板30周围的腹侧壳体1b和背侧壳体1a的内部，所述基板30被定位和固定在叶片1中。

利用上述的构造，通过将粘合剂37填充在包括基板30周边的、接收器组件附近中的叶片1内的内空间中，内空间中的空气被移动以用粘合剂37替换，且相应地，可以避免由于在闪电击中到叶片1上时由于内空间中的空气的膨胀所导致的内空间中的空气压力的增加。由此就可以防止由于内空间中的空气压力的增加所导致的叶片发生断裂。

此外，由于叶片的腹侧壳体1b和背侧壳体1a通过粘合剂37的中继而粘接在一起，由此就可以增强叶片1的强度。

此外，如图1B中所示，被螺纹连接到基板30的相对侧部分中的、接收器组件中的左侧和右侧盘状接收器31a、31b被螺纹地固定到后者，且所述左侧和右侧盘状接收器31a、31b沿着叶片1的弦向方向彼此移位。

利用其中盘状接收器31a、31b沿着叶片1的外表面移位的该布置，盘状接收器31a、31b可以很容易地设定在叶片1的腹侧和背侧上，即使在薄叶片厚度部分中，例如在腹侧壳体1b和背侧壳体1a之间具有小尺寸的叶片尖部部分。

此外，如图2中所示，即使在该实施例中，由于尖部接收器组件100设置得比主梁框架41更靠近叶片1的尖端，因此尖部接收器组件100设置在叶片1的尖端部分中，在叶片1中没有主梁框架41，因为不需要维持强度。这样，尖部接收器组件100的基板30可以很容易嵌入到叶片1中，且相应地尖部接收器组件100可以很容易地连接到没有闪电保护装置的现有叶片，所述闪电保护装置可以额外地连接到现有叶片。

使用该构造，如图1A中所示，尖部接收器组件100设置在叶片1的尖端部分中，同时粘合剂37填充在尖部接收器组件100的附近中的基板30周围的内空间中，且泡沫聚氨酯树脂39填充在除了粘合剂37如图2、3中所示所填充的部分之外的叶片的内空间中。

使用该构造，粘合剂37(在尖端部分中)和泡沫聚氨酯树脂39(不是所述尖端部分)填充在叶片的内空间中、叶片的整个长度之上，由此可以改进防止在闪电击中叶片1上时叶片1的内空间中的空气发生膨胀、空气压力发生增加以及由此所导致的叶片1发生断裂的效果。

由闪电所导致的叶片的断裂可能不仅由于燃烧而且可能是由于叶片中的空气压力的增加所导致，所述空气由叶片内部之内的放电加热而膨胀。此外，在这种情况下，如果由于喷雾导致湿气穿透到叶片中，空气压力的增加由于由加热而从液相转变为气相所导致的相变而加速，且相应地，叶片优选地以这样的方式形成：空气(气体)和湿气尽可能从叶片的内空间转移。此外，泡沫聚氨酯用作填充剂材料，由此能够防止叶片的重量被过分增加，且由于在叶片中不可避免存在的空气被分为很大数目的部分，因此，被闪电所导致的放电所影响的部分的数目可以极其小，且相应地，即使压力增加，压力也不会克服叶片的强度限制。

在组装如上所述构造的风车叶片的闪电保护装置时，用下导体21连接到闪电保护装置的基板30插入到叶片1的内空间中，且粘合剂37填充在基板30和外壳体1a、1b之间，然后固化以将基板30固定在叶片中。

然后，接收器插入孔被形成穿透外壳体1a、1b和粘合剂37，且棒状接收器32和盘状接收器31a、31b插入到接收器插入孔中且固定到基板30。

如上所述，有鉴于上述的实施例，用于防止闪电的对策的棒状接收器32和盘状接收器31a、31b被固定且支撑至由导电材料制造且嵌入到叶片1中的基板30，以构成尖部接收器组件(接收器组件)100，且基板30用并入引线21的下导体21而连接到所述组件100，且相应地，闪电保护装置的构造极其简单。此外，由于棒状接收器32和盘状接收器31a、31b被固定和支撑至基板30以形成为单元主体，将闪电保护装置组装至叶片1可得以方便实施。

