CN111911345A - 用于风力涡轮机的叶片和风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的叶片和风力涡轮机。用于风力涡轮机(2)的叶片,包括至少一个叶片部件(8),其中叶片部件(8)的面向所述叶片(1)的末梢(7)的至少一个部段是碳纤维增强的,其中叶片(1)还包括防雷装置(9),防雷装置(9)具有沿叶片(1)延伸的放电导体(10),以排放由击中叶片(1)的闪电引起的电流,其中防雷装置(9)包括至少一个导电、细长且扁平的闪电接收器(12、13、31),该闪电接收器与放电导体(10)电连接,其中闪电接收器(12、13、31)布置在叶片(1)的外表面处或附近并位于至少一个叶片部件部段和叶片末梢(7)之间,并至少部分地从叶片(1)的后缘(16)向前缘(17)延伸。

Description

用于风力涡轮机的叶片和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机的叶片,该叶片包括至少一个叶片部件,其中,该叶片部件的面向该叶片的末梢的至少一个部段是碳纤维增强的,其中,该叶片还包括防雷装置,该防雷装置具有沿该叶片延伸的放电导体(discharging conductor),以排放由击中该叶片的闪电引起的电流。
背景技术
由于风力涡轮机的转子叶片通常是风力涡轮机的最高和最上部的部件,因此风力涡轮机的这些部件具有最大的在雷暴期间被闪电击中的概率。为了避免风力涡轮机或叶片上的损伤,风力涡轮机和/或它们的叶片通常包括防雷装置,以排放击中叶片的闪电。防雷装置的避雷导体,如避雷针或球形突起或螺栓等,位于叶片的表面处,并且尤其是位于叶片的末梢处。这些避雷导体与放电导体电连接。击中避雷导体的闪电将经由放电导体排放至地面,该放电导体与沿风力涡轮机的塔架向下延伸至地面的电缆连接。
近来,碳纤维增强的叶片部件已被引入叶片的设计中,优选地作为承载元件,但也作为功能元件,例如用于叶片的除冰系统的加热元件。这些碳纤维增强的叶片部件通常是导电的碳纤维增强的聚合物。这种导电性可能导致与雷击有关的问题。可能的是,闪电直接击中碳纤维增强的叶片部件而不是接收器。对于具有锥形端部部段的碳纤维增强的叶片部件,此概率甚至更大。由于击中碳纤维增强的叶片部件的闪电所引起的电流可能导致严重的损伤,因此需要保护碳纤维增强的叶片部件免受雷击的影响。至今,已为此目的开发出一些方法。
一种是设置分流条(diverter strip),其靠近防雷装置的避雷导体安装在叶片的表面上。这些分流条增加了相应的避雷导体的有效面积,并且因此,增加了相应的避雷导体对闪电的吸引作用。然而,分流条具有以下缺点,即:这些部件遭受磨损,这是因为它们通常位于叶片的表面上。
另一种方法是在碳纤维增强的叶片部件和叶片表面之间设置金属网,从而防止闪电到达碳纤维增强的叶片部件。然而,击中该网的闪电将可能至少在该网上造成重大损伤。这导致需要维护或更换相应的部件。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种替代和增强的构思,其用于保护叶片,尤其是用于保护碳纤维增强的部件,使之免于被雷击损伤,并且使之对于磨损更坚固。
为了解决该问题,如上所述的叶片的特征在于,所述防雷装置包括至少一个导电、细长且扁平的闪电接收器,所述闪电接收器与所述放电导体电连接,其中,所述闪电接收器被布置在所述叶片的外表面处或附近,并位于至少一个叶片部件部段和叶片末梢之间,并且至少部分地从所述叶片的后缘朝向前缘延伸。
