CN106194611B - 用于风力涡轮机叶片的雷电接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于风力涡轮机叶片(10)的雷电接收器装置(11，12)，包括内部元件和位于风力涡轮机叶片(10)一侧的作为外部金属接收器用于接收雷击的至少自攻螺钉(21)，自攻螺钉(21)具有头部(23)和螺纹轴(25)，内部元件包括导电块(20)，导电块(20)配置有至少光孔(41)，用于与所述螺纹轴(25)配合并且连接至接地装置的下导体(18)。内部元件接合至风力涡轮机叶片(10)的至少壳体(17)，具有能够承受施加到自攻螺钉(21)使其旋入光孔(41)中的粘合力。

Description

用于风力涡轮机叶片的雷电接收器
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机叶片的雷电接收器装置。
背景技术
用于风力涡轮机叶片的雷电保护系统通常包括雷达接收器装置，其包括外部金属接收器元件和连接到风力涡轮机的接地装置的下导体的导电内部块。一旦由接收器元件捕获到雷电电流，就必须将其传输至将接收器元件连接至下导体的导电内部块。
雷电接收器装置主要位于叶片尖端(诸如专利EP2722522A1、US 004/028528A1以及EP2141356A1公开的)，它们可以位于其它叶片区域，诸如专利EP1664528A1中公开的。
如图1a、1b和1c所示，一种已知的雷电接收器装置8位于远离风力涡轮机叶片10的尖端的位置，其包括作为接收器元件的螺栓14，螺栓14连接至导电内部块15，该导电内部块15被接合至风力涡轮机叶片10的壳体17并且连接至下导体18。
螺栓14和导电内部块15由它们之间的螺纹连接31机械连接，并且在向螺栓14施加紧固力矩之后，它们既由螺纹连接31又由接触表面16(平表面)电连接。在其它实施例中，接触表面是锥形表面。
螺栓14与导电内部块15之间需要通过平的或锥形表面接触，从而避免对它们之间的螺纹连接31的物理损坏，这是因为在该装置中，大多数雷电电流通过接触表面16传输。否则，由于雷电电流的流动，可能引起对螺栓接合的物理损坏。
如图3a、3b和3c所示，一种已知的雷电接收器装置9位于风力涡轮机叶片10的尖端区域，其包括位于风力涡轮机叶片10两侧的作为接收器元件的螺栓14，其连接至导电内部块15，导电内部块15结合至壳体17、19中的至少一个，并且连接至下导体18。螺栓14与导电内部块15之间的机械和电连接类似于对雷电接收器装置8的那些描述。
从接收器元件14向导电内部块15传输雷电电流时必须确保正确地传输雷电，并且允许将接收器元件14调节至壳体17、19的外表面，从而符合空气动力学要求以及减小噪声的要求。
然而，在雷电接收器装置8、9中，接收器元件14与壳体17、19(参见图1c和3c)之间可能产生间隙G，这是因为在壳体的制造过程期间，由于误差引起其厚度变化，从而使得导电内部块15的位置不合适或接收器元件14的头部与周围壳体之间意外的尺寸变化。
本发明涉及该缺点的解决方案。
发明内容
本发明提供了用于风力涡轮机叶片的雷电接收器装置，其包括内部元件和位于风力涡轮机叶片一侧的作为外部金属接收器用于接收雷击的至少自攻螺钉(self-threadingscrew)，自攻螺钉具有头部和螺纹轴(threaded shaft)，内部元件包括导电块，导电块配置有至少光孔(unthreaded hole)，用于与所述螺纹轴配合并且连接至接地装置的下导体。自攻螺钉的材料比导电块的材料具有更高的硬度和更低的韧性，并且螺纹轴和光孔的尺寸设定为使得它们之间的螺纹连接可以传输由自攻螺钉接收的全部雷电电流。内部元件以一粘合力接合至风力涡轮机叶片的至少壳体，该粘合力能够承受住施加到自攻螺钉使其旋入光孔中的扭矩(torque)。
优选地，内部元件还包括用于导电块的绝缘涂层，用于防止其腐蚀并且避免雷击。
优选地，螺纹轴和光孔的尺寸还设定为使得其螺纹连接具有一长度，该长度确保，出于空气动力连续性目的，自攻螺钉的头部与风力涡轮机叶片的壳体的外表面对齐。
优选地，螺纹轴和光孔具有圆柱形状，它们各自的直径D1、D2之间的比例在1.03-1.60之间。
自攻螺钉由钢、不锈钢或钨制成，并且导电块由铝、铜或黄铜制成。
