CN104364520B - 风力涡轮机叶片闪电旁路系统 - Google Patents
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Abstract
描述了一种具有位于叶片的根部端处的闪电旁路系统的风力涡轮机叶片。闪电旁路系统包括由电绝缘材料形成的具有导电芯的撑杆螺栓。撑杆螺栓的传导芯提供了穿过风力涡轮机叶片的根部端至涡轮机转毂或机舱的闪电引下线系统的传导通路,其绕过了风力涡轮机叶片的任何敏感的根部端构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有避雷系统(特别是用于风力涡轮机叶片的闪电旁路系统)的风力涡轮机叶片,以在风力涡轮机叶片中向雷击提供至绕过敏感风力涡轮机构件至地面的通路。
背景技术
风力涡轮机叶片设计中的一个挑战在于提供有效的避雷系统。此系统大体上采用设在叶片的外部上(通常在叶片的末梢端处)的闪电接收体的形式,接收体联接到位于叶片内的闪电引下线上。接收体用作接收雷击,雷击通过引下线传导到叶片根部端上,在该点处,避雷系统联接到设在较大的风力涡轮机塔架结构上的接地线上。
各种不同类型的连接系统对于将闪电引下线连接到叶片根部端处的适合的接地线上是已知的,特别是围绕叶片根部处的任何敏感的叶片构件(例如,变桨系统)传送雷击。一个已知的系统为火花间隙解决方案的系统,其中闪电引下线联接到与叶片根部端间隔开的外部传导板上。柔性臂从风力涡轮机转毂或机舱延伸,且设在外板附近。板与臂中的传导元件之间的火花间隙向雷击提供风力涡轮机叶片中至地面的传导通路,至地面的该通路避开叶片的根部端构件。
德国专利申请号DE 10 2008 045 939中描述了一种备选系统,其公开了一种闪电旁路系统,其中闪电电流可经由叶片根部端处的装固的T形螺栓发送。T形螺栓穿过叶片变桨系统中的孔口进入风力涡轮机转毂的内部空间中,其中闪电电流布置成联接至随后的接地线,例如,经由随后的火花间隙连接。然而,尽管穿过变桨系统的孔口可设有T形螺栓与变桨系统之间的绝缘材料,但此布置的使用将由于湿气进入系统接口之间的空间而存在问题,导致变桨系统构件与至地面的闪电通路之间的人造火花间隙的形成。此火花间隙可在雷击的情况下导致对风力涡轮机系统的相对敏感的构件的破坏。
因此,本发明的一个目的在于提供一种风力涡轮机叶片闪电旁路系统,其可将雷击更有效地传导至地面,而不会破坏敏感的叶片构件。
发明内容
因此,提供了一种用于风力涡轮机叶片的闪电旁路系统,闪电旁路系统包括:
由电绝缘材料形成的至少一个撑杆螺栓或连接器,绝缘撑杆螺栓布置成从风力涡轮机叶片的根部端延伸至风力涡轮机的转毂,其中绝缘撑杆螺栓包括导电材料芯。
闪电旁路系统布置成将闪电电流从风力涡轮机叶片经由所述导电芯传导至风力涡轮机转毂。
通过使用具有传导芯的至少一个电绝缘撑杆螺栓,有可能提供用于风力涡轮机叶片的闪电旁路解决方案,其可相对容易地结合到现有的风力涡轮机叶片设计中,且在使用旁路系统传导雷击时,其具有足够的绝缘性以防止对风力涡轮机叶片的破坏,特别是根部端或风力涡轮机叶片。将理解的是,该系统还可用于从风力涡轮机叶片的根部端传导闪电电流至可设在风力涡轮机转毂上的元件,例如,从风力涡轮机转毂突出的转毂延伸装置。
通过提供围绕穿过撑杆螺栓内部的传导通路的适合的绝缘层,此绝缘撑杆螺栓确保了闪电没有从导电撑杆螺栓芯到风力涡轮机的周围元件的穿越。撑杆螺栓的绝缘效果从位于风力涡轮机叶片的本体内的第一端延伸至第二端,第二端优选明确地突出任何可能的传导安装元件,从而提供了与传导芯经历风力涡轮机的任何传导构件(例如,金属变桨系统)的位置的净距离,从而显著地减小了闪电从传导芯到任何其它传导元件的闪络的可能性。
这相比于现有技术的系统,其中传导螺栓与仅设在传导材料与传导变桨系统之间的较薄的绝缘层一起使用,这并未防止绝缘套筒的边缘处的闪电电流的闪络,且还更易于在相对较薄的绝缘套筒中出故障。
通过撑杆螺栓,将理解的是,其认作是螺栓或用于联接风力涡轮机中的元件的其它适合的连接器。