风力涡轮机通常包括塔架,其中,机舱被安装在该塔架的顶部上,该机舱收容发电机以产生电力。该发电机与风力涡轮机的轮毂连接,其中,该轮毂可绕优选为水平的旋转轴线旋转。风力涡轮机的叶片通常包括细长的形状,其中,叶片的根部被安装在轮毂上。叶片的末梢是叶片的端部部段,该端部部段处于叶片的关于叶片根部的相对侧上。
所述叶片包括碳纤维增强的叶片部件。如上面已经描述的,该碳纤维增强的叶片部件可有助于相应叶片的机械稳定性,特别是用于关于叶片上的襟翼载荷(flap load)和/或弯曲载荷来增强叶片。附加地或替代地,该碳纤维增强的叶片部件可以是用于除冰系统等的加热元件。通常,也可以是碳纤维网或具有碳纤维的其他合适的结构的碳纤维被结合到通常由聚合物组成的叶片部件中。优选地,该碳纤维增强的叶片部件在其整个几何结构上通过碳纤维增强,即,该碳纤维增强的叶片部件优选地从叶片根部尽可能远地朝向叶片末梢延伸,以减轻叶片的重量。可替代地,碳纤维仅部分地设置在叶片部件内的特定叶片部件部段或若干特定叶片部件部段处。
独立于轮毂的当前旋转位置,并且因此,独立于叶片的当前旋转位置,叶片上的特定位置被闪电击中的概率随着该位置与叶片末梢的距离的减小而增加。因此,具有最高的将被闪电击中的概率的位置是叶片的末梢。由于碳纤维的导电性,叶片的将被闪电击中的其他优先的位置是碳纤维增强的叶片部件通常所在的位置。如果碳纤维增强的叶片部件的面向叶片的末梢的末端是尖锐的倒角,则该部件甚至更可能被闪电击中。
风力涡轮机或风力涡轮机的叶片相应地通常包括防雷装置,以保护风力涡轮机免于在随机叶片位置处被闪电击中,从而导致风力涡轮机的受影响部件的严重损伤。该防雷装置包括至少一个尤其是杆状或螺栓头状(bold-head-like)的避雷导体(lightningconductor),该避雷导体是供闪电击中风力涡轮机的优选部件。将在后面更详细地描述该避雷导体,其仅是本发明的可选特征。
该防雷装置的放电导体,尤其是电缆等,与该避雷导体电连接。该放电导体与风力涡轮机的接地系统连接,该接地系统为击中避雷导体的闪电的电流提供了到地面的电气路径。该防雷装置适于在不被损伤的情况下排放闪电的电流。
本发明增强了对碳纤维增强的叶片部件的保护,以使其免于被闪电击中并使其免于因此事件而受损。为此目的,设置了导电、细长且扁平(flat)的闪电接收器。该闪电接收器位于碳纤维增强的叶片部件部段和叶片末梢之间,即,与通常设置碳纤维增强的叶片部件部段的位置相比,该闪电接收器位于叶片上的具有较大的将被闪电击中的概率的位置处。因此,可能击中碳纤维增强的叶片部件的闪电将因此被该闪电接收器吸引,并且将替代地击中该闪电接收器。因此,该闪电接收器的存在降低了碳纤维增强的叶片部件被闪电击中并且因此被相应的电流损伤的概率或可能性。该闪电接收器充当碳纤维增强的叶片部件的防雷装置和闪电屏蔽装置。
由于叶片通常与轮毂一起旋转,因此闪电可能击中叶片的方向会不断变化。为了避免如下旋转叶片位置,即:闪电接收器位于叶片上的闪电可能将不会击中它的一侧上,闪电接收器至少部分地从叶片的后缘朝向前缘延伸。该后缘和前缘在叶片根部和叶片末梢之间至少部分地沿叶片延伸。前缘是叶片的面对风向的边缘。后缘是叶片的背离风向的边缘。由于闪电接收器是细长且扁平的,并且从后缘朝向前缘延伸,这意味着闪电接收器的纵向轴线和前/后缘彼此倾斜(优选为垂直),因此,与沿叶片仅设置杆状或螺栓状或球形突起状的避雷导体的情况相比,叶片的闪电接收器不面对闪电通常击中叶片的方向的旋转位置的数量显著减少。
闪电接收器不一定必须覆盖前缘和后缘之间的完整距离,而是也可与这些边缘隔开。然而,后缘和前缘之间的空间被闪电接收器覆盖的越多,碳纤维增强的叶片部件被闪电击中的概率就越小,并且因此,碳纤维增强的叶片部件就被保护得越好。
