CN101498277A - 带有雷电接收器的风力涡轮机叶片 - Google Patents

带有雷电接收器的风力涡轮机叶片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有雷电接收器的风力涡轮机叶片。具体而言，一种风力涡轮机叶片(108)，其具有结合在一起以形成具有内部空间(109)的风力涡轮机叶片(108)的两个外壳部(300，302)，该内部空间(109)具有轴向长度。连结板(304)，其位于内部空间(109)中布置在外壳部(300，302)之间，并大致延伸该内部空间的轴向长度。雷电接收器(306)布置在外壳部(300，302)上，且导体(308)布置在内部空间(109)中。导体(308)构造成与雷电接收器(306)相接触。两个外壳部(300，302)中的一个外壳部具有可拆卸部分(316)，例如塞子、接收器或嵌板，以提供通向相对的导体(308)的通路。安装在连结板(304)上的电缆(310)构造成大致延伸风力涡轮机叶片(108)的轴向长度，并且与导体(308)电性接触。

Description

带有雷电接收器的风力涡轮机叶片
技术领域
[0001]本发明大体涉及风力涡轮机。更具体而言，本发明涉及一种在叶片内包括雷电接收器的风力涡轮机叶片，以及通向涡轮叶片中的接收器的通路。
背景技术
[0002]公知的是，向风力涡轮机转子叶片提供避雷系统，以使其免受雷击。例如，转子叶片可设有用导电材料制成的雷电接收器。雷电接收器可捕获雷击，并且借助在叶片纵向上延伸的避雷器电缆，将电流传导到塔架的地面上。
[0003]通常，风力涡轮机包括通过轮毂而联接到转子上的多个叶片。转子安装在外壳或机舱内，该外壳或机舱位于管状塔架或基座的顶部。实用级风力涡轮机(即设计成用来将电能提供到公共电网中的风力涡轮机)可具有大的转子(例如，直径为三十米或更大)。这些转子上的叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的转子的转动转矩或转动力，其中，叶片是旋转地联接到转子上的。转子由塔架通过轴承来支承，该轴承包括联接到可旋转部分上的固定部分。轴承经受多种负载，包括转子的重量、自轴承而悬臂伸出的转子的力矩负载、诸如水平负载和剪切负载的非对称负载、偏航，以及自然湍流。
[0004]通常，两个外壳即吸入外壳和压力外壳，结合在一起以形成风力涡轮机叶片。由于风力涡轮机叶片如此之大并且布置在开阔区域中，故它们会吸引雷电并且经常受到雷击。目前，各外壳均具有一个或多个雷电接收器，其具有沿叶片内表面而在叶片的长度上伸展的导体电缆或条带。多根导体电缆要求将其中的各根导体电缆沿外壳而布置在高应力区域，以便为差错和故障而留有余地。因此，期望得到用于两个外壳的单根导体电缆，以代替多根导体电缆。然而，在外壳结合之后通向叶片内部的通路受到限制，因此很难使接收器与一个单独的导体连接。当两个外壳还在模具中时，安装者经常必须穿过两个外壳而插入他们的手臂，使他们自己遭受在其中的一个很重外壳从模具中掉下并对安装者造成伤害的危险之下。
[0005]因此，所需的是一种用于一旦外壳结合而提供通向叶片内部的通路的方法及系统，以便使一根公用导体电缆可用于雷电接收器。
发明内容
[0006]本发明的目的在于提供新型的、改良的风力涡轮机转子叶片的避雷防护。
[0007]根据本发明的第一实施例，公开了一种风力涡轮机叶片，其具有带有两个侧面的叶片、具有中心的内部空间以及轴向长度。该实施例还公开了布置在叶片的内部空间中大致延伸叶片轴向长度的连结板，布置在叶片的两个侧面上的雷电接收器，以及布置在叶片的内部空间中的、构造成与雷电接收器相接触的导体。两个侧面中的一个侧面具有可拆卸部分，以提供通向雷电接收器中的至少一个雷电接收器的通路。
[0008]根据本发明的另一个实施例，公开了一种风力涡轮机叶片，其具有结合在一起以形成具有中心的内部空间的两个外壳部以及轴向长度。还公开了一种连结板，其在外壳部之间布置于内部空间中，大致延伸该轴向长度。该实施例还包括布置在叶片的两个侧面上的雷电接收器，以及布置在叶片的内部空间中的、构造成与雷电接收器相接触的导体。两个外壳中的一个外壳具有可拆卸部分，以提供通向雷电接收器中的至少一个雷电接收器的通路。