作为优选,至少一个绝缘撑杆螺栓布置成联接到设在风力涡轮机的转毂处的安装元件上,其中至少一个撑杆螺栓包括嵌入风力涡轮机叶片的根部端中的第一端,以及从所述风力涡轮机叶片的所述根部端突出的第二端,以与所述安装元件联接,其中所述至少一个绝缘撑杆螺栓的所述第二端布置成经由所述安装元件突出,且立在所述安装元件上。
通过布置绝缘撑杆螺栓来延伸穿过转毂侧安装元件,使得绝缘撑杆螺栓的第二端与安装元件间隔开,因此,从撑杆螺栓的第二端闪络到安装元件的风险由于传导元件之间增大的间距而显著减小。此外,还减小了由于湿气进入等引起的构件之间的有效火花间隙形成的可能性。将理解的是,安装元件可包括风力涡轮机叶片与风力涡轮机转子转毂或转毂延伸部之间的任何适合的联接机构,且其可为传导性的,例如,叶片变桨系统、安装凸缘等。
作为优选,传导芯的直径小于包括传导芯的撑杆螺栓的总直径的一半。
通过提供绝缘撑杆螺栓或连接器,其中撑杆螺栓的外绝缘体围绕绝缘芯延伸相对较大的距离,用于雷击的至地面的传导通路的绝缘性质改善,因为撑杆螺栓的绝缘外层故障风险降低。
还提供了一种用于具有大致水平的转子轴的风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片,所述转子包括转毂、所述风力涡轮机叶片在安装到所述转毂上时大致沿径向方向从所述转毂延伸,所述风力涡轮机叶片沿平行于纵轴线的纵向方向延伸,且具有末梢端和根部端,
风力涡轮机叶片还包括仿形轮廓,其包括压力侧和吸入侧,以及前缘和后缘,其具有翼弦,所述翼弦具有在其间延伸的弦长,所述仿形轮廓在由入射空气流冲击时生成升力,
风力涡轮机叶片还包括至少一个闪电接收体,以及螺栓环状部,其包括设在所述根部端处的多个撑杆螺栓,以用于将所述风力涡轮机叶片联接到风力涡轮机转毂上,
其中所述风力涡轮机叶片还包括闪电旁路系统,其包括设在由电绝缘材料形成的所述螺栓环状部中的至少一个撑杆螺栓,撑杆螺栓具有导电材料的芯,撑杆螺栓具有嵌入所述风力涡轮机叶片的根部端中的第一端,以及从所述根部端突出的第二端,
其中所述至少一个撑杆螺栓的导电芯导电地联接到所述至少一个闪电接收体上,所述闪电旁路系统可操作成将由所述导电芯中的所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流传导至风力涡轮机转毂。
由于闪电旁路解决方案可容易地结合到现有风力涡轮机叶片的螺栓环状部中,故可提供安全且可靠的方法来将闪电电流从风力涡轮机叶片的根部端传导,而不破坏叶片的根部端元件。由于传导通路设在电绝缘撑杆螺栓的芯中,故可针对使用柔性绝缘套筒或盖的现有技术的系统改善旁路系统的可靠性。导电芯可连接到设在风力涡轮机转毂中的闪电接地系统上。作为优选,所述至少一个撑杆螺栓的导电芯经由设在风力涡轮机叶片中的闪电引下线或传导线缆传导地联接到所述至少一个闪电接收体上。
作为优选,至少一个绝缘撑杆螺栓布置成联接到设在风力涡轮机的转毂处的安装元件上,其中至少一个撑杆螺栓包括嵌入风力涡轮机叶片的根部端中的第一端,以及从所述风力涡轮机叶片的所述根部端突出的第二端,以与所述安装元件联接,其中所述至少一个绝缘撑杆螺栓的所述第二端布置成经由所述安装元件突出,且立在所述安装元件上。
作为优选,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的至少两个撑杆螺栓,其中所述至少两个撑杆螺栓围绕所述根部端处的螺栓环状部的周边等距间隔开。
闪电旁路系统的总传导性可通过使用多个撑杆螺栓来增大,撑杆螺栓具有在根部端螺栓环状部处的导电芯。不同的传导芯提供用于闪电经由变桨系统传导至地面的单独的传导通路或环路。在此情况下,旁路系统的撑杆螺栓优选围绕螺栓环状部的周边等距间隔开,以便减小由旁路系统的撑杆螺栓经历的负载。
在特别优选的实施例中,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的第一撑杆螺栓和具有导电芯的第二撑杆螺栓,其中所述第一撑杆螺栓和第二撑杆螺栓位于所述根部端处的所述螺栓环状部的相对侧处。