由于闪电接收器被布置在叶片的外表面处或附近,因此闪电接收器没有显著地电屏蔽到外部,这将导致闪电击中闪电接收器的概率不期望地降低。此外,在闪电接收器位于叶片的表面附近的情况下,即在闪电接收器可能被嵌入到叶片的结构中、作为示例被薄保护层等覆盖的情况下,闪电接收器可足够靠近叶片的表面,以吸引闪电。
在一个优选实施例中,所述闪电接收器是或包括带或板或条。这样的部件易于制造并安装在叶片上。优选地,所述闪电接收器具有介于30mm和100mm之间的宽度,以及介于1mm和3mm之间的厚度。优选地,所述闪电接收器由金属制成,例如由铜、青铜、铝、钢、合金等制成。闪电接收器的尺寸和/或材料优选地基于对闪电接收器的闪电弧侵蚀、导电性以及与闪电接收器的侵蚀有关的属性的要求来选择。
除了闪电接收器的带状或板状或条状或网状的结构之外,其他平面或扁平的结构也可被用于闪电接收器。可替代地,闪电接收器可具有环面(torus)或环的结构或者环面或环的区段。通常,闪电接收器的区域越长并且越大,闪电接收器保护或屏蔽碳纤维增强的叶片部件免于被闪电击中的效果就越好。
对于根据本发明的叶片,沿朝向叶片末梢的方向观察,该至少一个闪电接收器可与该至少一个碳纤维增强的叶片部件隔开。优选地,一方面,叶片部件的通过碳纤维增强的部段与闪电接收器之间的距离足够小,以至于闪电接收器的吸引作用仍显著地影响碳纤维增强的叶片部件部段的区域。如果该距离将过大,则闪电接收器无法充当碳纤维增强的叶片部件的屏蔽或保护装置。另一方面,叶片部件的碳纤维增强的部段与闪电接收器之间的距离应足够大,以使得由于可能的电压差而造成的闪电接收器与碳纤维增强的叶片部件之间的闪络不会发生。
关于碳纤维增强的叶片部件部段和叶片末梢之间的距离,闪电接收器优选地与碳纤维增强的叶片部件部段示例性地以如下距离隔开,即:该距离介于碳纤维增强的叶片部件部段与叶片末梢之间的距离的5%和50%之间,优选为10%和20%之间。作为示例,所述叶片可包括55米的总长度,其中,碳纤维增强的叶片部件部段可终止于与叶片末梢相距8m处。在这种情况下,闪电接收器可位于与叶片末梢相距大约7m处,例如相距6.875m处。在此背景下,最重要的参数之一是碳纤维增强的叶片部件部段和闪电接收器之间的距离。该距离通常处于5厘米和2米之间的范围内,优选地处于10厘米和70厘米之间的范围内。
不那么优选地,闪电接收器可与碳纤维增强的叶片部件或叶片部件部段相邻,其中,在这种情况下,这些部件的接触表面应是电绝缘的。
在本发明的一个实施例中,所述防雷装置包括至少两个闪电接收器,其各自至少部分地从所述叶片的后缘朝向前缘延伸,其中,所述至少两个闪电接收器中的至少两个被布置在所述叶片的相对侧上。如已经提到的,由于叶片在旋转,因此闪电可能从相对于叶片的任何方向击中叶片。由于叶片在两侧上都被闪电接收器覆盖,因此碳纤维增强的叶片部件被闪电击中的概率进一步降低。优选地,该至少两个闪电接收器被布置在叶片的前侧和后侧处。如已经提到的,风在叶片的前缘处撞击叶片,其中,风随后沿叶片的前侧沿循叶片的轮廓行进,并且在叶片的后缘处离开叶片。
该至少一个闪电接收器可在叶片的前侧处从后缘延伸到前缘,并且随后,在叶片的后侧处从前缘延伸到后缘。由于类似于具有设置在叶片的相对侧上的两个闪电接收器的实施例,叶片在两侧上均被闪电接收器覆盖,因此在此实施例中,碳纤维增强的叶片部件被闪电击中的概率也进一步降低,并且因此,增强了对碳纤维增强的叶片部件的保护。在这种情况下,闪电接收器包围或围绕叶片,其中,闪电接收器优选地沿叶片的整个周界或周界的大部分延伸。