在风力涡轮机叶片尖端区域的实施例中，雷电接收器装置还包括位于风力涡轮机叶片的另一侧的额外自攻螺钉，其作为金属接收器元件用于接收雷击，其具有头部和螺纹轴，并且导电块也配置有额外光孔，用于与额外自攻螺钉的螺纹轴配合。
从以下详细描述并结合附图，将理解本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1a是风力涡轮机叶片的平面示意图，具有现有技术中已知的位于远离叶片尖端的雷电接收器装置，并且图1b和1c是雷电接收器装置的截面图，分别具有相对于周围壳体对齐和不对齐的接收器元件。
图2a是风力涡轮机叶片的平面示意图，具有根据本发明的位于远离叶片尖端的位置的雷电接收器装置，图2b是雷电接收器装置的组件的截面示意图，并且图2c是安装在风力涡轮机叶片上的所述雷电接收器装置的截面图，其中接收器元件正好与周围壳体对齐。
图3a是风力涡轮机叶片的平面示意图，具有现有技术中已知的位于叶片尖端区域的雷电接收器装置，并且图3b和3c是雷电接收器装置的截面图，分别具有相对于周围壳体对齐和不对齐的接收器元件。
图4a是风力涡轮机叶片的平面示意图，具有根据本发明的位于叶片尖端区域的雷电接收器，图4b是雷电接收器装置的组件的截面示意图，并且图4c是安装在风力涡轮机叶片上的所述雷电接收器装置的截面图，其中接收器元件正好与周围壳体对齐。
图5和图6是与图2c和4c类似的视图，包括用于导电块的绝缘涂层。
具体实施方式
雷电接收器装置11(参见图2a、2b、2c)位于远离风力涡轮机叶片10的尖端的位置，其包括作为接收器元件的自攻螺钉21，以及作为内部元件的导电块20，导电块20配置有光孔41，用于与自攻螺钉21配合，使得它们的螺纹连接允许在两个组件之间传输雷电电流，而无需现有技术中的“平的或锥形接触表面”。
自攻螺钉21具有直径为D1的螺纹轴25，螺纹轴25的一端设置有钻头，螺纹轴25的另一端设置有头部23。头部23设置有用于螺钉驱动工具(诸如螺丝刀或扳手)的旋转传输元件。
导电块20配置有直径为D2的光孔41，D2比自攻螺钉21的直径D1稍小，使得允许利用螺钉驱动工具向自攻螺钉21的头部23施加力矩时，它们之间产生牢固的螺纹连接。特别地，D1和D2之间的比值应该在1.03-1.60之间。该装置要求利用能够承受所述力矩的接合力将导电块20接合至壳体17。
自攻螺钉21应该由相对于导电块的材料具有更高硬度和更低韧性的材料制成。用于自攻螺钉21的典型材料是钢、不锈钢或钨，而用于导电块20的典型材料是铝、铜或黄铜。
假设壳体17的厚度可能变化，那么应该设定自攻螺钉21的螺纹轴25和导电块20的光孔41的尺寸，使得它们的螺纹连接对于所有可能的厚度变化来说具有长度为L的范围(参见图2c)，这会确保，一方面，用于通过所述螺纹连接传输所有的雷电电流的牢固的电连接，另一方面，出空气动力连续性目的，自攻螺钉21的头部23与风力涡轮机叶片10壳体17的外表面对齐。
位于风力涡轮机叶片10的尖端区域的雷电接收器装置12(参见图4a、4b、4c)包括作为接收器元件位于风力涡轮机叶片10的相对另一侧(opposite end)的额外自攻螺钉22，其具有直径为D1的螺纹轴26，螺纹轴26的一端设置有钻头，螺纹轴26的另一端设置有头部24，并且导电块20配置有额外光孔42，用于与额外自攻螺钉22配合，使得它们的螺纹连接允许在两个组件之间传输雷电电流，而不需要现有技术中的“平的或锥形接触表面”。
额外自攻螺钉22和额外光孔42之间的螺纹连接的特征类似于自攻螺钉21和光孔41之间的螺纹连接的特征。
例如，在实施例中，额外自攻螺钉(22)的材料比导电块(20)的材料具有更高的硬度和更低的韧性，并且额外自攻螺钉(22)的螺纹轴(26)和额外光孔(42)的尺寸设定为使得它们之间的螺纹连接能够传输由额外自攻螺钉(22)接收的全部雷电电流。
在实施例中，额外自攻螺钉(22)的螺纹轴(26)和额外光孔(42)的尺寸还设定为使得它们之间的螺纹连接具有一长度，使得出于空气动力连续性目的，所述长度确保额外自攻螺钉(22)的头部(24)与风力涡轮机叶片(10)的壳体(19)的外表面正确对齐。
在实施例中，额外自攻螺钉(22)的螺纹轴(26)和额外光孔(42)具有圆柱形状，它们各自的直径D1、D2之间的比值在1.03-1.60之间。
在实施例中，额外自攻螺钉(22)由钢、不锈钢或钨制成。