在此系统中,流过旁路系统的各个通路或环路的闪电电流平分,进一步减小了雷击破坏旁路系统的构件的可能性。
作为优选,具有导电芯的所述第一撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的前缘附近的所述的螺栓环状部中,且具有导电芯的第二撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的后缘附近的所述螺栓环状部中。
在风力涡轮机叶片的相对边缘处提供两个间隔开的通路或环路导致作用于撑杆螺栓上的机械负载减小,导致了撑杆螺栓故障的可能性。
作为备选,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的单个撑杆螺栓,其中具有导电芯的所述单个撑杆螺栓位于风力涡轮机叶片的前缘或后缘附近的所述螺栓环状部中。
在这些实施例中,撑杆螺栓或螺栓位于叶片的前缘和/或后缘处,其中由螺栓环状部经历的负载处在最低处,从而确保由闪电旁路解决方案的撑杆螺栓或螺栓经历的负载最小化。
作为优选,所述闪电旁路系统包括设在所述风力涡轮机叶片的根部端中的至少一个叶片根部套管,其中具有导电芯的所述至少一个撑杆螺栓部分地收纳在所述至少一个叶片根部套管中,其中所述至少一个叶片根部套管由电绝缘材料形成。
电绝缘材料的叶片根部套管的使用提供了对由于闪电电流传导穿过旁路系统而可对叶片的根部端引起的任何破坏的附加保护。
作为优选,所述风力涡轮机叶片包括设在所述风力涡轮机叶片的根部端处的变桨系统,所述变桨系统布置成与所示根部端处的所述螺栓环状部的所述多个撑杆螺栓联接,其中具有导电芯的所述至少一个撑杆螺栓延伸穿过所述变桨系统,使得所述闪电旁路系统可操作成将由所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流传导穿过所述变桨系统,在所述导电芯中至风力涡轮机转毂。
当撑杆螺栓的传导芯延伸穿过叶片的变桨系统时,这提供了简单、安全且有效的系统来用于闪电电流从风力涡轮机叶片通过至地面,以绕过叶片变桨系统,而不会破坏变桨系统构件。
作为优选,所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端布置成与设在风力涡轮机叶片转毂中的闪电接地系统联接。作为优选,所述闪电接地系统包括火花间隙系统。
作为优选,所述导电芯从所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端突出。
由于撑杆螺栓的导电芯突出撑杆螺栓的第二端,故这允许了导电芯与转毂中的适合的接地系统的相对容易的连接。
作为优选,闪电旁路系统包括设在所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端处的抗闪络绝缘体。
作为优选,风力涡轮机叶片包括从所述至少一个闪电接收体延伸至连接元件的至少一个内部闪电引下线,所述连接元件从所述风力涡轮机叶片的内部延伸至与所述闪电旁路系统的所述至少一个撑杆螺栓的导电芯的接触点。
在一个实施例中,所述至少一个撑杆螺栓的所述第一端包括由连接到所述导电芯上的传导材料形成的头元件,其中所述连接元件提供成与所述头元件接触来形成从所述至少一个闪电接收体至所述导电芯的传导通路。
作为优选,导电芯的直径与闪电旁路系统的至少一个撑杆螺栓的总直径的比率为大约1:3。
此构造的使用确保了防止绝缘材料中的任何故障或破坏,消除了雷击期间对风力涡轮机构件破坏的机会。大体上,作为优选,对于闪电引下线通路,导电芯(优选铜芯)的面积为至少50mm2。如果实施例中使用两个导电芯,则作为优选,各个单独的导电芯的面积至少25mm2。
在一个实施例中,导电芯的直径大约12mm,且具有导电芯的至少一个撑杆螺栓的总直径为大约36mm。然而,将理解的是,可基于风力涡轮机叶片的结构要求来选择任何适合的大小。