优选地,该至少一个闪电接收器通过所述防雷装置的位于所述叶片内的导电块、尤其是金属块与所述放电导体电连接。该导电块可经由电绝缘的电缆并且可选地经由电气T型连接件与放电导体连接。优选地,该导电块位于叶片的后缘处或附近,其中,闪电接收器在其面向叶片的后缘的一侧处电连接到该导电块。该导电块充当闪电接收器与放电导体之间的电连接装置,而优选地不显著增加闪电的电流的接地路径的电阻。
所述防雷装置可包括突出所述叶片的外表面的至少一个导电的避雷导体,其中,所述避雷导体与所述放电导体电连接。该避雷导体可以是从叶片的外表面突出的杆状或螺栓状或球形突起状的突出部,该突出部具有尤其是蘑菇形的轮廓。优选地,若干个避雷导体沿叶片的表面定位,其中,避雷导体大多集中在叶片末梢附近,在那里叶片以最高的概率被闪电击中。
所述避雷导体可通过所述导电块与所述放电导体电连接。在该实施例中,所述导电块充当将闪电接收器以及避雷导体与放电导体连接的共同的电气附接装置。
所述闪电接收器和/或所述避雷导体可通过附接装置、尤其是通过螺钉来附接到所述导电块。这提供了将闪电接收器和/或避雷导体可分离地附接到导电块的简单可能性。对于该螺钉,可使用如金属之类的导电材料。
在本发明的一个优选实施例中,闪电接收器和避雷导体通过共同的附接装置、尤其是通过共同的螺钉来附接到导电块。在该实施例中,避雷导体优选地直接与闪电接收器接触,其中,避雷导体从扁平的闪电接收器突出。因此,闪电接收器作为避雷导体的有效面积的扩大,从而提高了被闪电击中的概率。避雷导体也可在没有导电块而是在这些部件和放电导体之间具有任何其他种类的合适的电连接装置的情况下位于闪电接收器的表面处。
在一个优选实施例中,该至少一个闪电接收器被层压到叶片中。由此,闪电接收器不会负面地影响叶片的空气动力学特性。附加地或替代地,该至少一个闪电接收器可被层、尤其是被玻璃纤维层覆盖。在该实施例中,闪电接收器受到保护以免受如腐蚀或侵蚀之类的负面外部影响。另外,通过层压到叶片中和/或通过所述层,使闪电接收器机械稳定并进一步附接到叶片。
在下文中,将详细地描述制造根据本发明的叶片的可能实施例的方法,其中,闪电接收器在叶片的前侧处从后缘延伸到前缘,并且随后,在叶片的后侧处从前缘延伸到后缘。
首先,玻璃纤维层被放置到下部叶片模具中,该玻璃纤维层可以是玻璃纤维垫等。在玻璃纤维层的上侧上,闪电接收器被定位成使得玻璃纤维层与闪电接收器重叠。使闪电接收器符合模具的形状,并且因此符合叶片的外形。玻璃纤维层和闪电接收器两者均从下部叶片模具突出到叶片的前缘之上。
假定闪电接收器示例性地包括590mm的长度、100mm的宽度,玻璃纤维层可包括300mm的宽度和790mm的长度,来以全部宽度和长度与闪电接收器重叠。
接下来,导电块被放置在后缘处,并且通过金属螺钉来连接到闪电接收器。
接下来,叶片的结构构件,尤其是碳纤维增强的叶片部件,但也包括如放电导体之类的电气内部部件,在它们相应的位置处被放置在模具中。此外,放电导体通过电缆来电连接到闪电接收器。可选的内部心轴被放置在其相应的位置处。
接下来,使闪电接收器环绕在叶片的结构构件周围。
此后,闪电接收器将再次使用金属螺钉连接在叶片的后缘中的导电块的另一侧处。
接下来,玻璃纤维层被环绕在金属带周围,上部模具被定位到下部模具上,并且真空将被施加于由模具构建的腔,并且将通过注入树脂或类似的基质材料来铸造所述叶片。此后,将闪电接收器完全地包含到叶片的外形中。
此外,本发明还涉及一种风力涡轮机,其包括至少一个如上所述的叶片,优选为三个叶片。根据本发明的叶片的所有特征以及所说明的优点都可转移到根据本发明的风力涡轮机。
附图说明
本发明的其他优点和细节从下面的实施例和附图中得到。这些附图示意性地示出了:
