CN113272549A - 用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统、风力涡轮机叶片和相关方法 - Google Patents

用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统、风力涡轮机叶片和相关方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及符合闪电防护系统和/或减轻风力涡轮发电机叶片中的灰尘问题的能力的用于风力涡轮机的电荷消散系统。本发明的第二目标是包括电荷消散系统的风力涡轮机叶片。本发明的第三目标是用于消散风力涡轮机叶片中的电荷的方法。

Description

用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统、风力涡轮机叶片和相 关方法
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统。本发明涉及符合闪电防护系统和/或减轻风力涡轮发电机叶片中的灰尘问题的能力的电荷消散系统。
本发明的第二目标是包括电荷消散系统的风力涡轮机叶片。
本发明的第三目标是用于消散风力涡轮机叶片中的电荷的方法。
背景技术
在现有技术文献US2497924中已知解决飞机表面上静电的问题。这个问题存在于飞机产业中，包括飞机中的电气设备以及当遇到雷云和冰、雨或灰尘时的故障。而且，飞机与地面隔离。因此，不可能在飞行期间具有接地的线缆以消散静电。这个系统基于被布置在飞机机翼中的电晕放电器，其被连接到金属表面并且向空气释放静电。这降低了飞机电势升高，这保护了电气和电子装置。
还已知文件US3260893涉及一种用于飞机的静电释放系统，其通过使用基于发电机的系统补偿了飞机承受的自然电势，该发电机能够生成DC高压以便将飞机引导到该区域中的相同自然电势。其也包括传感器来测量发电机需要获得的参考电势。
申请人不知道解决上述缺陷的用于风力涡轮机叶片的任意电荷消散系统。
本发明的用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统和相关方法解决了上文提到的缺陷，从而提供了一种用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统，其避免了在叶片表面上的静电和在闪电防护系统上聚积的静电而不会影响闪电防护系统本身的操作。
发明内容
本发明涉及用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统，其中静电收集带电粒子并将其引导至叶片根部。
此外，本发明的用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统解决了现有技术的下述缺陷：
●避免了由于如下原因造成的叶片表面上的静电：
　　○沉积静电：
　　　　■风力涡轮机存在于雷暴雨中，和
　　　　■由于中性雪、雨、沙尘暴引起的摩擦带电（摩擦），或者
　　　　■对叶片正面的尘埃粒子的轰击；
●避免在闪电防护系统上聚积的静电而不会影响闪电防护系统本身的操作；
●通过减少静电荷来减轻灰尘积聚。
一种用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统，其中风力涡轮机叶片包括根部、内部表面、外部表面和被至少部分地设置于外部表面上的第一导电涂料，该电荷消散系统包括：
●被至少部分地设置于叶片的外部表面上的至少一个金属接收器组件，以及
●被连接到所述至少一个金属接收器组件的至少一个导体线缆，以及
其中所述系统进一步包括至少一个第一抗静电元件，该至少一个抗静电元件被构造成使得被至少部分地设置于叶片的外部表面上的第一导电涂料与所述至少一个金属接收器组件电连接。
可选地，风力涡轮机叶片包括用于将叶片连接到风力涡轮机的毂的金属板，其中所述至少一个导体线缆也被连接到金属板。
优选地，所述至少一个第一抗静电元件是包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]中的电阻的电阻元件。
这样构造的本发明的用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统允许通过金属板（优选地叶片的轴承的环）将静电可选地释放到毂，而不受到任意电击的影响，这是因为电击通常去除了靠近金属接收器组件的涂料，从而中断了在被至少部分地设置于叶片的外部表面上的第一导电涂料和被连接到至少一个金属接收器组件的导体线缆之间的路径。此外，这样构造的至少一个第一抗静电元件确保了在第一导电涂料和至少一个金属接收器组件之间的接触。
可选地，金属接收器组件包括：
●被设置于叶片的外部表面上的至少一个金属螺栓接收器，以及
●被连接到所述至少一个金属螺栓接收器的至少一个金属块接收器。
可选地，所述系统进一步包括至少一个第二抗静电元件，其被设置于至少一个导体线缆和金属板之间并且避免闪电电流从其中流动，从而用作所述电流的绝缘体。
优选地，至少一个第二抗静电元件被设置成邻近金属板。
优选地，至少一个第二抗静电元件被至少部分地设置于叶片的内部表面上。
优选地，至少一个第二抗静电元件是包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件。
优选地，至少一个第二抗静电元件包括最小化叶片中的涂料的涂料垫。
替代性地，至少一个第二抗静电元件包括杆，该杆允许以与即插即用装置类似的方式将至少一个第二抗静电元件更快地组装在至少一个导体线缆和金属板之间。
可选地，所述系统进一步包括被设置于叶片的外部表面上的金属带，其邻近至少一个第三抗静电元件，其中在金属带和至少一个第三抗静电元件和叶片的外部表面之间设置有第二导电涂料或片或件，其中金属带被连接到至少一个导体线缆。这构成了静电的附加收集点。