[0009]根据本发明的第二实施例，公开了一种用于风力涡轮机叶片中的雷电接收器的方法。该方法包括以下步骤：提供两个外壳部，一个外壳部为顶部外壳部，而第二个外壳部为底部外壳部，以及将连结板紧固到顶部外壳部上，两个外壳部中的各外壳部均具有雷电接收器。该方法还包括：将导体紧固到连结板上，将导体紧固到顶部外壳部的雷电接收器上，以及将两个外壳部结合到一起以形成风力涡轮机叶片。该方法的下一个步骤包括：将可拆卸部分从其中的一个外壳部上移除以产生出入端口，通过经由该出入端口的通路而将导体紧固到底部外壳部上，以及将可拆卸部分重新放回到外壳部上。
[0010]本发明的优点在于，用于两个接收器的公用导线的安装较为安全，这是因为该公用导线是在外壳从模具中移除之后安装的。
[0011]本发明的另一个优点在于，用于两个接收器的公用导线的安装较为容易，这是因为该公用导线是经由叶片外壳中的端口，而非在外壳结合之前经由该两个外壳之间的开口而安装的。
[0012]本发明的再一个优点在于，用于两个接收器的公用导线较为便宜，这是因为只使用了一个导体。
[0013]本发明的又一个优点在于，提出了一种更为可靠的避雷系统，这是因为公用导线在风力涡轮运行期间并未遭受外壳的应力。
[0014]本文公开了该方法及系统的更多的方面。本领域的技术人员可通过下列详细说明及附图，来认识和理解本发明的上述特征，以及其它的特征和优点。
附图说明
[0015]图1示出了根据本文所公开实施例的风力涡轮机的侧视图。
[0016]图2示出了根据本文所公开实施例的风力涡轮机叶片的顶部透视图。
[0017]图3示出了根据本文所公开实施例的风力涡轮机叶片和雷电接收器的截面图。
[0018]图4示出了图3中的R-R视图，其为根据本文所公开实施例的接收器和叶片外壳相连的放大视图。
[0019]图5示出了根据本文所公开的接收器和叶片外壳相连的备选实施例的放大视图。
[0020]只要可能，在整个附图中相同的参考标号都可用于表示相同或相似的部件。
具体实施方式
[0021]现参照附图将在下文对本发明进行更充分的描述，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施，并且不应被理解为局限于本文所阐述的实施例。相反而言，所提供的这些实施例使得本文所公开的内容更彻底和完全，并且向本领域的技术人员全面地传达了本发明的范围。
[0022]图1示出了具有收容发电机(图1中未示出)的机舱102的风力涡轮机100。机舱102为安装在塔架104顶部上的壳体，图1仅示出了塔架104的一部分。塔架104的高度基于本领域所公知的因素和条件来选择，并且可延伸至达60米或更高的高度。风力涡轮机100可安装在提供接近具有期望风况区域的任意地形上。该地形可变化很大，并且可包括但不局限于山地地形或离岸位置。风力涡轮机100还包括转子106，其包括附接到旋转轮毂110上的一个或多个转子叶片108。虽然图1中示出的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是本文所公开的内容并不要求对转子叶片108的数目有特别的限制。
[0023]图2示出了根据本文所公开实施例的涡轮叶片108，其具有前缘201和后缘203。涡轮叶片108包括从叶尖207延伸至根部209的翼型部205，该根部209可连接到风力涡轮机的轮毂110上。叶片包括将叶片108的第一区段213与叶片108的第二部分分开的结合接合部211。第一区段213和第二区段215是叶片108的区段，其组装在一起以提供完整的叶片108。通过区段，意味着将风力涡轮机叶片108分成多个构件，其在组装到一起时形成完整的叶片108。虽然图2示出的叶片108具有两个区段，但是本文所公开的内容并不限于两个区段。例如，叶片108可为单个区段，或分成了任意数目的区段，包括三个或多个区段。
