CN102691630A - 一种风力涡轮机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种部分变桨距风力涡轮机叶片，其中，叶片的浆距系统用作雷电接收器。由于桨距系统相对大的尺寸，能够分散雷击的影响而不造成损坏，并且不需要通常用于在桨距系统周围或远离桨距系统传导雷电的附加叶片特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机叶片，特别是涉及一种具有雷电传导装置的部分变桨距风力涡轮机叶片。
背景技术
桨距系统普遍用于风力涡轮机叶片，以允许风力涡轮机的片段相对于叶片处的气流俯仰。桨距系统通常包括中空圆柱结构，该中空圆柱结构具有第一桨距片段和第二桨距片段，以及设于轴承跑道或滚子和多个设于该轴承跑道内的滚珠轴承，该轴承跑道位于第一和第二桨距片段之间的界面处。轴承允许桨距系统的第一桨距片段相对于第二桨距片段旋转。
参见图1，现有技术的部分变桨距风力涡轮机叶片的放大部分总体上用10指示。该叶片包括第一叶片片段12和第二叶片片段14，该第一和第二叶片片段12，14通过设于叶片10的桨距接头处的桨距系统16联接在一起，该桨距系统16位于第一和第二叶片片段12，14邻近末端之间。因此，该第二叶片片段14通过桨距系统16能够相对于第一叶片片段12俯仰。
从专利号为EP2031245的欧洲专利可知，部分变桨距风力涡轮机叶片包括内叶片延伸件片段和外叶片延伸件片段，其中，该外叶片延伸件片段通过桨距系统联接于该内叶片延伸件片段，使得外叶片延伸件片段能够相对于内叶片延伸件片段俯仰。
由于桨距系统是风力涡轮机构造的关键部件，保护桨距系统16免受风力涡轮机叶片10上雷击的破坏性影响的标准程序通常是通过在第一和第二叶片片段12，14上布置雷电接收器，以吸引雷击使其远离桨距系统。
公开号为No.101793240A的中国专利申请公开了一种设置于叶片表面外部的雷电接收器，以及雷电引下导体，该导体由软电线提供，该软电线线路穿过设于叶片根部的桨距系统的内部，远离桨距系统轴承。需要非常小心的是，为了确保雷电不与桨距系统本身接触，通过布置雷电引下导体，使得雷电与桨距系统间隔开。然后，雷电引下导体可连接于风力涡轮机塔架或直接连入地面，以分散雷击。
为了确保雷电不接触叶片的结构部分，在专利号为EP2243955的欧洲专利中应用了同样的技术启示，其中，整流罩应用至翼部，并且连接于地面电缆或雷电引下导体，以保护或防护两段式叶片的金属接头。
用于部分变桨距转子叶片的进一步改造，包括在邻近桨距系统的叶片片段中布置雷电接收器，和/或在桨距系统周围设置法拉第笼，以保护包含的部件，同样也为任何雷电引下导体设定路线来避开桨距系统本身。这种方法导致风力涡轮机叶片生产中出现额外步骤，导致了成本、生产耗费等等的增加。
本发明的目的是提供一种部分变桨距风力涡轮机叶片，该叶片不需要这样的结构特征来为桨距系统提供保护，使其不受雷击影响。
发明内容
这一目的是通过一种部分变桨距风力涡轮机叶片来实现的，该叶片包括内叶片延伸件片段、外叶片片段和桨距系统，所述外叶片片段通过所述桨距系统联接于所述内叶片延伸件片段，使得所述外叶片片段能够相对于所述内叶片延伸件片段俯仰，其中，所述桨距系统包括至少一个导电元件，并且其中，所述部分变桨距叶片包括联接于所述桨距系统的雷电引下导体，并且其中，所述桨距系统的所述至少一个导电元件在所述桨距系统的外表面设置为雷击直接可见的，因此用作所述部分变桨距风力涡轮机叶片的雷电接收器。
“直接可见的”理解为，导电元件的电导率高于叶片周围部分的电导率。在优选的实施例中，这相当于具有眼睛也可见的导电元件。
通过设置对雷击直接可见的桨距系统的导电元件，一方面的理解是，导电元件具有接闪点。该接闪点会吸引雷击。
更优选地，所述桨距系统的至少一个导电元件在所述桨距系统的外表面具有接闪点。
一个实施例中，叶片片段用相对弱的导体制作，例如玻璃纤维，并且导电元件用铝制作。这种实施例中，导电元件对雷击明显可见，并且导电元件会吸引雷击。
另一个实施例中，导电元件用钢铁制作，叶片片段用电导率高于玻璃纤维的碳材料制作。同样，导电元件对雷击可见。
另一个实施例中，导电元件用涂层涂覆，该涂层类似于叶片片段的涂层或表面。该涂层可穿孔，使得部分导电元件对雷击直接可见。
另一个实施例中，制备导电元件，使得桨距系统中的导电元件表面的电导率高于叶片的电导率。因此，导电元件对雷击直接可见。
因此，桨距系统本身是雷电接收器，该接收器不需要为桨距系统提供保护使其免受雷击影响的结构特征。