此外，接收器组件(接收器组件)100的单元可以可选地设定在诸如尖端部分和闪电可能在其上导致的中间部分等部分中，其处理可以变得比较满意。

工业应用性

根据本发明，适于安装到叶片的尖端部分中的接收器可以很容易组装，在所述叶片的尖端部分，叶片的轮廓变得特别小，且进一步地，可以提供风车叶片的闪电保护装置以及组装闪电保护装置的方法，所述闪电保护装置可以显示在闪电击中到叶片上时所导致的叶片中的压力增加的有效对策。

Claims (4)

1.一种风车叶片的闪电保护装置，其中闪电接收器设置在叶片的外表面处，来自接收器的闪电电流通过连接设备而被传导，然后释放到大地，其特征在于具有：

基板，嵌入到叶片尖端的内空间且由导电材料制造；

粘合剂，以包围所述基板的方式填充在所述叶片尖端的内空间；

所述接收器，插入至贯通所述叶片的外壳体和所述粘合剂而形成的接收器插入孔，在所述叶片的外表面以一部分露出的方式固定至所述基板；

导线，所述导线通过连接终端部分连接至所述基板，

其中所述基板周边的、接收器组件附近中的叶片内的内空间中的空气由于粘合剂填充在所述内空间中而被替换，

其中所述接收器被固定且支撑至嵌入到叶片中的基板，以构成接收器组件，

其中所述接收器组件沿着叶片的长度方向设置成比嵌入到叶片中的主梁更靠近叶片的尖端，

其中所述接收器适于连接到具有更小翼面轮廓的叶片的尖端部分，

其中叶片的尖端较薄，以便在腹侧壳体和背侧壳体之间具有更小的尺寸，使得所述接收器组件能够容易地设置在叶片的腹侧和背侧上。

2.根据权利要求1所述的风车叶片的闪电保护装置，其特征在于，所述接收器由盘状接收器构成，所述盘状接收器安置在叶片的腹侧和背侧，每一侧上有一个或者更多个接收器，且接收器被固定到基板，被定位成在叶片的外表面处在腹侧和背侧上彼此偏移。

3.根据权利要求1所述的风车叶片的闪电保护装置，其特征在于，所述接收器设置在所述叶片的尖端部分中，且粘合剂填充在接收器附近、基板周围的尖端部分的内空间中，并且泡沫聚氨酯树脂填充在除了其中填充粘合剂的部分之外的内空间中。

4.一种组装风车叶片的闪电保护装置的方法，其中闪电接收器设置在叶片的外表面处，闪电电流通过连接设备释放到大地，其特征在于，所述方法包括步骤：

插入由导电材料制造的基板并在叶片尖端的内部将导线连接到所述基板；在所述叶片尖端的内空间填充粘合剂以将基板包围；形成穿透外壳和粘合剂的接收器插入孔；将接收器插入到接收器插入孔中且将接收器固定到基板，并且通过连接终端部分将所述导线与所述基板连接，

其中所述基板周边的、接收器组件附近中的叶片内的内空间中的空气由于粘合剂填充在所述内空间中而被替换，

其中所述接收器被固定且支撑至嵌入到叶片中的基板，以构成接收器组件，

其中所述接收器组件沿着叶片的长度方向设置成比嵌入到叶片中的主梁更靠近叶片的尖端，

其中所述接收器适于连接到具有更小翼面轮廓的叶片的尖端部分，

其中叶片的尖端较薄，以便在腹侧壳体和背侧壳体之间具有更小的尺寸，使得所述接收器组件能够容易地设置在叶片的腹侧和背侧上。

Images