优选地，金属带、至少一个第三抗静电元件和第二导电涂料或片或件被设置于叶片的根部中。
优选地，被至少部分地设置于风力涡轮机叶片的外部表面上的第一导电涂料包括表面电阻率≤1012 Ω/sq，比现有导电涂料小两个数量级。
同样优选地，所述至少一个第三抗静电元件包括表面电阻率≤1012Ω/sq，比现有技术的导电涂料小两个数量级。
本发明也涉及包括上文所述的电荷消散系统的风力涡轮机叶片。
本发明也涉及用于消散在风力涡轮机叶片中的电荷的方法，其中风力涡轮机叶片包括：
●根部
●内部表面，
●外部表面，
●被至少部分地设置于外部表面上的第一导电涂料，
●被至少部分地设置于外部表面上的至少一个金属接收器组件，以及
●被连接到所述至少一个金属接收器组件的至少一个导体线缆，以及
其中所述方法包括借助于至少一个第一抗静电元件将被至少部分地设置于叶片的外部表面上的第一导电涂料与所述至少一个金属接收器组件电连接。
可选地，风力涡轮机叶片包括用于将叶片连接到风力涡轮机的毂的金属板，并且所述方法进一步包括将至少一个导体线缆电连接到金属板的第二阶段。
优选地，借助于至少一个第一抗静电元件将被至少部分地设置于叶片的外部表面上的第一导电涂料与所述至少一个金属接收器组件电连接的第一阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
优选地，将至少一个导体线缆电连接到金属板的第二阶段借助于至少一个第二抗静电元件来执行。
优选地借助于至少一个第二抗静电元件将至少一个导体线缆电连接到所述金属板的第二阶段在定位成邻近金属板的位置中、优选地在至少部分地定位在叶片的内部表面上的位置中执行。
优选地，借助于至少一个第二抗静电元件将所述至少一个导体线缆电连接到所述金属板的第二阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
可选地，所述方法进一步包括将被设置于叶片的外部表面上的金属带、优选地被设置于叶片的根部中的金属带电连接到所述至少一个导体线缆的附加阶段。
附图说明
图1示出了本发明的用于风力涡轮机叶片的电荷消散系统的正视图。
图2示出了图1的截面图AA，其中呈现了至少一个第一抗静电元件，该至少一个抗静电元件被构造成使得被至少部分地设置于叶片的外部表面上的第一导电涂料与至少一个金属接收器组件电连接。
图3示出了叶片的根部的区域中的叶片的内部的示意图，其中呈现了包括被设置于至少一个导体线缆和金属板之间的涂料垫的至少一个第二抗静电元件。
图4示出了叶片的根部的区域中的叶片的内部的示意图，其中呈现了包括被设置于至少一个导体线缆和金属板之间的杆的至少一个第二抗静电元件。
图5示出了图1的截面图BB，其中示出了被设置于叶片的外部表面上的金属带，其邻近至少一个第三抗静电元件和第二导电涂料或板或件。
具体实施方式
在本发明的优选实施例中，一种用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其中风力涡轮机叶片（1）包括根部（2）、内部表面（3）、外部表面（4）和被至少部分地设置于外部表面（4）上的第一导电涂料（5），该电荷消散系统包括：
●被至少部分地设置于叶片（1）的外部表面（4）上的至少一个金属接收器组件（7、8），其进而包括：
　　○被设置于叶片（1）的外部表面（4）上的至少一个金属螺栓接收器（7），和
　　○被连接到至少一个金属螺栓接收器（7）的至少一个金属块接收器（8），和
●被连接到至少一个金属接收器组件（7、8）的至少一个导体线缆（9），
其中所述系统进一步包括至少一个第一抗静电元件（10），该至少一个抗静电元件（10）被构造成使得被至少部分地设置于叶片（1）的外部表面（4）上的第一导电涂料（5）与至少一个金属接收器组件（7、8）电连接。
可选地，风力涡轮机叶片（1）包括用于将叶片（1）连接到风力涡轮机的毂（未示出）的金属板（6），其中至少一个导体线缆（9）也被连接到金属板（6）。,
至少一个第一抗静电元件（10）是电阻元件，其包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻，优选地包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻。
所述系统进一步包括被设置于至少一个导体线缆（9）和金属板（6）之间的至少一个第二抗静电元件（11），其优选地包括涂料垫，其中至少一个第二抗静电元件（11）被布置成邻近金属板（6）且至少部分地在叶片（1）的内部表面（3）上。
至少一个第二抗静电元件（11）是电阻元件，其包括在区间[1 kW，10 MΩ]内的电阻，优选地包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻。
所述系统进一步包括被设置于叶片（4）的外部表面上的金属带（12），其邻近至少一个第三抗静电元件（13），其中在金属带（12）和至少一个第三抗静电元件（13）和叶片（1）的外部表面（4）之间设置有第二导电涂料（14）或片或件，其中金属带（12）被连接到至少一个导体线缆（9），优选地借助于金属材料、优选地借助于螺栓（15）和螺母（16）系统连接，并且其中金属带（12）、至少一个第三抗静电元件（13）和第二导电涂料（14）或片或件被设置于叶片（1）的根部（2）中。
本发明也涉及包括上文所述的电荷消散系统的风力涡轮机叶片（1）。
本发明也涉及用于消散在风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其中风力涡轮机叶片（1）包括：
●根部（2），
●内部表面（3），
●外部表面（4），
●可选地用于将叶片（1）连接到风力涡轮机的毂的金属板（6），