根据一种可选择的实施方式，提供一种部分变桨距风力涡轮机叶片，该叶片包括内叶片延伸件片段，外叶片片段和桨距系统，所述外叶片片段通过所述桨距系统联接于所述内叶片延伸件片段，使得所述外叶片片段能够相对于所述内叶片延伸件片段俯仰，其中，所述桨距系统包括至少一个导电元件，并且其中，所述部分变桨距叶片包括联接于所述桨距系统的雷电引下导体，所述桨距系统用作所述部分变桨距风力涡轮机叶片的雷电接收器。
通过将桨距系统本身用作雷电导体，并且将雷电引下导体直接连接于桨距系统，不再需要在部分变桨距叶片的桨距接头周围设置单独的雷电接收器。这提供了更简化的部分变桨距叶片的结构，该结构不需要在桨距系统附近设置相对复杂的保护元件和线路。随后可设置雷电引下导体，联接于任何合适的设于风力涡轮机塔架结构中的导电元件，用于接收和分散雷击。
优选地，所述导电元件是桨距系统的静止部分中的一部分。
可以理解的是，桨距系统的静止部分是不俯仰部分。通常，相对于内叶片延伸件片段静止。
因此，雷击可非常容易地并且沿最短线路被转移至雷电引下导体。
优选地，雷电引下导体包括设于内叶片延伸件片段的第一雷电导体和设于外叶片片段的第二雷电导体，每个第一雷电导体和第二雷电导体均连接至桨距系统。
因此，雷击可从外叶片片段经由第二雷电导体，穿过桨距系统，传导至内叶片延伸件片段中的第一雷电导体，用于进一步分散。
优选地，桨距系统具有桨距系统的内桨距片段和外桨距片段，其中，内桨距片段和外桨距片段导电地连接。
可推断得出的是，需要建立用于传导电流，能量密度和电荷的连接。
优选地，桨距系统是大体上圆形的桨距系统，其直径至少为2米。进一步优选地，桨距系统直径约为2.4米。
由于桨距系统尺寸增加，这允许桨距系统更有效地用作雷电接收器，在沿着风力涡轮机叶片的长度方向的某一点处设置的巨大的导电材料。
桨距系统增加的尺寸允许桨距系统的元件有效地传导所需要的电流、能量密度和电荷。
优选地，所述至少一个导电元件围绕所述桨距系统的外圆周表面设置，其中，所述桨距系统的外圆周表面的面积至少为0.5平方米。
相对大的暴露表面积提供良好的接触点，以接收和吸收雷击。暴露面积用公式Area(面积)＝2πrh计算(r是桨距系统半径，h是桨距系统暴露片段的高度)。对于直径约2.4米的桨距系统，具有的暴露片段宽度约为10厘米，暴露面积约为0.75m2。
由于桨距系统具有这种级别的暴露面积，接收面积对雷击是可见的，并且增加雷电攻击暴露面积的可能性。
进一步，随着面积的旋转，该面积的一部分也将在不同的旋转角度暴露。
优选地，所述桨距系统包括多个设于至少一个桨距系统跑道中的轴承，其中，选择所述轴承和所述跑道表面之间的表面接触面积，以引导雷击穿过桨距系统，而不损坏桨距系统部件。
该选择可通过关于导电材料和连接的常识或通过咨询雷电保护的标准参考文献而完成。参考文献包括国际电工委员会(IEC)标准。见以下。
因此，根据当前IEC标准对于一段时间内雷击的特定预期，可选择轴承和所述跑道表面之间的接触面积，以传导＜200kA的电流。
该标准可随时间而变化，并且本领域的技术人员可选择材料并且配置接触面积，以传导需要的电流。
本领域的技术人员甚至可进行特定配置的实验，以确保电流可穿过。
采用同样的原理，本领域的技术人员能够选择材料并且配置接触面积，以确保＜200kA的电流，约10MJ/Ω的比能或约300C的电荷能够减轻。
由于桨距系统的尺寸增加，桨距系统的轴承和桨距系统中的跑道表面之间的接触面积足够大，使得接收到来自桨距系统上雷击的电荷有效穿过，而不损坏桨距系统组件。
这是从桨距系统轴承尺寸和传统材料例如钢铁具有导电性质的事实得出，该导电性质提供减轻需要的电流，比能和电荷的必要导电性质。
优选地，桨距系统包括四点接触轴承。
优选地，所述至少一个导电元件包括设于所述桨距系统外表面的凸出组件。
桨距系统外表面上设置的凸出组件用作雷电放电的吸引物，确保雷电攻击桨距系统，而不是风力涡轮机叶片的邻近片段。
优选地，所述叶片包括多个绕所述桨距系统外表面均匀间隔的凸出组件。
通过在桨距系统上设置一排凸出组件，确保雷电总是被引至桨距系统接收器，而不论风力涡轮机叶片的方向和/或俯仰。
优选地，所述至少一个导电元件包括设于所述桨距系统上的避雷针(或者富兰克林棒)。
优选地，所述部分变桨距叶片包括至少一个设于所述桨距系统的壳组件，其中所述至少一个导电元件导电地与至少一个导电组件联接，该至少一个导电组件设于所述至少一个壳组件的外表面上。
在桨距系统处设置外壳，可防止由于污垢、水汽等进入桨距系统内部而损坏桨距系统。桨距系统可导电地联接于外壳外部，用作合适的风力涡轮机叶片的雷电接收器。
优选地，所述壳组件在所述桨距系统处提供空气动力学剖面。
由于外壳在桨距接头处提供空气动力学剖面，这进一步降低了风力涡轮机叶片在桨距接头处经受的任何可能的空气动力学损失，因而提高叶片效率。
优选地，所述壳组件包括至少一个设于所述外壳外部的雷电接收器，所述至少一个雷电接收器导电地联接于所述桨距系统。