图1:根据本发明的风力涡轮机,
图2:根据本发明的叶片的第一实施例,
图3:图2的叶片的沿线III-III的剖面,以及
图4:根据本发明的叶片的第二实施例。
具体实施方式
如图1中所示,叶片1通常是风力涡轮机2的一部分。此外,风力涡轮机2还包括:塔架3;机舱4,其被安装在塔架3的顶部上;以及轮毂5,其可旋转地安装在机舱4上。风力涡轮机2的三个叶片1包括叶片根部6,其中,叶片1在叶片根部6处安装在轮毂5上。每个叶片1包括从叶片根部6延伸到叶片末梢7的细长形状。
图2中示出了风力涡轮机2的三个叶片1中的一个的第一实施例的详细视图。叶片1包括一个叶片部件8,该叶片部件8在其整个几何结构上通过碳纤维(未示出)增强。尽管叶片部件8在其整个结构上通过碳纤维增强,但是也有可能叶片部件8仅在一个特定部段中被增强。碳纤维增强的叶片部件8有助于叶片1的机械稳定性。
该叶片包括具有放电导体10的防雷装置9,该放电导体10是电绝缘的电缆,并且该放电导体10沿叶片1延伸并被电连接到风力涡轮机2的接地电缆11。
防雷装置9还包括两个闪电接收器12、13,作为示例,该闪电接收器12、13是金属带并且与放电导体10连接。图2仅示出了闪电接收器12,其位于叶片1的后侧14上。闪电接收器13位于叶片1的前侧15处。闪电接收器12、13两者都关于它们的纵向轴线部分地从叶片1的后缘16朝向前缘17延伸。风在叶片1的前缘17处撞击叶片1,沿叶片1的前侧15沿循叶片1行进,并且在后缘16处离开叶片1。在前侧15的相对侧处,叶片1包括后侧14。
通常,即尤其是在没有闪电接收器12、13的情况下,闪电击中叶片1中的特定位置的概率随着该位置与叶片末梢7之间的距离的减小而增加。闪电接收器12、13的存在降低了闪电击中碳纤维增强的叶片部件8的概率或可能性,即闪电接收器12、13充当碳纤维增强的叶片部件8的闪电防护或闪电屏蔽。
闪电接收器12、13与碳纤维增强的叶片部件8之间的距离应足够小,以使否则将会击中碳纤维增强的叶片部件8的闪电被闪电接收器12、13吸引。另一方面,碳纤维增强的叶片部件8与闪电接收器12、13之间的距离应足够大,以使闪电接收器12、13不会吸引随后由于电压差而击中碳纤维增强的叶片部件8的闪电。总之,通过闪电接收器12、13降低了碳纤维增强的叶片部件8被击中叶片1的闪电的电流损伤的概率。
由于闪电接收器12、13部分地在后缘16和前缘17之间延伸,并且由于叶片1的每一侧14、15上定位有闪电接收器12、13中的一个,因此闪电接收器12、13相应地在叶片1或轮毂5的所有旋转位置中提供待由闪电击中的吸引位置。
闪电接收器12、13通过导电块18与放电导体10电连接,该导电块18是在叶片1的后缘16处定位在叶片1内的金属块。该导电块18经由电缆19和电气T型连接件20来电连接到放电导体10。
闪电接收器12、13通过附接装置21、22来附接到该导电块,该附接装置21、22为金属螺钉。此外,在螺钉21、22的螺母与闪电接收器12、13之间,设置垫圈23,以填充由叶片1的外表面24导致的导电块18与闪电接收器12、13之间的间隙。垫圈23可由青铜、钢、铜、铝或另一合适的材料组成。
防雷装置9还包括突出叶片1的外表面的避雷导体25、26、27、28。作为示例,避雷导体25、26、27、28是蘑菇形的,并且也是供闪电击中叶片1的优选点。避雷导体25、26、27、28与放电导体10电连接。如在示出了沿图2中的线III-III剖切叶片1的后缘的剖切图的图3中可以看到的,避雷导体中的两个25、26位于闪电接收器12、13的外表面的顶部上,并且还经由附接装置21、22和垫圈23连接到导电块18。另外,另外两个避雷导体27、28与绝缘的末梢芯部29一起设置在叶片1的末梢7上。避雷导体27、28具有最高的将被击中叶片1的闪电击中的概率,这是由于避雷导体27、28位于叶片的末梢上,在那里雷击的概率最高。
