CN101619706B - 具有接闪器的风力涡轮机叶片及其表面的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有接闪器的风力涡轮机叶片及用于保护风力涡轮机叶片表面的方法。具体地，提供了包括至少一个接闪器(3)的风力涡轮机叶片(10)，其中由包括电绝缘及绝热材料的保护层(1)覆盖风力涡轮机叶片(10)的靠近该接闪器(3)的至少部分表面。此外，公开了一种用于对靠近接闪器(3)的风力涡轮机叶片(10)表面进行保护，以防由于闪电冲击而造成的温度增高的方法，其特征在于，采用包括电绝缘及绝热材料的保护层(1)覆盖风力涡轮机叶片(10)的至少部分表面。

Description

具有接闪器的风力涡轮机叶片及其表面的保护方法
技术领域
本发明涉及包括至少一个接闪器的风力涡轮机叶片。本发明还涉及一种用于保护风力涡轮机叶片表面的方法。
背景技术
通常将风力涡轮机放置在远离其它高层建筑之处，因此将其暴露在闪电的冲击之下。典型地，风力涡轮机叶片由玻璃纤维叠层制成，该玻璃纤维叠层可能会被闪电冲击严重损伤。为了防止这样的损伤，叶片设置有金属的接闪器，将这些接闪器以这样的方式安装在叶片内，即：使得接闪器的表面基本上处于该叶片的外壳的平面中。然后，通过大尺寸的导体将这些接闪器连接到地。
闪电周围的空气的温度可以达到几千摄氏度(℃)。当闪电击中接闪器时，该空气的一些能量传递到最接近该接闪器的叶片表面。这可能会导致油漆焦化，在某些情况中，还会导致下面的叠层焦化。这样，叶片表面的完整性被破坏而叠层暴露于大气中。然后，湿气可能会渗透该叠层被损伤的部分，导致该叠层要么变软要么破裂。对该问题进行反应的常规方式是对闪电冲击进行记录，然后对可能已经发生的损伤进行修复。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是，提供一种优越的风力涡轮机叶片。本发明的第二个目的是，提供一种用于保护风力涡轮机叶片表面的优越的方法。通过本发明所提出的包括至少一个接闪器的风力涡轮机叶片，第一个目的得以解决。通过本发明所提出的用于保护风力涡轮机叶片的靠近接闪器的表面以防由于闪电冲击而造成的温度增高的方法，第二个目的得以解决。
该创造性的风力涡轮机叶片包括至少一个接闪器。该风力涡轮机叶片的靠近接闪器的至少部分表面由包括电绝缘及绝热材料的保护层覆盖。保护层对风力涡轮机叶片的靠近接闪器的表面进行保护，以防由于闪电冲击而造成的温度增高。有利地，这可以通过将结合了对热破坏的高耐抗性与良好的电绝缘性的材料层覆盖在所述表面上而得以实现。
优选地，保护层可对高达至少200℃温度的热破坏具有耐抗性。保护层可特别包括陶瓷或聚合物。举例而言，保护层可包括聚四氟乙烯(PTFE或特氟隆)。PTFE是一种具有低导热性的聚合物，由此适合用于热保护。PTFE还具有优秀的介电性能，甚至在高温时(特别是高达300℃的高温)也如此。此外，PTFE还对电弧放电具有良好的耐抗性。这减小了闪电击穿叠层表面而不是冲击到接闪器的风险。
典型地，将接闪器成对安装，在叶片的每一个扁平面上安装一个接闪器。风力涡轮机叶片最可能被闪电击中的部分是靠近该叶片尖端的区域。因此，对靠近尖端的两个接闪器周围的区域进行覆盖是有利的。但是，原则上，可以类似的方式对置于该叶片表面上任意之处的接闪器周围的区域进行覆盖。
已经观察到，当从接闪器看过去时，风力涡轮机叶片表面的焦化在后缘方向上会更加显著。由此，风力涡轮机叶片可包括后缘，且保护层在后缘方向上比在其它方向上延伸得更远。优选地，保护层可以对在接闪器至少10cm以内的叶片表面进行覆盖。
举例而言，保护层可包括至少一个具有用于接闪器的开口的部位。所述部位无需具有任何特定的形状，但是应当对在接闪器至少10cm以内的叶片表面进行覆盖，并且可以在后缘方向上延伸得更远。