●被至少部分地设置于外部表面（4）上的第一导电涂料（5），
●被设置于外部表面上的至少一个金属接收器组件（7、8），其进而包括：
　　○被设置于叶片（1）的外部表面（4）上的至少一个金属螺栓接收器（7），和
　　○被连接到至少一个金属螺栓接收器（7）的至少一个金属块接收器（8），和
●被连接到至少一个金属接收器组件（7、8）和金属板（6）的至少一个导体线缆（9），并且
其中所述方法包括借助于至少一个第一抗静电元件（10）将被至少部分地设置于叶片（1）的外部表面（4）上的第一导电涂料（5）与至少一个金属接收器组件（7、8）电连接的第一阶段，以及可选地将至少一个导体线缆（9）电连接到金属板（6）的第二阶段。
借助于至少一个第一抗静电元件（10）将被至少部分地设置于叶片（1）的外部表面（4）上的第一导电涂料（5）与至少一个金属接收器组件（7、8）电连接的第一阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件、优选地通过放置包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
将至少一个导体线缆（9）电连接到金属板（6）的第二阶段借助于至少一个第二抗静电元件（11）来执行，在邻近金属板（6）的位置、优选地在至少部分地定位在叶片的内部表面（3）上的位置执行第二阶段。
借助于至少一个第二抗静电元件（11）将至少一个导体线缆（9）电连接到金属板（6）的第二阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件、优选地通过放置包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
优选地，所述方法进一步包括将被设置于叶片（1）的根部（2）中的外部表面（4）上的金属带（12）电连接到至少一个导体线缆（9）的附加阶段。
附加阶段进一步包括将金属带（12）电连接到邻近金属带（12）的至少一个第三抗静电元件（13）并且将第二导电涂料（14）或片或件设置在金属带（12）和至少一个第三抗静电元件（13）和叶片（1）的外部表面（4）之间的子阶段。
实验室测试支持了如下事实：闪电电流不能够流动通过这些抗静电元件（10、11、13），并且对于任意绝缘体，绝缘水平是相同的。

Claims (25)

1.一种用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其中所述风力涡轮机叶片（1）包括根部（2）、内部表面（3）、外部表面（4）和被至少部分地设置于所述外部表面（4）上的第一导电涂料（5），其中所述系统包括：
●被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的至少一个金属接收器组件（7、8），
●被连接到所述至少一个金属接收器组件（7、8）的至少一个导体线缆（9），
其特征在于，所述系统进一步包括至少一个第一抗静电元件（10），该至少一个抗静电元件（10）被构造成使得被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的所述第一导电涂料（5）与所述至少一个金属接收器组件（7、8）电连接。
2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其中所述风力涡轮机叶片（1）包括用于将所述叶片（1）连接到风力涡轮机的毂的金属板（6），其特征在于所述至少一个导体线缆（9）也被连接到所述金属板（6）。
3.根据权利要求2所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，其进一步包括被设置于所述至少一个导体线缆（9）和所述金属板（6）之间的至少一个第二抗静电元件（11）。
4.根据权利要求3所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第二抗静电元件（11）被设置成邻近所述金属板（6）。
5.根据权利要求3或4中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第二抗静电元件（11）被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述内部表面（3）上。
6. 根据权利要求3-5中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第二抗静电元件（11）是包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻、优选地包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻的电阻元件。
7.根据权利要求3-6中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第二抗静电元件（11）包括涂料垫。
8.根据权利要求3-6中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第二抗静电元件（11）包括杆。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的所述至少一个金属接收器组件（7、8）包括：
○被设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的至少一个金属螺栓接收器（7），和