优选地，所述壳组件用于桥连接所述内叶片延伸件片段和所述外叶片片段的邻近末端之间形成的间隙。优选地，所述壳组件朝所述部分变桨距风力涡轮机叶片的后缘凸出。优选地，所述壳组件包括至少一个设于所述风力涡轮机叶片的后缘处的雷电接收器。
优选的，所述叶片包括至少一个设于所述桨距系统处的失速栅，其中，至少一个雷电接收器设于所述失速栅的远端，所述失速栅雷电接收器导电地联接于所述桨距系统以及所述雷电引下导体。
失速栅是设于叶片表面上的凸出部或栅栏，通过阻止顺翼展方向的气流，可用于阻止叶片的不同片段同时进入失速。在内叶片片段和外叶片片段之间的桨距接头处使用失速栅，可阻止不同片段之间的气流干扰，因此可允许不同叶片片段具有不同的失速特性。
优选地，所述失速栅大体上覆盖了所述内叶片延伸件片段和所述外叶片片段的邻近末端之间形成的间隙。
优选地，部分变桨距风力涡轮机叶片至少50米长。优选地，叶片约60米长，其中内叶片延伸件约20米长，外叶片片段约40米长。
优选地，第二雷电导体具有连接于桨距系统的松弛部或柔性部。因此，外叶片片段可俯仰，并且第二雷电导体被设置为以耐用方式运作。
还提供一种变桨距风力涡轮机，其包括至少两个如上所述的部分变桨距叶片。
本领域技术人员已知国际电工委员会标准中公开的引用标准。这些标准包括IEC61400-24，IEC61643-12和部分IEC62305。这些引用标准是起点，本领域技术人员能够实行雷电暴露评估。
同样地，本领域技术人员能够根据国家标准和规定要求的不同来修改或设计。因此，本领域技术人员仅使用用于特定国家的同等标准。
虽然有不同和不确定性，可能的是，在20年期间，每个叶片会经历约50次雷电放电，峰值电流范围的分布从＜200kA到＜3kA，比能10MJ/Ω到0.002MJ/Ω，电荷300C到10C。
为满足标准，对导体的合适材料和尺寸给出标准，或者可用作起点。所以如果本领域技术人员想要使用不锈钢元件，标准(例如IEC61400-24表C.1)会列出不同的配置(钢带、圆钢、多股钢)，不同标称的截面积以及要求的最小厚度/直径等。
附图说明
现在将描述本发明的实施例，仅通过举例方式，参考相应的附图，其中：
图1是现有技术的部分变桨距风力涡轮机叶片的桨距接头的放大视图；
图2是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机叶片的第一实施例的桨距接头的放大视图；
图3是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机叶片的第二实施例的桨距接头的放大视图；
图4是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机叶片的第三实施例的桨距接头的放大视图；
图5是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机叶片的第四实施例的桨距接头的放大视图；
图6是用于本发明的桨距系统的透视图；和
图7是图6的桨距系统的部分截面图；
图8是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机叶片的实施例中的桨距接头的放大视图。
具体实施方式
如上所述，图1示出现有技术的部分变桨距风力涡轮机叶片10的桨距接头16的放大视图，该叶片10具有内叶片延伸件片段12和外叶片片段14。
参见图2，部分变桨距风力涡轮机叶片片段用20指示。叶片20包括内叶片延伸件片段22和外叶片片段24，外叶片片段24通过桨距系统26联接于所述内叶片延伸件片段22。设置叶片20，使得通过使用桨距系统26，外叶片片段24能够相对于内叶片延伸件片段22俯仰。
桨距系统26包括大体上圆形的主体，该主体具有内片段26a和邻近的外片段26b。内、外桨距片段26a，26b通过设于至少一个滚珠轴承滚子或滚珠轴承跑道(未示出)中的多个滚珠轴承联接，所述滚珠轴承允许外桨距片段26b相对于内桨距片段26a俯仰。使用中，内叶片延伸件片段22安装于桨距系统26的内桨距片段26a，外叶片片段24安装于桨距系统26的外叶片片段26b。
优选地，桨距系统26包括四点接触轴承，也即是，滚珠轴承在四个点接触跑道的表面。可以理解的是，桨距系统26可包括多个轴承滚子或轴承跑道。
为促进外叶片片段24俯仰，在叶片片段22，24之间限定一个间隙，桨距系统26桥连接叶片片段22，24之间的所述间隙。因此，桨距系统26的一部分外表面27暴露于叶片片段22，24之间的间隙中。
桨距系统26用导电材料成型，使得桨距系统26暴露的外表面27用作风力涡轮机叶片20的雷电接收器。由于本发明的桨距系统26可是相对巨大的，巨大的导电材料为雷击提供了强烈的吸引。