作为优选,所述闪电旁路系统的所述至少一个撑杆螺栓和/或所述叶片根部套管由以下的至少一者形成:塑料材料、玻璃材料、陶瓷材料和/或橡胶材料。作为优选,所述闪电旁路系统的所述导电芯和/或所述头元件由导电金属元件(例如,铜)形成。
还提供了包括至少一个上述风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
还提供了将闪电旁路系统提供在风力涡轮机叶片中的方法,该方法包括以下步骤:
提供有电绝缘材料形成的至少一个撑杆螺栓,其具有位于风力涡轮机叶片的根部端处的螺栓环状部中的导电材料的芯,以及
使所述导电芯与风力涡轮机叶片的至少一个闪电接收体传导联接以将由所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流经由所述导电芯传导至风力涡轮机的闪电接地系统。
作为优选,所述至少一个绝缘撑杆螺栓布置成联接到设在风力涡轮机的转毂处的安装元件上,且其中该方法包括布置所述至少一个绝缘撑杆螺栓来从所述螺栓环状部突出的步骤,使得所述至少一个绝缘撑杆螺栓突出穿过所述安装元件,所述至少一个绝缘撑杆螺栓的自由端立在所述安装元件上,以用于将所述自由端处的所述至少一个绝缘撑杆螺栓的导电芯连接到风力涡轮机的闪电接地系统上。
通过布置撑杆螺栓或连接器来从安装元件自由地突出,例如,叶片根部端凸缘、变桨系统等,降低了来自螺栓的自由端处的传导芯的闪络的风险。这可通过在自由端处使用适合的防闪络连接器等来进一步改善。将理解的是,安装元件可包括导电材料。
附图说明
现在将仅通过举例的方式参照附图来描述本发明的实施例,在附图中:
图1示出了风力涡轮机;
图2示出了风力涡轮机叶片的示意图;
图3示出了图2的叶片的翼形轮廓的示意图;
图4示出了根据本发明的闪电旁路系统的截面视图;
图5为穿过图4的平面X-X的截面视图;以及
图6为包括图4的闪电旁路系统的实施例的风力涡轮机叶片的根部端的截面视图。
具体实施方式
图1示出了根据所谓的"丹麦构想"的常规现代逆风风力涡轮机,其具有塔架4、机舱6和具有大致水平的转子轴的转子。转子包括转毂8和从转毂8沿径向延伸的三个叶片10,各个叶片均具有最接近转毂的叶片根部16和最远离转毂8的叶片末梢14。转子具有表示为R的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意图,其可根据本发明的实施例使用。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片形状,且包括最接近转毂的根部区30、最远离转毂的仿形区或翼型区34,以及在根部区30与翼型区34之间的过渡区32。当叶片安装在转毂上时,叶片10包括面对叶片10的旋转方向的前缘18,以及面对前缘18的相对方向的后缘20。
翼型区34(也称为仿形区)具有相对于生成升力理想的或几乎理想的叶片形状,而根部区30由于结构考虑具有大致圆形或椭圆形的截面,其例如使得将叶片10更容易且更安全地安装在转毂上。根部区30的直径(或翼弦)沿整个根部区域30通常为恒定的。过渡区32具有从根部区30的圆形或椭圆形逐渐地变化至翼型区34的翼型轮廓50的过渡轮廓42。过渡区32的弦长通常随离转毂的距离r增大而大致线性地增大。
过渡区34具有翼型轮廓50,其中翼弦在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸。翼弦的宽度随离转毂的距离r增大而减小。
应当注意的是,叶片的不同区段的翼弦一般不位于公共平面中,因为叶片可扭转和/或弯曲(即,预先弯曲),从而向翼弦平面提供了对应的扭转和/或弯曲路线,这是最常见的情况,以便补偿取决于离转毂的半径的叶片的局部速度。