为了保护闪电接收器12、13免受由天气条件等造成的侵蚀和磨损,闪电接收器12、13被层30覆盖,作为示例,该层30是玻璃纤维层。
图4示出了根据本发明的叶片1的第二实施例,其中,相同的部件用相同的附图标记来命名。与如图2中所示的叶片1对比,图4中的叶片1仅包括一个闪电接收器31,其中,该闪电接收器31在叶片1的前侧15处从后缘16延伸到前缘17,并且随后,在叶片1的后侧14处从前缘17延伸到后缘16。
如图3中所示的剖面和在此背景下描述的所有方面原则上也确实适用于如图4中所示的叶片1的第二实施例,区别仅在于两个闪电接收器12、13被一个闪电接收器31取代。所有其他方面,尤其是关于导电块18和避雷导体25、26以及层30等的方面,也适用于如图4中所示的叶片1。
此外,图4还示出了闪电接收器31围绕内部叶片结构定位,该内部叶片结构的剖面32优选地在全部叶片长度上延伸。与此类似,叶片1的第一实施例的闪电接收器12、13也部分地围绕内部叶片结构定位。
尽管参考优选实施例详细地描述了本发明,但本发明并不受所公开的示例限制,在不脱离本发明的范围的情况下,本领域技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。

Claims (13)

1.用于风力涡轮机(2)的叶片,包括至少一个叶片部件(8),其中,所述叶片部件(8)的面向所述叶片(1)的末梢(7)的至少一个部段是碳纤维增强的,其中,所述叶片(1)还包括防雷装置(9),所述防雷装置(9)具有沿所述叶片(1)延伸的放电导体(10),以排放由击中所述叶片(1)的闪电引起的电流,其特征在于,所述防雷装置(9)包括至少一个导电、细长且扁平的闪电接收器(12、13、31),所述闪电接收器(12、13、31)与所述放电导体(10)电连接,其中,所述闪电接收器(12、13、31)被布置在所述叶片(1)的外表面处或附近,并位于至少一个叶片部件部段和叶片末梢(7)之间,并且至少部分地从所述叶片(1)的后缘(16)朝向前缘(17)延伸。
2.根据权利要求1所述的叶片,其特征在于,至少一个闪电接收器(12、13、31)是或包括带或板或条。
3.根据权利要求1或2所述的叶片,其特征在于,沿朝向所述叶片末梢(7)的方向观察,至少一个闪电接收器(12、13、31)与至少一个碳纤维增强的叶片部件(8)隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的叶片,其特征在于,所述防雷装置(9)包括至少两个闪电接收器(12、13),所述两个闪电接收器(12、13)各自至少部分地从所述叶片(1)的所述后缘(16)朝向所述前缘(17)延伸,其中,所述至少两个闪电接收器(12、13)中的至少两个被布置在所述叶片(1)的相对侧(14、15)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片,其特征在于,至少一个闪电接收器(31)在所述叶片(1)的前侧(15)处从所述后缘(16)延伸到所述前缘(17),并且随后,在所述叶片(1)的后侧(14)处从所述前缘(17)延伸到所述后缘(16)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的叶片,其特征在于,至少一个闪电接收器(12、13、31)通过所述防雷装置(9)的位于所述叶片(1)内的导电块(18)、尤其是金属块与所述放电导体(10)电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的叶片,其特征在于,所述防雷装置(9)包括突出所述叶片(1)的外表面的至少一个导电的避雷导体(25、26、27、28),其中,所述避雷导体(25、26、27、28)与所述放电导体(10)电连接。