[0024]图3示出了图2中的风力涡轮机叶片108的截面图。风力涡轮机叶片108包括压力外壳300和吸入外壳302。各外壳部300，302均形成风力涡轮机叶片108的一部分。将外壳部300，302结合在一起，以形成具有内部空间109的风力涡轮机叶片108。虽然本文所述实施例指的是具有两个外壳部300，302的风力涡轮机叶片，但一个普通技术人员可认识到，风力涡轮机叶片可由多于两个的外壳部形成，或作为备选，风力涡轮机叶片可为一个整体的外壳。在将外壳部300，302结合以形成风力涡轮机叶片108时，外壳部300，302产生了具有中心和轴向长度的内部空间。该中心限定为在各外壳部300，302之间布置在中间的平面。
[0025]两个连结板304在内部空间中布置在结合的外壳300，302之间，并且大致延伸风力涡轮机叶片108的轴向长度。虽然图3示出了两个连结板304，但是可包括一个或多于两个的连结板304。连结板304由在运行期间向风力涡轮机叶片108提供结构支承的大致刚性的结构构成。该大致刚性的结构可由大致为刚性的材料形成，例如玻璃纤维。虽然连结板304示出为大体矩形的截面，但是一个普通技术人员应清楚的是，连结板304的截面可为任意其它适合的几何形状。连结板304防止风力涡轮机叶片108的外壳300，302在风力涡轮机新一轮运行期间受到因应力和弯曲所引起的剪切或破坏。
[0026]如图3所示，雷电接收器306布置在风力涡轮机叶片108的吸入外壳302和压力外壳300上。雷电接收器306为可适于经受来自于一次闪电的雷电电荷或来自若干次闪电的雷电电荷的导电材料。虽然雷电接收器306示出为与风力涡轮机叶片108的压力外壳300和吸入外壳302形成一体，但是雷电接收器可为若干个部分，或可为与压力外壳300和吸入外壳302分离的结构。导电导体308从连结板304延伸至各外壳部300，302上的雷电接收器306。导体308可为导线或导电条带，或任意其它适合的导电材料。此外，导体308可为一个整体部件、两个分离的部件或多个部件。导体308利用紧固件312，314而紧固到雷电接收器306上。电缆310安装在连结板304上，并且沿连结板304大致延伸内部空间109的轴向长度。电缆310可近似地位于内部空间的中心处，以大致延伸其轴向长度。然而，在备选实施例中，电缆可布置在内部空间内，对于内部空间的大致轴向长度，基本上不接触外壳部300，302中的任何一个。如可从图3中认识到，紧固件313如卷取装置或夹具，用于将电缆310紧固到连结板304和导体308上。只需要一根电缆310，就可将雷电接收器306接地，这是因为电缆310与导体308相接触，而导体308连接到雷电接收器306上。电缆310布置在连结板304上，使得电缆310不与外壳部300，302中的任何一个相接触。应当认识到的是，电缆310可由单根电缆或多根连接的电缆所形成。
[0027]利用紧固件312，将导体308紧固到在吸入外壳302上的雷电接收器306上，这在图3中也示出了，且在图4中更详细地示出。导体308具有孔(未示出)，紧固件312穿过该孔而布置。紧固件312保证了导体308与雷电接收器306产生导电接触。紧固件312可为螺钉，或其它类似的或适合的紧固件。利用紧固件314，将导体308紧固到在压力外壳300上的雷电接收器306上。导体308具有孔(未示出)，紧固件314穿过该孔而布置。紧固件314保证了导体308与雷电接收器306产生导电接触。紧固件314可为螺母，或其它类似的或适合的紧固件。可拆卸部分316布置在压力外壳300中，以便在移除了可拆卸部分时，形成了容许通向风力涡轮机叶片108的内部空间109的出入端口318(在图5中示出)。可拆卸部分316可为螺栓、压力外壳300的一部分、塞子、接收器、嵌板，或风力涡轮机叶片108的另一适合部分。
[0028]在组装风力涡轮机叶片108期间，将连结板304紧固到压力外壳300上。紧接着，将电缆310和导体308紧固到连结板304上。将导体308紧固到在压力外壳300上的雷电接收器306上。然后，将压力外壳300和吸入外壳302结合在一起，以形成具有内部空间109的风力涡轮机叶片108。将可拆卸部分316从压力外壳300上移除，以提供接近风力涡轮机叶片108的内部空间109的出入端口318(图5)。然后，使用者可将工具320或其它物体例如手，插入该出入端口318，以将导体308紧固到在吸入外壳302上的雷电接收器306上。