图3示出了以各种参数绘出的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图,其通常用于限定翼型件的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸入侧54,其在使用期间,即,在转子旋转期间,一般分别面朝上风(或逆风)侧和下风(或顺风)侧。翼型件50具有翼弦60,翼弦60具有弦长c,其在叶片的前缘56与后缘58之间延伸。翼型件50具有厚度t,其限定为压力侧52与吸入侧54之间的距离。翼型件的厚度t沿翼弦60变化。与对称轮廓的偏离由弧线62给出,弧线为穿过翼型轮廓50的中线。中线可通过绘出从前缘56到后缘58的内切圆来找到。中线沿着这些内切圆的中心,且与翼弦60的偏离或距离称为弧f。对称还可通过使用称为上弧和下弧的参数来限定,其分别限定为离翼弦60和吸入侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓通常特征为以下参数:弦长c、最大弧f、最大弧f的位置df、最大翼型厚度t,其为沿中间弧线62的内切圆的最大直径,最大厚度t的位置dt,以及鼻部半径(未示出)。这些参数通常限定为与弦长c的比。
图4中示出了根据本发明的闪电旁路系统的截面视图。图4示出了风力涡轮机叶片根部端16的区段与风力涡轮机转毂8之间的界面的放大视图。变桨系统70位于风力涡轮机叶片10与转毂8之间,变桨系统70包括联接到叶片根部端16上的内变桨环72,以及经由螺钉78联接到涡轮机转毂8上的外变桨环74。内环72可关于外环74变桨,允许了风力涡轮机叶片10基于风力涡轮机位置处的风况来变桨。变桨系统70大体上由金属导电材料形成。
大体上,多个叶片根部套管76位于围绕风力涡轮机叶片根部16的周边,套管76布置成收纳多个叶片根部螺栓(未示出),以将内变桨环72联接到叶片根部端16上,所述叶片根部螺栓大体上由金属导电材料形成。此外,外变桨环74使用多个贯穿螺栓78联接到涡轮机转毂8上。作为优选,所述叶片根部套管76由绝缘非传导材料形成,例如,塑料材料、玻璃材料、陶瓷材料和/或橡胶材料。
参看图4,对于闪电旁路系统,至少一个叶片根部螺栓由撑杆螺栓80替换,撑杆螺栓由绝缘材料形成,即,非传导材料,例如,橡胶、塑料、陶瓷、玻璃。绝缘撑杆螺栓80的第一叶片根部端80a收纳在叶片根部套管76中,绝缘撑杆螺栓80布置成延伸穿过设在内变桨环72中的螺接孔口。绝缘撑杆螺栓80的第二远端80b突出超过内变桨环72的相对表面,进入风力涡轮机转毂8内限定的内部空间中。
绝缘撑杆螺栓80设有由传导材料形成的中心芯82,例如,金属导线,如,铜、钢、铝、银等。传导中心芯82包括位于叶片根部套管76内的第一叶片根部端82a,芯82延伸穿过绝缘撑杆螺栓80的中心至位于超过绝缘撑杆螺栓80的远端80b的第二远侧转毂端82b,芯82的第二远侧转毂端82a位于由转毂8限定的内部空间内。
闪电引下线(未示出)设在风力涡轮机叶片10的内部内,且从设在叶片10上的至少一个闪电接收体(未示出)延伸。在叶片10的根部端16处,引下线传导地联接到连接元件84上。连接元件84从风力涡轮机叶片10的内部延伸,穿过风力涡轮机叶片10的本体的侧壁的一部分,且进入闪电旁路系统的叶片根部套管76的内部中。连接元件84传导地联接到绝缘撑杆螺栓80的传导中心芯82的第一端82a上。
在图4中所示的实施例中,位于叶片根部套管76内的绝缘撑杆螺栓80a的第一端由传导材料形成的头部分86替换,头部分86具有适合大小的孔口,孔口布置成收纳所述连接元件84的突出部分且与其机械地联接,以提供传导芯82与连接元件84之间的安全且稳健的连接。图5示出了在穿过图4的线X-X时截取的收纳在所述套管76内的所述头部分86中的图4的连接元件84的截面视图。
传导芯82的第二端82b布置成与设在风力涡轮机转毂8中的引下线系统88联接,引下线系统88可操作成将闪电电流传导至地面90。在图4中所示的实施例中,引下线88布置为与接地电路火花间隙连接,但将理解的是,可使用任何适合的引下线系统88。