此外，保护层可包括围绕叶片整个外周进行缠绕的带。该带可以是PTFE的。可以进一步将该带粘接在叶片表面上。可以提供用于接闪器的开口。
风力涡轮机叶片还可以包括尖端，并且保护层可包括适配在整个尖端上的罩帽。可以提供用于接闪器的开口。此外，可将保护层粘接在叶片表面上。通常，保护层可包括至少一个用于接闪器的开口。此外，风力涡轮机可包括玻璃纤维叠层，保护层可以是该玻璃纤维叠层的集成部分。
在用于对靠近避雷器的风力涡轮机叶片表面进行保护，以防由于闪电冲击而造成的温度增高的创造性方法中，采用包括电绝缘及绝热材料的保护层来覆盖风力涡轮机叶片的至少部分表面。这样的层可以保护该表面和下面的叠层免于焦化。焦化可能会将叶片的结构部件暴露给自然环境，并且会导致叶片的逐渐耗损。
可以特别地将保护层粘接到风力涡轮机叶片的表面上。可替换地，保护层可以集成在风力涡轮机叶片的叠层结构中。此外，可将保护层安装在风力涡轮机叶片表面的槽口部分中。可以由接闪器来将保护层固定。另一个可能性是，将电绝缘及绝热材料的带围绕风力涡轮机叶片的整个外周进行缠绕。
该保护物对高达至少200℃温度的热破坏可特别具有耐抗性。此外，保护层可包括陶瓷或聚合物，例如，聚四氟乙烯。
风力涡轮机叶片可包括后缘，且保护层可在后缘方向上比在其它方向上延伸得更远。优选地，保护层可以对在接闪器至少10cm以内的叶片表面进行覆盖。有利地，保护层对温度高达至少200℃的热破坏可具有耐抗性。
由热保护材料层对风力涡轮机叶片表面进行覆盖，有效地保护了下面的叠层的表面免于焦化，该焦化会将叶片的结构部件暴露给自然环境，并导致叶片的逐渐耗损。
附图说明
由以下结合附图的实施例描述，本发明更多的特征、特性和优点将变得清楚明白。所描述的特征无论单独还是彼此相互组合时，都是有利的。
图1以俯视图示意性示出了风力涡轮机叶片。
图2以截面图示意性示出了创造性的风力涡轮机叶片的一部分。
图3以截面图示意性示出了创造性的风力涡轮机叶片的另一个变型方案的一部分。
具体实施方式
现在，将参照图1和图2对本发明的第一实施例进行描述。图1以俯视图在由叶片的翼展和叶片的弦所限定的平面上示意性示出了风力涡轮机转子叶片。图1示出了风力涡轮机叶片10，就像叶片平常被用在三叶片转子中那样。不过，不应当将本发明限制为用于三叶片转子的叶片。实际上，还可以将本发明实施在其它转子中，例如，单叶片转子或者双叶片转子。
图1中所示的转子叶片10包括具有圆柱形轮廓的根部13、尖端12、前缘19以及后缘11。尖端12形成了叶片10的最外部分。根部13的圆柱形轮廓用于将叶片10固定到转子毂的支承部。转子叶片10进一步包括所谓的肩部14，将该肩部14定义为叶片的最大轮廓进深的所在，即叶片的最大弦长。翼型部分15在肩部14和尖端12之间延伸，该翼型部分15具有空气动力学形状的轮廓。过渡部分17在肩部14和圆柱形根部13之间延伸，在该过渡部分17中实现从翼型部分15的空气动力学轮廓到根部13的圆柱形轮廓的过渡。
图2以截面图示意性示出了创造性的风力涡轮机叶片的一部分。风力涡轮机叶片包括芯部材料5，其形成风力涡轮机叶片的内部部分。风力涡轮机叶片还包括叠层结构2，其形成风力涡轮机叶片的外部部分。将保护层1安装在叠层2的表面的槽口部分6中，该保护层1形成为PTFE或陶瓷的盘片。由接闪器3将保护层1固定。将接闪器3栓接在金属支撑件4上。金属支撑件4被叶片的玻璃纤维叠层2和各种芯部材料5所围绕。在该实施例中，将支撑件4集成在叶片的叠层结构内，而在已经完成模制叶片之后就安装保护层1的盘片以及接闪器3。在图2中没有示出将电流接地的导体。
保护层1的盘片无需具有任何特定的形状，但是应当对在接闪器3至少10cm以内的叶片表面进行覆盖，并且可能在后缘11的方向上延伸得更多。
现在，将参照图1和图3对本发明的第二实施例进行描述。对与第一实施例的元件相对应的元件将采用相同的附图标记进行标示，并且不再详细描述。
图3以截面图示意性示出了该创造性的风力涡轮机叶片的一部分。在图3中，保护层1的盘片在叶片制造期间就包含在层叠内。这样，保护层1的盘片就变成了玻璃纤维叠层2连同芯部材料5及支撑件4的集成部分。在已经完成模制叶片之后安装接闪器3。同样，在图3中没有示出将电流接地的导体。保护层1的盘片无需具有任何特定的形状，但是应当对在接闪器至少10cm以内的叶片表面进行覆盖，并且可能在后缘11的方向上延伸得更多。
在两个实施例中，保护层1对叶片表面及下面的叠层进行保护，以防由于闪电冲击而造成的温度增高。

Claims (12)

1.一种包括至少一个接闪器(3)的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，风力涡轮机叶片(10)的靠近所述接闪器(3)的至少部分表面被包括电绝缘及绝热材料的保护层(1)所覆盖，所述风力涡轮机叶片(10)包括玻璃纤维叠层(2)，并且所述保护层(1)是所述玻璃纤维叠层(2)的集成部分，其中所述保护层(1)包括陶瓷或聚四氟乙烯。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述保护层(1)对至少200℃的温度的热破坏具有耐抗性。
3.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述风力涡轮机叶片(10)包括后缘(11)，且所述保护层(1)在所述后缘(11)的方向上比在其它方向上延伸得更多。
4.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述保护层(1)对靠近所述接闪器(3)至少10cm的所述叶片(10)表面进行覆盖。
5.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述保护层(1)包括至少一个具有用于所述接闪器(3)的开口的部位。
6.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述保护层(1)包括围绕所述叶片(10)的整个外周进行缠绕的带。
7.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述风力涡轮机叶片(10)包括尖端(12)，并且所述保护层(1)包括适配在整个所述尖端(12)上的罩帽。
8.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片(10)，其特征在于，所述保护层(1)包括至少一个用于所述接闪器(3)的开口。
9.一种用于对风力涡轮机叶片(10)的靠近接闪器(3)的表面进行保护以防由于闪电冲击而造成温度增高的方法，其特征在于，采用包括电绝缘及绝热材料的保护层(1)覆盖所述风力涡轮机叶片(10)的至少部分表面，以及将所述保护层(1)集成在所述风力涡轮机叶片(10)的叠层结构(2)内，其中所述保护层(1)包括陶瓷或聚四氟乙烯。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述保护层(1)粘接在所述风力涡轮机叶片(10)的表面上。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将所述保护层(1)安装在所述风力涡轮机叶片(10)的表面的槽口部分(6)中，并且通过接闪器(3)将所述保护层(1)固定。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将电绝缘及绝热材料制成的带围绕所述风力涡轮机叶片(10)的整个外周进行缠绕。
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