在图5和6示出的实施例中，雷电接收器装置11、12的内部块还包括用于导电块20的绝缘涂层27。绝缘涂层27防止导电块20腐蚀和受到雷击。
尽管已经结合不同的实施例描述了本发明，但是从说明书中可以理解的是可以对其中的元件进行不同的结合、变形或改进，它们都在随附的权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (12)

1.用于风力涡轮机叶片(10)的雷电接收器装置(11，12)，包括位于所述风力涡轮机叶片(10)的一侧的用于接收雷击的至少外部金属接收器元件和至少接合至所述风力涡轮机叶片(10)的第一壳体(17)内侧以及连接至所述风力涡轮机叶片(10)的接地装置的下导体(18)的内部元件，其特征在于：
-所述外部金属接收器元件是具有头部(23)和螺纹轴(25)的自攻螺钉(21)；
-所述内部元件包括配置有与所述螺纹轴(25)配合的至少光孔(41)的导电块(20)；
-所述自攻螺钉(21)的材料比所述导电块(20)的材料具有更高的硬度和更低的韧性，并且所述螺纹轴(25)和所述光孔(41)的尺寸设定为使得它们之间的螺纹连接能够传输由所述自攻螺钉(21)接收的全部雷电电流；
-所述内部元件接合至所述第一壳体(17)，具有能够承受施加到所述自攻螺钉(21)的头部(23)使其旋入所述光孔(41)中所需扭矩的粘合力。
2.根据权利要求1所述的雷电接收器装置(11，12)，其中，所述内部元件还包括用于所述导电块(20)的绝缘涂层(27)。
3.根据权利要求1或2所述的雷电接收器装置(11，12)，其中，所述螺纹轴(25)和所述光孔(41)的尺寸还设定为使得其螺纹连接具有一长度，该长度确保出于空气动力连续性目的，所述自攻螺钉(21)的所述头部(23)与所述风力涡轮机叶片(10)的第一壳体(17)的外表面对齐。
4.根据权利要求3所述的雷电接收器装置(11，12)，其中，所述螺纹轴(25)和所述光孔(41)具有圆柱形状，它们各自的直径D1、D2之间的比值在1.03-1.60之间。
5.根据权利要求4所述的雷电接收器装置(11，12)，其中，
-所述自攻螺钉(21)由钢或钨制成；
-所述导电块(20)由铝或铜制成。
6.根据权利要求5所述的雷电接收器装置(12)，还包括位于所述风力涡轮机叶片(10)的另一侧的额外自攻螺钉(22)，其作为金属接收器元件用于接收雷击，其具有头部(24)和螺纹轴(26)，其中：
-所述导电块(20)还配置有额外光孔(42)，用于与所述额外自攻螺钉(22)的所述螺纹轴(26)配合；
-所述额外自攻螺钉(22)的材料比所述导电块(20)的材料具有更高的硬度和更低的韧性，并且所述额外自攻螺钉(22)的所述螺纹轴(26)和所述额外光孔(42)的尺寸设定为使得它们之间的螺纹连接能够传输由所述额外自攻螺钉(22)接收的全部雷电电流。
7.根据权利要求6所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述额外自攻螺钉(22)的所述螺纹轴(26)和所述额外光孔(42)的尺寸还设定为使得它们之间的螺纹连接具有一长度，使得出于空气动力连续性目的，所述长度确保所述额外自攻螺钉(22)的所述头部(24)与所述风力涡轮机叶片(10)的第二壳体(19)的外表面正确对齐。
8.根据权利要求6或7所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述额外自攻螺钉(22)的所述螺纹轴(26)和所述额外光孔(42)具有圆柱形状，它们各自的直径D1、D2之间的比值在1.03-1.60之间。
9.根据权利要求8所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述额外自攻螺钉(22)由钢或钨制成。
10.根据权利要求8所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述额外自攻螺钉由不锈钢制成。
11.根据权利要求5所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述钢是不锈钢。
12.根据权利要求5所述的雷电接收器装置(12)，其中，所述铜是黄铜。
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