传导芯82的第二端82b可设有抗闪络绝缘体92,抗闪络绝缘体92布置成防止来自所述第二端82b的任何闪络朝设在叶片根部端16处的传导构件,例如,变桨系统70。抗闪络绝缘体92可包括配合在所述第二端82b上的盖元件,盖包括至少一个凸出套环或由绝缘材料形成的环。
因此,本发明的闪电旁路系统提供了从布置在风力涡轮机叶片10上的叶片闪电接收体穿过连接元件84和撑杆螺栓80的传导中心芯82的引下线至传导芯82的第二远侧转毂端82b的传导通路。该布置提供了用于风力涡轮机叶片10上的雷击的传导通路,其防止了与位于叶片根部16处的风力涡轮机的任何敏感构件的接触,且其可使用位于风力涡轮机转毂8或机舱6中的适合的引下线系统88传递至地面。具有传导芯84的由绝缘材料形成的撑杆螺栓80的使用提供了闪电旁路系统,其安装相对简单,且可容易地配合在具有至少一个非传导叶片根部套管的没有显著改变的现有的风力涡轮机叶片上,同时如果经历雷击,防止了任何闪络效果的出现。
参看图6,示出了根据本发明的具有闪电旁路系统的风力涡轮机叶片的优选实施例的截面视图,示出了设在风力涡轮机叶片10的根部端16处的螺栓环状部88。在图6的实施例中,闪电旁路系统包括如图4中所示的具有传导芯90,92的相应的第一绝缘撑杆螺栓和第二绝缘撑杆螺栓,所述第一撑杆螺栓90和第二撑杆螺栓92在设在风力涡轮机叶片10的根部端16处的螺栓环状部88中间隔开。第一撑杆螺栓90和第二撑杆螺栓92与风力涡轮机叶片10的闪电引下线系统传导地并联联接,以用于将叶片中的雷击传导至风力涡轮机转毂8中的适合的接地线。提供具有传导芯的一个以上的撑杆螺栓来将雷击并行地传导到叶片根部端16处的单独的传导通路中意味着由各个传导芯携带的闪电电流将减少,因此降低了对闪电旁路系统的构件的破坏的风险。
作为优选,第一撑杆螺栓90和第二撑杆螺栓92布置成使得第一撑杆螺栓90在最接近风力涡轮机叶片10的前缘18的点处位于叶片螺栓环状部88上,而第二撑杆螺栓92在最接近风力涡轮机叶片10的后缘20的点处位于叶片螺栓环状部88上。将撑杆螺栓90,92定位在叶片10的前缘18和后缘20处确保了由撑杆螺栓90,92经历的机械负载将最小化,减小了涡轮机操作期间撑杆螺栓故障的风险。
尽管图6的实施例示出了具有包括传导芯的两个撑杆螺栓的闪电旁路系统,但将理解的是,可使用任何多个此撑杆螺栓,其中此撑杆螺栓的位置选择成使系统上的机械负载的效果最小化,且优化了由叶片螺栓环状部88中的其余螺栓携带的负载。此外,将理解的是,系统可包括具有传导芯的单个撑杆螺栓,其中所述单个撑杆螺栓优选位于叶片螺栓环状部88的前缘18或后缘20处,以确保撑杆螺栓上的最小机械负载。
将理解的是,传导芯的直径和绝缘撑杆螺栓的直径将选择成向雷击提供适合的传导通路,同时确保闪电旁路系统的构件不会经历故障或事故。作为优选,导电芯的直径与闪电旁路系统的至少一个撑杆螺栓的总直径的比率为大约1:3,例如,在一个实施例中,导电芯的直径为大约12mm,且具有导电芯的至少一个撑杆螺栓的总直径为大约36mm。
将理解的是,本发明的闪电旁路系统可与任何其它闪电引下系统组合使用,例如,设在风力涡轮机叶片外部的火花间隙系统。本发明不限于本文所述的实施例,且可在不脱离本发明的范围的情况下改变或改动。
Claims (22)
1.一种用于具有大致水平的转子轴的风力涡轮机转子的风力涡轮机叶片,所述转子包括转毂,所述风力涡轮机叶片在安装到所述转毂上时大致沿径向方向从所述转毂延伸,所述风力涡轮机叶片沿平行于纵轴线的纵向方向延伸,且具有末梢端和根部端,
风力涡轮机叶片还包括仿形轮廓,其包括压力侧和吸入侧,以及前缘和后缘,其具有翼弦,所述翼弦具有在其间延伸的弦长,所述仿形轮廓在由入射空气流冲击时生成升力,
风力涡轮机叶片还包括至少一个闪电接收体,以及螺栓环状物部,其包括设在所述根部端处的多个撑杆螺栓,以用于将所述风力涡轮机叶片联接到风力涡轮机转毂上,
其中所述风力涡轮机叶片还包括闪电旁路系统,其包括设在由电绝缘材料形成的所述螺栓环状物部中的至少一个撑杆螺栓,所述撑杆螺栓具有导电材料的芯,所述撑杆螺栓具有第一端和第二端,所述第一端嵌入所述风力涡轮机叶片的根部端中,所述第二端从所述根部端突出,以提供离所述至少一个撑杆螺栓的导电芯暴露于所述风力涡轮机叶片安装于其中的风力涡轮机中的任何传导构件的位置的净距离,