8.根据权利要求6和7所述的叶片,其特征在于,所述避雷导体(25、26)通过所述导电块(18)与所述放电导体(10)电连接。
9.根据权利要求6或8中任一项所述的叶片,其特征在于,所述闪电接收器(12、13、31)和/或所述避雷导体(25、26)通过附接装置(21、22)、尤其是通过螺钉来附接到所述导电块(18)。
10.根据权利要求9所述的叶片,其特征在于,所述闪电接收器(12、13、31)和所述避雷导体(25、26)通过共同的附接装置(21、22)来附接到所述导电块(18)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的叶片,其特征在于,至少一个闪电接收器(12、13、31)被层压到所述叶片(1)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的叶片,其特征在于,至少一个闪电接收器(12、13、31)被层(30)、尤其是被玻璃纤维层覆盖。
13.风力涡轮机,其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的叶片(1)。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336342A (zh) * 2005-12-02 2008-12-31 Lm玻璃纤维制品有限公司 用于风力涡轮机叶片的避雷系统
CN101668945A (zh) * 2007-02-19 2010-03-10 维斯塔斯风力系统有限公司 风轮机转子叶片及制造这种转子叶片的方法
CN102365454A (zh) * 2009-03-06 2012-02-29 Lm玻璃纤维制品有限公司 具有闪电保护系统的风力涡轮机叶片
CN103250314A (zh) * 2011-12-09 2013-08-14 三菱重工业株式会社 用于风力涡轮机的风力涡轮机桨叶
CN105209753A (zh) * 2013-05-24 2015-12-30 Lmwp专利控股有限公司 用于风力涡轮叶片的雷电保护系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336342A (zh) * 2005-12-02 2008-12-31 Lm玻璃纤维制品有限公司 用于风力涡轮机叶片的避雷系统
CN101668945A (zh) * 2007-02-19 2010-03-10 维斯塔斯风力系统有限公司 风轮机转子叶片及制造这种转子叶片的方法
CN102365454A (zh) * 2009-03-06 2012-02-29 Lm玻璃纤维制品有限公司 具有闪电保护系统的风力涡轮机叶片
CN103250314A (zh) * 2011-12-09 2013-08-14 三菱重工业株式会社 用于风力涡轮机的风力涡轮机桨叶
CN105209753A (zh) * 2013-05-24 2015-12-30 Lmwp专利控股有限公司 用于风力涡轮叶片的雷电保护系统

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