○被连接到所述至少一个金属螺栓接收器（7）的至少一个金属块接收器（8）。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第一抗静电元件（10）是包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻、优选地包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻的电阻元件。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，其进一步包括被设置于所述叶片（4）的所述外部表面上的邻近至少一个第三抗静电元件（13）的金属带（12），其中在所述金属带（12）和所述至少一个第三抗静电元件（13）和所述叶片（1）的所述外部表面（4）之间设置有第二导电涂料（14）或片或件，其中所述金属带（12）被连接到所述至少一个导体线缆（9）。
12.根据权利要求11所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述金属带（12）借助于金属材料、优选地借助于螺栓（15）和螺母（16）系统被连接到所述至少一个导体线缆（9）。
13.根据权利要求11或12中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，其中所述金属带（12）、所述至少一个第三抗静电元件（13）和所述第二导电涂料（14）或片或件被设置于所述叶片（1）的所述根部（2）中。
14. 根据权利要求11-13中的任一项所述的用于风力涡轮机叶片（1）的电荷消散系统，其特征在于，所述至少一个第三抗静电元件（13）包括表面电阻率≤1012 Ω/sq。
15.一种风力涡轮机叶片（1），包括根据前述权利要求中的任一项所述的电荷消散系统。
16. 根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片（1），进一步包括根部（2）、内部表面（3）、外部表面（4）和被至少部分地设置于所述外部表面（4）上的第一导电涂料（5），其特征在于，被至少部分地设置于所述外部表面（4）上的所述第一导电涂料（5）包括表面电阻率≤1012Ω/sq。
17.一种用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其中所述风力涡轮机叶片（1）包括：
●根部（2），
●内部表面（3），
●外部表面（4），
●被至少部分地设置于所述外部表面（4）上的第一导电涂料（5），
●被设置于所述外部表面（4）上的至少一个金属接收器组件（7、8），
●被连接到所述至少一个金属接收器组件（7、8）的至少一个导体线缆（9），以及
其特征在于，所述方法包括借助于至少一个第一抗静电元件（10）将被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的所述第一导电涂料（5）与所述至少一个金属接收器组件（7、8）电连接的第一阶段。
18.根据权利要求17所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其中所述风力涡轮机叶片包括用于将所述叶片（1）连接到风力涡轮机的毂的金属板（6），并且所述方法进一步包括将所述至少一个导体线缆（9）电连接到所述金属板（6）的第二阶段。
19. 根据权利要求16-18中的任一项所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其特征在于，借助于所述至少一个第一抗静电元件（10）将被至少部分地设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的所述第一导电涂料（5）与所述至少一个金属接收器组件（7、8）电连接到所述第一阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件、优选地通过放置包括在区间[10 KW，1 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
20.根据权利要求18所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其特征在于，将所述至少一个导体线缆（9）电连接到所述金属板（6）的所述第二阶段借助于至少一个第二抗静电元件（11）来执行。
21. 根据权利要求20所述的用于消散风力涡轮机叶片（1 ）中的电荷的方法，其特征在于，所述第二阶段在定位成邻近所述金属板（6）的位置中执行。
22.根据权利要求21所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其特征在于，所述第二阶段在至少部分地定位在所述叶片的所述内部表面（3）上的位置中执行。
23. 根据权利要求18、20、21或22中的任一项所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其特征在于，所述第二阶段通过放置包括在区间[1 kΩ，10 MΩ]内的电阻的电阻元件、优选地放置包括在区间[10 kΩ，1 MΩ]内的电阻的电阻元件来执行。
24.根据权利要求17-23中的任一项所述的用于消散风力涡轮机叶片（1）中的电荷的方法，其特征在于，其进一步包括将被设置于所述叶片（1）的所述外部表面（4）上的金属带（12）电连接到所述至少一个导体线缆（9）的附加阶段。
25. 根据权利要求24所述的用于消散风力涡轮机叶片（1 ）中的电荷的方法，其特征在于，所述附加阶段包括将所述金属带（12）电连接到邻近所述金属带（12）的至少一个第三抗静电元件（13）并且将第二导电涂料（14）或片或件布置在所述金属带（12）和所述至少一个第三抗静电元件（13）和所述叶片（1）的所述外部表面（4）之间的子阶段。
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