叶片20进一步包括设于叶片20的内叶片延伸件片段22中的第一雷电引下导体(用虚线28指示)和设于叶片20的外叶片片段24中的第二雷电引下导体(用虚线30指示)。雷电引下导体28，30能够传导雷击穿过风力涡轮机叶片内部，到达连接的风力涡轮机塔架和/或地面。
图2的实施例中，设置第一雷电引下导体28，使得导体28的第一末端28a直接导电地联接于桨距系统26主体的内桨距片段26a，导体28的第二末端(未示出)位于风力涡轮机叶片20的根部。第一雷电引下导体28的第二末端设置为合适地连接设置在风力涡轮机塔架结构中的导电装置，以吸收雷击。
类似地，设置第二雷电引下导体30，使得导体30的第一末端30a直接导电地联接于桨距系统26主体的外桨距片段26b。在叶片20的外叶片片段24中进一步设置第二雷电引下导体30，使得第二引下导体30的第二末端(未示出)联接至设于外叶片片段24顶端的雷电接收器。
桨距系统26在有雷击的情况下，雷电被传导穿过桨距系统26的主体，到达第一雷电引下线28，随后传导至更大的风力涡轮机结构，从而将雷击安全分散至地面。
一些场合中，雷击可在叶片20的外叶片片段24上的位置发生，例如，在设置于外叶片片段24顶端的雷电接收器处，雷击从雷电接收器传导，穿过第二雷电引下导体30，至桨距系统26的外桨距片段26b。然后，雷击传导穿过桨距系统26的主体，至桨距系统26的内桨距片段26a，并且向下穿过第一雷电引下导体28，到达风力涡轮机塔架。
因此，桨距系统26本身可用作雷电接收器和/或风力涡轮机叶片20的雷电传导系统的一部分。这与现有技术的系统相反，现有技术的系统寻求保护桨距系统，免受雷击影响，例如，通过阻止桨距系统上的直接雷击和/或设置路线引导雷电远离桨距系统或环绕桨距系统。本发明这种方式桨距系统26的使用，提供了风力涡轮机叶片20的一种更简化的设计，致使成本降低，生产相对更简单。
优选地选择桨距系统26，使得桨距系统26可吸收雷击影响，而不损坏桨距系统部件。因此，桨距系统26是相对大的结构，设置包含的轴承和轴承滚子，以抵御穿过桨距系统26的雷击。
优选地，桨距系统26具有至少2米的直径，更加优选地，约为2.4m。预选的，选择设于叶片片段22，24之间的桨距接头处的间隙，使得桨距系统26有足够的表面积暴露于雷击。优选地，该间隙至少10厘米宽。
可以理解的是，这种大桨距系统26在桨距系统结构中滚珠轴承和轴承滚子表面之间提供足够的接触面积，以让雷击穿过而不损坏桨距系统26主体。
风力涡轮机叶片20也可包括多个设于叶片片段22，24的外表面上的次级雷电接收器32，所述雷电接收器32导电地连接于所述第一和第二雷电引下导体28，30。
现在参考图3-5，描述了图2的叶片20的进一步的实施例和增强效果，并且分别用20a，20b，20c指示。为了表述清楚，恰当时会再次使用同样的标号。更进一步，第一和第二雷电引下导体和次级雷电接收器没有在图3-5中示出，但可以理解的是，根据本发明，类似的导电元件可设于风力涡轮机叶片的每个实施例中。可以理解的是，每个实施例中描述的特征可单独使用，或结合其他实施例的特征使用。
图3中，风力涡轮机叶片20a包括多个设于桨距系统26的外表面27上的成形凸出组件34。凸出组件34用导电材料成型，并且用于吸引雷击(用35指示)至桨距系统26。图3中，第一组凸出组件34a设于内桨距片段26a的表面上，第二组凸出组件34b设于外桨距片段26b的表面上。凸出组件34a，34b环绕桨距系统26表面等间距布置，以确保凸出组件的平等分布，而不论桨距系统26的外桨距片段26b的桨距角。
图3中示出的实施例中，凸出组件34a，34b大体上为圆锥形，可以理解的是，任何合适形状的凸出组件都可用于吸引雷电。
图4中，风力涡轮机叶片20b包括一对设于桨距系统26表面的避雷针36(也称为富兰克林棒)。避雷针36成形是为了吸引雷击直接击至桨距系统26，并且该避雷针36导电地联接于桨距系统26的表面27。图4中，第一避雷针36a邻近内叶片延伸件片段22设置，第二避雷针36b邻近外叶片片段24设置。然而，可以理解的是，任何数量或任何布置的避雷针都可使用。进一步，可以理解的是，任何合适形状的避雷针或富兰克林棒都可设置于桨距系统26。
图5中，风力涡轮机叶片20c包括一对设于叶片片段22，24之间的桨距接头处的壳元件38a，38b。图5中示出的壳元件38a，38b设置用于覆盖桨距系统26(图5中示出轮廓)，并且进一步延伸入叶片片段22，24后缘之间的间隙，但是，可以理解的是，可设置任何合适形状的壳元件38a，38b，例如，壳元件38a，38b可仅绕桨距系统26设置，或者仅在叶片片段22，24后缘之间的间隙处设置。