其中所述至少一个撑杆螺栓的导电芯导电地联接到所述至少一个闪电接收体上,所述闪电旁路系统可操作成将由所述导电芯中的所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流传导至风力涡轮机转毂。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述风力涡轮机还包括提供成联接到所述转毂上的安装元件,其中所述至少一个撑杆螺栓包括嵌入风力涡轮机叶片的根部端中的第一端和从所述风力涡轮机叶片的所述根部端突出来与所述安装元件联接的第二端,其中所述至少一个绝缘撑杆螺栓的所述第二端布置成突出穿过所述安装元件且立在所述安装元件上。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的至少两个撑杆螺栓,其中所述至少两个撑杆螺栓围绕所述根部端处的所述螺栓环状物部的周边等距间隔开。
4.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的至少两个撑杆螺栓,其中所述至少两个撑杆螺栓围绕所述根部端处的所述螺栓环状物部的周边等距间隔开。
5.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的第一撑杆螺栓和具有导电芯的第二撑杆螺栓,其中所述第一撑杆螺栓和所述第二撑杆螺栓位于所述根部端处的所述螺栓环状物部的相对侧处。
6.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的第一撑杆螺栓和具有导电芯的第二撑杆螺栓,其中所述第一撑杆螺栓和所述第二撑杆螺栓位于所述根部端处的所述螺栓环状物部的相对侧处。
7.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,具有导电芯的所述第一撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的前缘附近的所述螺栓环状物部中,且具有导电芯的所述第二撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的后缘附近的所述螺栓环状物部中。
8.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,具有导电芯的所述第一撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的前缘附近的所述螺栓环状物部中,且具有导电芯的所述第二撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的后缘附近的所述螺栓环状物部中。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的单个撑杆螺栓,其中具有导电芯的所述单个撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘附近的所述螺栓环状物部中。
10.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括具有导电芯的单个撑杆螺栓,其中具有导电芯的所述单个撑杆螺栓位于所述风力涡轮机叶片的前缘或后缘附近的所述螺栓环状物部中。
11.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括设在所述风力涡轮机叶片的根部端中的至少一个叶片根部套管,其中具有导电芯的所述至少一个撑杆螺栓部分地收纳在所述至少一个叶片根部套管中,其中所述至少一个叶片根部套管由电绝缘材料形成。