[0029]图5示出了本发明的实施例，其中，工具320例如扳手穿过出入端口318插入，以将导体308紧固到在吸入外壳302上的雷电接收器306上。一旦导体308紧固到在吸入外壳302上的雷电接收器306上，就将可拆卸部分316放回原位并紧固到压力外壳300上。若需要进行对雷电接收器306的维护或修理，则可移除可拆卸部分316。作为备选，可通过胶粘或其它永久紧固方法将可拆卸部分316固定就位。
[0030]虽然已参照优选实施例描述了本发明，然而本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可做出多种改变，并且可用等同物代替其元件。此外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情势或材料适应本发明所教导的内容。因此，期望本发明不限于作为构思成用于执行本发明的最佳方式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种风力涡轮机叶片，包括：
叶片(108)，其包括两个侧面(300，302)、具有中心的内部空间(109)以及轴向长度；
连结板(304)，其布置在所述叶片(108)的内部空间(109)中，所述连结板(304)大致延伸所述叶片(108)的轴向长度；
雷电接收器(306)，其布置在所述叶片(108)的两个侧面(300，302)上；以及
布置在所述内部空间(109)中的导体(308)，所述导体(308)构造成与所述雷电接收器(306)相接触；
电缆(310)，其布置在所述内部空间(109)中连接到所述导体(308)上；
其中，所述两个侧面(300，302)中的一个侧面具有可拆卸部分，以提供通向所述雷电接收器中的至少一个雷电接收器(306)的通路。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述叶片(108)还包括结合在一起的两个外壳部(300，302)。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述两个外壳部包括吸入外壳(302)和压力外壳(300)。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述压力外壳(300)具有所述可拆卸部分(316)，以提供通向所述至少一个雷电接收器(306)的通路。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述电缆(310)布置在所述内部空间(109)的中心。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述电缆(310)沿所述连结板(304)大致延伸所述叶片(108)的轴向长度。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述可拆卸部分(316)的移除产生了提供通向所述导体(308)的出入端口(318)。
8.一种用于在风力涡轮机叶片中设置雷电接收器的方法，包括如下步骤：
提供具有雷电接收器的顶部外壳部和具有雷电接收器的底部外壳部；
将连结板紧固到所述顶部外壳部上；
将导体紧固到所述连结板上；
将所述导体紧固所述顶部外壳部的雷电接收器上；
将所述顶部外壳部结合到所述底部外壳部上，以形成具有内部空间的风力涡轮机叶片，所述内部空间具有中心和轴向长度；
将可拆卸部分从所述顶部外壳部或所述底部外壳部移除，以产生出入端口；
通过经由所述出入端口的通路，将所述导体紧固到所述底部外壳部的雷电接收器上；以及
将所述可拆卸部分放回或所述顶部外壳部或所述底部外壳部，所述可拆卸部分之前从所述顶部外壳部或所述底部外壳部移除。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述顶部外壳部为压力外壳。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述底部外壳部为吸入外壳。
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