壳元件38a，38b可用于桥连接设于叶片片段22，24之间的桨距接头处的间隙，并因此降低形成于桨距接头的空气动力学损失，例如，由于顶端损失，和/或从风力涡轮机叶片20c的压力侧至吸力侧的空气泄漏。壳元件38a，38b联接于桨距系统26，使得第一壳元件38a联接于内桨距片段26a，第二壳元件38b联接于外桨距片段26b。
在壳元件38a，38b的外部设置多个雷电接收器40，41，雷电接收器40，41导电地联接于桨距系统26的主体。当雷击至雷电接收器40，41时，雷电从接收器40，，41传导至桨距系统26的主体，并且从那里经由雷电引下导体(未示出)传导至更大的风力涡轮机结构和地面。
图5中示出的实施例中，多个雷电接收器40设于桨距系统26的邻近位置，附加接收器41设于位于风力涡轮机叶片20c的后缘处的壳元件38a，38b上。然而，可以理解的是，在壳元件38a，38b上可使用任何布置的雷电接收器40，41，例如，接收器40可绕整个壳元件主体均匀间隔地布置。
图5的实施例中，壳元件38a，38b成形为具有空气动力学翼部剖面，该空气动力学翼部剖面与邻近叶片片段22，24的剖面大体上相对应。可以理解的是，壳元件38a，38b可包括任何合适的翼部剖面，在桨距接头处使用。额外地或可选择地，可以理解的是，壳元件38a，38b可成形为提供一围绕桨距系统26的密封件，以阻止水分和/或污垢进入桨距系统内部。
可以理解的是，上述的凸出组件34a，34b；避雷针36a，36b；以及壳元件雷电接收器40，41均设置为穿过桨距系统26的主体，导电联接于包含的雷电引下导体28，30，以允许雷击从桨距系统26传导至更大的风力涡轮机结构和地面。
进一步的实施例可采用至少一个设于桨距系统26处的失速栅(未示出)，其从叶片20，20a，20b，20c的表面凸出，至少部分在所述桨距系统26之上。失速栅用于阻止沿叶片表面的顺翼展方向的气流，并且可额外地用于覆盖内、外叶片片段22，24的邻近末端之间的间隙。至少一个雷电接收器设于失速栅的上端部，失速栅雷电接收器穿过桨距系统26的主体，导电地联接于雷电引下导体28，30。相对于邻近叶片表面，提高这种失速栅雷电接收器的高度，可加强对雷击的吸引，该雷击随后可直接穿过包含的桨距系统，传导至联接的雷电引下导体。
用于本发明叶片中的桨距系统的实施例在图6和7中用126指示。桨距系统126包括内桨距环128和外桨距环130。内桨距环128的直径比外桨距环130小，但其与外桨距环130是同心的圆环，使得桨距系统126具有组合的圆环结构。使用中，部分变桨距叶片(相对较宽)的内叶片延伸件片段联接于桨距系统26的外桨距环130，并且，相应的外叶片片段(相对较窄)联接于内桨距环128。
参见图7的截面图，桨距系统126包括两个邻近的设于跑道134中的轴承滚子132a，132b，该跑道134位于内桨距环128和外桨距环130之间的表面界面处。桨距系统126被设置在轴承132a，132b和桨距环128，130的表面之间，提供足够的接触面积，以安全地传导雷击穿过桨距系统126主体，而不损坏桨距系统126。
所述风力涡轮机叶片20，20a，20b，20c的使用中，内叶片延伸件22的根部(未示出)安装于风力涡轮机的转子轮毂，转子轮毂设于风力涡轮机塔架顶部的机舱处。转子轮毂设置为在所述机舱上旋转，其中，外叶片片段24可相对于内叶片延伸件22俯仰，以控制风力涡轮机运行(有效调节外叶片片段处的气流攻角)。
图8示出根据本发明的部分变桨距叶片20的实施例的一部分。部分变桨距叶片包括通过桨距系统26联接的内叶片延伸件片段22和外叶片片段24。设置变桨距叶片，使用桨距系统26，使得外叶片片段24能够相对于内叶片延伸件片段26俯仰。
所示出的实施例中，内叶片延伸件片段22可理解为静止的，外叶片片段24是可俯仰的。
桨距系统26具有作为自然接闪点的外表面27。该外表面27对雷击35直接可见(图中未示出)。外表面27是可导电的。
外表面27电气连接于第一雷电引下导体28。
这个实施例中，至少一部分第一雷电引下导体28成型为雷电引下管28a。雷电引下管28a是可导电的。
雷电引下管28a遮盖电缆50，该电缆50在这个实施例中是光缆50’，其连接于传感器、致动器或其他传感器-电机设备52。
第二雷电导体30具有松弛部或柔性部30a，该松弛部或柔性部30a以一种方式连接于桨距系统26，使得第一和第二雷电导体28，30导电地连接。松弛部或柔性部30a设置为允许外叶片片段24俯仰。
可以理解的是，本发明可应用至包括任何数量的部分变桨距叶片的风力涡轮机。本发明对双叶片部分变桨距风力涡轮机特别有利，当双叶片风力涡轮机的旋转导致叶片方向大体上水平时，叶片相对大的桨距系统可能是风力涡轮机最吸引的暴露导电元件，因此最可能接收雷击。这种系统中，叶片桨距系统作为雷电导体使用，并因此联接于雷电引下导体，提供了相对简单和有效的叶片结构。
可以理解的是，本发明可用于组合任何其他合适的未在相应附图中示出的雷电接收装置，例如，设于风力涡轮机叶片外远端的雷电接收器，设于风力涡轮机塔架和机舱上端部的雷电接收器等等。
本发明不限于本文描述的实施例，并且在不脱离本发明的范围内，可以修改或适用。
Claims (15)
1.部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其包括内叶片延伸件片段(12，22)，外叶片片段(14，24)和桨距系统(16，26)，所述外叶片片段(14，24)通过所述桨距系统(16，26)联接于所述内叶片延伸件片段(12，22)，使得所述外叶片片段(14，24)能够相对于所述内叶片延伸件片段(12，22)俯仰，其中，所述桨距系统(16，26)包括至少一个导电元件，并且其中，所述部分变桨距叶片(10，20)包括联接于所述桨距系统的雷电引下导体(28，30)，并且其中，所述桨距系统(16，26)的所述至少一个导电元件在所述桨距系统(16，26)的外表面(27)设置对雷击(35)直接可见的，因此用作所述部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)的雷电接收器。
2.如权利要求1所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述导电元件是所述桨距系统(16，26)的静止部分的一部分。
3.如权利要求1或2所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，雷电引下导体(28，30)包括设于内叶片延伸件片段(12，22)的第一雷电导体(28)和设于外叶片片段(14，24)的第二雷电导体(30)，每个第一和第二雷电导体(28，30)连接至所述桨距系统(16，26)。
4.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述桨距系统(16，26)具有桨距系统(16，26)的内桨距片段(26a)和外桨距片段(26b)，其中，内和外桨距片段(26a，26b)导电地连接。
5.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述桨距系统(16，26)为直径至少2米的大体圆形的桨距系统(16，26)。
6.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述至少一个导电元件绕所述桨距系统(16，26)的外圆周表面设置，其中，所述桨距系统(16，26)的外圆周表面的面积至少为0.5平方米。
7.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述桨距系统(16，26)包括多个设于至少一个桨距系统跑道(134)中的轴承(132)，其中，选择所述轴承(132)和所述跑道(134)表面之间的表面接触面积，以穿过所述桨距系统(16，26)传导雷击，而不损坏所述桨距系统(16，26)部件。
8.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述至少一个导电元件包括设于所述浆距系统(16，26)的外表面上的凸出组件(34)。
9.如权利要求8所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述叶片包括多个绕所述桨距系统(16，26)外表面均匀间隔的凸出组件(34)。
10.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述至少一个导电元件包括设于所述桨距系统(16，26)上的避雷针。
11.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述部分变桨距叶片包括至少一个设于所述桨距系统(16，26)的壳组件(38)，其中，所述至少一个导电元件导电地与至少一个导电组件(40，41)联接，所述至少一个导电组件(40，41)设于所述至少一个壳组件(38)的外表面上。
12.如权利要求11所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述壳组件(38)在所述桨距系统(16，26)处提供空气动力学剖面。
13.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述叶片(10，20)包括至少一个设于所述桨距系统(16，26)的失速栅，其中，至少一个雷电接收器(40，41)设于所述失速栅的远端，所述失速栅雷电接收器(40，41)导电地联接于所述桨距系统(16，26)以及所述雷电引下导体(28，30)。
14.如以上任一权利要求所述的部分变桨距风力涡轮机叶片(10，20)，其特征在于，所述第二雷电导体(30)具有连接于所述桨距系统(26)的松弛部或柔性部(30a)。
15.一种部分变桨距风力涡轮机，包括至少两个如权利要求1-14中任一权利要求所述的部分变桨距叶片(10，20)。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106224158A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-14 | 广州科技职业技术学院 | 变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机 |
| CN109113927A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-01 | 深圳众城卓越科技有限公司 | 提高风电变桨系统可靠性的非一致性伺服控制系统 |
| CN109891092A (zh) * | 2017-07-11 | 2019-06-14 | 保利泰克有限公司 | 用于风力涡轮机叶片上的雷击的位置检测的雷电检测和测量系统及方法 |
| CN115788801A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-03-14 | 南京信息工程大学 | 一种风电机组扇叶防雷击设备 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2674156T3 (es) | 2012-06-04 | 2018-06-27 | Lm Wind Power International Technology Ii Aps | Sistema de derivación de rayos de pala de turbina eólica |
| US10427363B2 (en) * | 2013-02-13 | 2019-10-01 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade having a lightning protection system and method of making the same |
| US9297357B2 (en) * | 2013-04-04 | 2016-03-29 | General Electric Company | Blade insert for a wind turbine rotor blade |
| EP3130800B8 (de) * | 2015-08-10 | 2018-04-18 | Nordex Energy GmbH | Windenergieanlagenrotorblatt mit einer funkenstrecke |
| CN112888852A (zh) * | 2018-10-25 | 2021-06-01 | Lm风力发电公司 | 用于风力涡轮机叶片的雷电防护 |
| EP3736443A1 (en) * | 2019-05-09 | 2020-11-11 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Blade for a wind turbine and wind turbine |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2031245A2 (de) * | 2007-09-03 | 2009-03-04 | Daubner & Stommel GbR Bau-Werk-Planung | Rotorblatt sowie Windenergieanlage |
| CN101603504A (zh) * | 2008-06-13 | 2009-12-16 | 通用电气公司 | 风力涡轮机入流角监测和控制系统 |
| CN101793240A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-08-04 | 太原重工股份有限公司 | 一种风电机组的避雷装置 |
| CN101871436A (zh) * | 2009-04-22 | 2010-10-27 | 歌美飒创新技术公司 | 用于组合式叶片的闪电保护系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK173607B1 (da) * | 1999-06-21 | 2001-04-30 | Lm Glasfiber As | Vindmøllevinge med system til afisning af lynbeskyttelse |
| DK174318B1 (da) * | 2000-06-19 | 2002-12-02 | Lm Glasfiber As | Vindmølle til stall-reguleret vindmølle og som omfatter et eller flere organer i form af flapper eller slatter, der er fastgjort til vingen til ændring af dennes profil afhængig af luftens temperatur |
| US6972498B2 (en) * | 2002-05-28 | 2005-12-06 | General Electric Company | Variable diameter wind turbine rotor blades |
| DK177270B1 (da) * | 2002-11-12 | 2012-09-10 | Lm Wind Power As | Lynbeskyttelse af pitchreguleret vindmøllevinge |
| US7377750B1 (en) * | 2004-03-19 | 2008-05-27 | Northern Power Systems, Inc. | Lightning protection system for a wind turbine |
-
2012
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2031245A2 (de) * | 2007-09-03 | 2009-03-04 | Daubner & Stommel GbR Bau-Werk-Planung | Rotorblatt sowie Windenergieanlage |
| CN101603504A (zh) * | 2008-06-13 | 2009-12-16 | 通用电气公司 | 风力涡轮机入流角监测和控制系统 |
| CN101871436A (zh) * | 2009-04-22 | 2010-10-27 | 歌美飒创新技术公司 | 用于组合式叶片的闪电保护系统 |
| CN101793240A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-08-04 | 太原重工股份有限公司 | 一种风电机组的避雷装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106224158A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-14 | 广州科技职业技术学院 | 变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机 |
| CN109891092A (zh) * | 2017-07-11 | 2019-06-14 | 保利泰克有限公司 | 用于风力涡轮机叶片上的雷击的位置检测的雷电检测和测量系统及方法 |
| CN109113927A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-01 | 深圳众城卓越科技有限公司 | 提高风电变桨系统可靠性的非一致性伺服控制系统 |
| CN109113927B (zh) * | 2018-09-18 | 2023-12-29 | 深圳众城卓越科技有限公司 | 提高风电变桨系统可靠性的非一致性伺服控制系统 |
| CN115788801A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-03-14 | 南京信息工程大学 | 一种风电机组扇叶防雷击设备 |
| CN115788801B (zh) * | 2022-12-19 | 2023-08-18 | 南京信息工程大学 | 一种风电机组扇叶防雷击设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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