12.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述风力涡轮机叶片包括设在所述风力涡轮机叶片的根部端处的变桨系统,所述变桨系统布置成与所述根部端处的所述螺栓环状物部的所述多个撑杆螺栓联接,其中具有导电芯的所述至少一个撑杆螺栓延伸穿过所述变桨系统,使得所述闪电旁路系统可操作成将由所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流传导穿过所述变桨系统,在所述导电芯中至风力涡轮机转毂。
13.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端布置成与设在风力涡轮机叶片转毂中的闪电接地系统联接。
14.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述导电芯从所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端突出。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述闪电旁路系统包括设在所述至少一个撑杆螺栓的所述第二端处的抗闪络绝缘体。
16.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述导电芯的直径与所述闪电旁路系统的至少一个撑杆螺栓的总直径的比率小于1:2。
17.根据权利要求16所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述导电芯的直径与所述闪电旁路系统的至少一个撑杆螺栓的总直径的比率是1:3。
18.一种用于风力涡轮机叶片的闪电旁路系统,所述闪电旁路系统包括:
由电绝缘材料形成的至少一个撑杆螺栓或连接器,所述撑杆螺栓布置成从风力涡轮机叶片的根部端延伸至风力涡轮机的转毂,其中所述撑杆螺栓包括导电材料的芯,并且所述撑杆螺栓具有第一端和第二端,所述第一端嵌入所述根部端中,所述第二端从所述根部端突出,以提供离所述撑杆螺栓的导电芯暴露于所述风力涡轮机叶片安装于其中的风力涡轮机中的任何传导构件的位置的净距离,并且
所述闪电旁路系统布置成将闪电电流从所述风力涡轮机叶片经由所述导电芯传导至风力涡轮机转毂。
19.根据权利要求18所述的闪电旁路系统,其特征在于,所述传导芯的直径小于包括所述传导芯的所述撑杆螺栓的总直径的一半。
20.一种包括如权利要求1至权利要求17中任一项所述的至少一个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
21.一种在风力涡轮机叶片中提供闪电旁路系统的方法,所述风力涡轮机叶片沿平行于纵轴线的纵向方向延伸且具有末梢端和根部端,所述方法包括以下步骤:
提供由电绝缘材料形成的至少一个撑杆螺栓,其具有位于风力涡轮机叶片的所述根部端处的螺栓环状物部中的导电材料的芯,并且所述撑杆螺栓具有第一端和第二端,所述第一端嵌入所述根部端中,所述第二端从所述根部端突出,以提供离所述撑杆螺栓的导电芯暴露于所述风力涡轮机叶片安装于其中的风力涡轮机中的任何传导构件的位置的净距离,以及
使所述导电芯与所述风力涡轮机叶片的至少一个闪电接收体传导联接,以将由所述至少一个闪电接收体接收到的闪电电流经由所述导电芯传导至风力涡轮机的闪电接地系统。
22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,所述至少一个绝缘撑杆螺栓布置成联接到设在风力涡轮机的转毂处的安装元件上,且其中所述方法包括布置所述至少一个绝缘撑杆螺栓以从所述螺栓环状物部突出的步骤,使得所述至少一个绝缘撑杆螺栓突出穿过所述安装元件,所述至少一个绝缘撑杆螺栓的自由端立在所述安装元件上,以用于将所述自由端处的所述至少一个绝缘撑杆螺栓的导电芯连接到风力涡轮机的闪电接地系统上。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |