CN115680988A - 闪电旁路系统 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮(10)的叶片(22)的闪电旁路系统，该闪电旁路系统包括叶片连接器(110)，该叶片连接器包括电绝缘材料(114)并且构造成基本上位于风力涡轮叶片(22)的叶片根部(24)的旋转轴线(R)上。叶片连接器(110)构造成电连接到叶片(22)的引下线线缆(100)，并且包括构造成电连接到叶片连接器(110)的第一端部(111)和第二端部(112)的芯。本公开还涉及用于提供闪电旁路系统的方法和包括闪电旁路系统的风力涡轮毂组件。

Description

闪电旁路系统

技术领域

本公开涉及闪电旁路系统和用于提供闪电旁路系统的方法，并且更特别地涉及用于风力涡轮的闪电旁路系统和相关联的方法。本公开还涉及风力涡轮转子毂组件。

背景技术

风力涡轮广泛地用来将风能转换成电力。生成的电力可被供应到电力网并引导至消费者。风力涡轮大体上包括塔架，在塔架的顶部上安装有机舱。包括转子毂或毂和多个叶片的转子大体上相对于机舱能够旋转地安装。多个叶片利用由风生成的空气动力在旋转轴上产生净正扭矩，从而导致机械功率的产生，该机械功率随后在发电机中转化为电力。

叶片可直接连接到转子毂，或者可通过变桨轴承连接。变桨系统可使叶片沿着其纵向轴线旋转，从而允许改变风力涡轮叶片相对于引入的空气流的攻角。由此，可控制作用在叶片上的空气动力。

在过去的几十年里，风力涡轮已迅速发展，并且风力涡轮部件已经被改进，以承受更高的负载和不利的天气条件。由于风力涡轮的高度和暴露，重要的是为其提供有效的防闪电系统以将闪电放电从闪电冲击位置疏散到地面而不影响风力涡轮的电力或结构部件。

一般来说，防闪电系统包括设置在风力涡轮叶片上的接闪器，以经由设置在叶片内的闪电引下线将闪电放电传导到接地连接部。已知的防闪电系统的主要问题之一是如何将闪电放电从叶片中的引下线传导到设置在风力涡轮转子毂、机舱或塔架处的接地连接部。

火花间隙和/或电刷通常用于该目的，在诸如风力涡轮叶片根部的风力涡轮移动部件和转子毂和/或转子毂和机舱之间提供电路径。然而，这些方法存在一些缺点。在叶片中提供火花间隙不是容易解决的解决方案。这些系统包括彼此靠近布置的至少两个导电条，以便在它们之间提供导电连接，以绕过在风力涡轮部件之间的连接，例如叶片根部到转子毂的连接。在这种火花间隙系统中，闪电引下线可能需要穿过叶片主体的壁或穿过叶片根部凸缘来接触第一导体条，并且因此在一些情况下应当在叶片根部上提供通孔。所述通孔可能对叶片的结构稳定性具有负面影响，需要进一步的叶片加强。此外，一旦插入引下线，通孔就应当被密封，以避免到叶片的内部的任何泄漏。除了前述缺点之外，还应当执行火花间隙系统的定期维护，以确保清洁和精确的间距间隙。

此外，由于其部件的未对齐、由于大气沉积物的碎屑的积累和/或部件的磨损而导致的防闪电系统的潜在故障可能促使闪电放电不遵循既定的电路径到达地面，而是遵循通过其它风力涡轮部件的最小电阻路径。这意味着诸如叶片变桨轴承的电力和/或结构部件可能充当闪电放电导体，严重缩短其寿命并造成高更换成本。

本公开提供了至少部分地克服上述缺点中的一些的方法和系统。

发明内容

在本公开的一个方面，提供了一种用于风力涡轮的闪电旁路系统。该闪电旁路系统包括连接器组件，该连接器组件包括叶片连接器，该叶片连接器包括电绝缘材料。此外，叶片连接器包括第一端部和第二端部，第一端部构造成电连接到叶片的引下线线缆，第二端部构造成将闪电放电传导到风力涡轮的转子毂。叶片连接器还包括导电材料的芯，该芯构造成电连接到第一端部和第二端部。叶片连接器构造成基本上位于风力涡轮叶片的叶片根部的旋转轴线上。

根据该方面，叶片连接器基本上位于叶片根部的旋转轴线上的事实允许紧凑和稳健的闪电旁路系统布局，其中，用于修改叶片变桨角度的叶片的旋转不会在闪电旁路系统的部件之间产生相对移动。这允许调整与闪电系统相关联的导电元件的长度，并建立不随叶片变桨角度改变其在叶片内的内部位置的导电路径。这两个方面都导致更安全可靠的连接，并且允许更高效地使用内部叶片和转子空间。

此外，以这种方式，该系统绕过不意于接收闪电放电的任何结构和电叶片部件，并特别是变桨轴承。因此，变桨轴承系统的部件可被保护而免受强烈的温度梯度的影响，并且其寿命也可提高。

在另一个方面，提供了一种用于提供闪电旁路组件系统的方法。该方法包括提供由电绝缘材料制成的叶片连接器，该叶片连接器基本上位于风力涡轮的叶片根部的旋转轴线上。叶片连接器包括第一端部、第二端部和电连接到第一端部和第二端部的导电材料的芯。该方法还包括：将叶片连接器的第一端部连接到叶片的接闪器的引下线线缆；在叶片连接器的第一端部和第二端部之间提供可旋转连接；以及将叶片连接器导电地联接到风力涡轮的闪电接地系统。

在本公开的另一个方面，提供了一种风力涡轮毂组件。该组件包括风力涡轮转子毂、至少一个风力涡轮叶片和闪电旁路系统。风力涡轮叶片包括叶片根部，并且闪电旁路系统包括：叶片连接器，其包括电绝缘材料，固连到风力涡轮叶片并且基本上位于风力涡轮的叶片根部的旋转轴线上；以及毂连接器，其由电绝缘材料制成，固连到风力涡轮的转子毂。此外，叶片连接器包括：第一端部，其构造成电连接到叶片的引下线线缆；第二端部，其构造成将闪电放电传导到毂连接器；以及导电材料的芯，其构造成电连接第一端部和第二端部，其中，第二端部能够相对于第一端部旋转。

本公开的示例的另外目的、优点和特征对于本领域技术人员在研究说明书之后将变得显而易见，或者可通过实践本公开而获知。

在整个本公开中，并且关于本文中公开的各种示例，应当注意，叶片根部部分可直接联接到转子毂、转子毂延伸器、变桨轴承或本领域中为此目的已知的转子毂的任何其它元件。

如在整个本公开中使用的电绝缘材料可理解为是指电流在其中不自由流动的材料。电绝缘体具有高的电阻率。橡胶、玻璃和塑料是电绝缘体的示例。如在整个本公开中使用的导电材料可理解为允许电流的流动的材料。导电材料具有低的电阻率。铜和铝线或线缆是电导体的示例。

技术方案1. 一种用于风力涡轮(10)的叶片(22)的闪电旁路系统，所述闪电旁路系统包括：

叶片连接器(110)，其包括电绝缘材料(114)，并且构造成基本上位于风力涡轮叶片(22)的叶片根部(24)的旋转轴线(R)上；其中

所述叶片连接器(110)包括：第一端部(111)，其构造成电连接到所述叶片(22)的引下线线缆(100)；第二端部(112)，其构造成将闪电放电传导到所述风力涡轮(10)的转子毂(20)；和导电材料的芯(113)，其构造成电连接到所述第一端部(111)和所述第二端部(112)。

技术方案2. 根据技术方案1所述的闪电旁路系统，其中，所述叶片连接器(110)的所述第一端部(111)和所述第二端部(112)形成可旋转连接。

技术方案3. 根据技术方案1至2中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述叶片连接器(110)的至少所述第二端部(112)包括可旋转有眼螺栓连接器(115)。

技术方案4. 根据技术方案1至3中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述系统还包括在所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)和风力涡轮机舱(16)之间的可旋转电连接；所述可旋转电连接包括：

导电表面(126)，

电刷(128)，其用于提供与所述导电表面(126)的电接触，和

所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)，其电连接到所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的一个。

技术方案5. 根据技术方案4所述的闪电旁路系统，其中，所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的一个固连到所述风力涡轮转子毂(20)，并且所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的另一个固定到所述风力涡轮机舱(16)，以提供在所述风力涡轮转子毂(20)和所述风力涡轮机舱(16)之间的电路径。

技术方案6. 根据技术方案4所述的闪电旁路系统，其中，所述导电表面(126)是环形金属盘。

技术方案7. 根据技术方案1至6中任一项所述的闪电旁路系统，还包括固连到所述风力涡轮(10)的所述转子毂(20)的由电绝缘材料(123)制成的毂连接器(120)，并且所述毂连接器(120)包括导电材料的芯(121)，所述芯(121)通过导电元件(116)电连接到所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)。

技术方案8. 根据技术方案7所述的闪电旁路系统，其中，所述导电元件(116)包括电绝缘材料盖。

技术方案9. 根据技术方案7至8中任一项所述的闪电旁路系统，其中，由所述导电元件(116)限定的连接的路径(200)用作到线缆束(201)的引导件。

技术方案10. 根据技术方案7至9中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述毂连接器(120)包括可旋转有眼螺栓连接器(122)。

技术方案11. 一种风力涡轮叶片，包括根据技术方案1至10中任一项所述的闪电旁路系统。

技术方案12. 根据技术方案11所述的风力涡轮，其中，所述叶片连接器附接到叶片凸缘。

技术方案13. 一种在风力涡轮(10)中提供闪电旁路系统的方法，所述方法包括：

提供包括电绝缘材料(123)的叶片连接器(110)，所述叶片连接器(110)基本上位于所述风力涡轮(10)的叶片根部(24)的旋转轴线(R)上，其中，所述叶片连接器(110)包括第一端部(111)、第二端部(112)和电连接到所述第一端部(111)和所述第二端部(112)的导电材料的芯(113)；

将所述叶片连接器(110)的所述第一端部(111)连接到来自叶片(22)的接闪器的引下线线缆(100)；

在所述叶片连接器(110)的所述第一端部(111)和所述第二端部(112)之间提供可旋转连接(115, 116, 122)；和

将所述叶片连接器(110)导电地联接到风力涡轮(10)的闪电接地系统(129)。

技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其中，所述方法还包括：

提供固连到风力涡轮转子毂(20)和风力涡轮机舱(16)中的一个并与其电隔离的导电表面(126)；

提供用于与所述导电表面(126)电接触的电刷(128)，所述电刷(128)固定到所述导电表面(126)所固连到的所述风力涡轮转子毂(20)和所述风力涡轮机舱(16)中的另一个，从而在所述风力涡轮转子毂(20)和所述风力涡轮机舱(16)之间提供电路径；和

将所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)导电地联接到所述导电表面(126)。

技术方案15. 根据技术方案13至14中任一项所述的方法，还包括：

将由电绝缘材料(123)制成的毂连接器(120)固连到所述风力涡轮(10)的所述转子毂(20)；其中，所述毂连接器(120)包括导电材料的芯(121)；

通过导电元件(116)将所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)导电地联接到所述毂连接器(120)，所述导电元件(116)限定连接的路径(200)；和

沿着由所述导电元件(116)限定的所述连接的路径(200)引导线缆束(201)。

附图说明

图1示意性地图示风力涡轮的一个示例的透视图；

图2图示风力涡轮的毂和机舱的示例；

图3示意性地图示包括根据本公开的闪电旁路系统的示例的风力涡轮转子组件的截面视图；

图4是示意性地图示包括根据本公开的闪电旁路系统的另一个示例的风力涡轮转子组件的详细截面视图；

图5示意性地图示包括根据本公开的闪电旁路系统的另一个示例的风力涡轮转子和机舱组件的截面视图；

图6示意性地图示包括根据本公开的闪电旁路系统的又一个示例的风力涡轮转子和机舱组件的截面视图；和

图7示意性地图示用于提供风力涡轮叶片组件的方法的示例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中被示出。每个示例通过解释本公开的方式被提供，而不是作为对本公开的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本公开覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。

图1是风力涡轮10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮10是水平轴式风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴式风力涡轮。在该示例中，风力涡轮10包括从在地面12上的支撑系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制成，以在支撑系统14和机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，该塔架可为混合塔架，其包括由混凝土制成的部分和管状钢部分。另外，塔架可为部分格构(lattice)塔架或全格构塔架。

转子叶片22围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载转移区域26处将叶片根部部分24联接到毂20而配合到毂20。负载转移区域26可具有毂负载转移区域和叶片负载转移区域(二者在图1中均未示出)。诱导至转子叶片22的负载经由负载转移区域26转移到毂20。

在示例中，转子叶片22可具有从约15米(m)至约90 m或更长的范围的长度。转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文中所述那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20 m或更短、37 m、48.7 m、50.2 m、52.2 m或大于91 m的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并受到离心力时，转子叶片22也受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。

此外，转子叶片22的变桨角度(即，确定转子叶片22相对于风向的取向的角度)可由变桨系统32改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角向位置来控制由风力涡轮10产生的负载和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可特别地改变转子叶片22的变桨角度，使得转子叶片(的部分)的攻角减小，这有利于减小旋转速度和/或有利于转子18的停机。

在示例中，每个转子叶片22的叶片变桨由风力涡轮控制器36或变桨控制系统80单独控制。备选地，所有转子叶片22的叶片变桨可由所述控制系统同时控制。

此外，在示例中，随着风向28改变，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。

在示例中，风力涡轮控制器36示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍布风力涡轮10各处、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括处理器40，处理器40配置成执行本文中描述的方法和/或步骤。此外，本文中描述的许多其它部件包括处理器。

如本文中所用，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。应当理解，处理器和/或控制系统也可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

图2是风力涡轮10的一部分的放大截面视图。在示例中，风力涡轮10包括机舱16和能够旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联接器50能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在示例中，主轴44设置成至少部分地与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转移动转化为高速轴48的相对快的旋转移动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联接器50连接到发电机42，用于产生电能。此外，变压器90和/或合适的电子设备、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将具有400 V至1000 V之间的电压的由发电机42生成的电能变换成具有中压(10-35 KV)的电能。所述电能经由电力线缆从机舱16传导到塔架15中。

齿轮箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支撑结构框架支撑，该主支撑结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱46可包括通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52的齿轮箱壳体。在示例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可通过脱离支撑装置54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中，并因此导致噪声发射源。

任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负载导致的全部负载，并且进一步将这些负载引入到风力涡轮10的塔架15中。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联接器50以及任何相关联的紧固、支撑和/或固定设备(包括但不限于支撑件52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62)有时被称为传动系64。

在一些示例中，风力涡轮可为没有齿轮箱46的直接驱动风力涡轮。在直接驱动风力涡轮中，发电机42以与转子18相同的旋转速度操作。因此，它们大体上相比于具有齿轮箱46的风力涡轮中使用的发电机具有大得多的直径，以用于相比于具有齿轮箱的风力涡轮提供相似量的功率。

机舱16还可包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且因此也使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。

为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统58，该系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向和/或风速。在示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的变桨角度。图2中仅示出了三个变桨驱动系统68中的一个。

在示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74将机械力施加到变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78由变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。

变桨驱动系统68联接到风力涡轮控制器36，用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号后调节转子叶片22的变桨角度。在示例中，变桨驱动马达74是使得变桨组件66能够如本文中所述那样起作用的由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的旋转惯量和/或向风力涡轮10的部件供应能量的存储能量源(未示出)提取的能量驱动。

变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定的优先情况下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制变桨驱动系统68。在示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68。在示例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制变桨驱动系统68来调节转子叶片22的变桨角度。

根据实施例，例如包括电池和电容器的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80和变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在示例中，功率发生器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损失事件可包括电力网损失或电压跌落(dip)、风力涡轮10的电力系统的故障和/或风力涡轮控制器36的失效。在电功率损失事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损失事件期间操作。

在示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、线缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的空腔86中。在备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接到外表面。

图3是包括闪电旁路系统的示例的风力涡轮转子毂的示意性截面视图。注意，内壁的厚度已经被示意性地包括在内，并且实心体与切割平面的相交部分没有用阴影指示，唯一的目的是减少杂乱。

图3示出用于风力涡轮的叶片22的闪电旁路系统，该闪电旁路系统包括叶片连接器110，叶片连接器110包括电绝缘材料114并且构造成基本上位于风力涡轮叶片的叶片根部24的旋转轴线R上。叶片连接器110包括构造成电连接到叶片22的引下线线缆100的第一端部111、构造成将闪电放电传导到风力涡轮的毂20的第二端部112和构造成电连接到第一端部111和第二端部112的导电材料的芯113。

叶片连接器可包括电绝缘紧固件114，用于将叶片连接器110连接到叶片根部，特别是叶片凸缘、布置在叶片根部中的板或类似物。电绝缘紧固件114可为衬套。

另外，图3示出叶片连接器110的第二端部112可相对于第一端部可旋转。在图示的示例中，叶片连接器110的第二端部112包括可旋转有眼螺栓连接器115。然而，也可使用其它类型的连接器。

在示例中，闪电旁路系统还可包括在叶片连接器的第二端部和风力涡轮机舱之间的电连接。可旋转电连接可包括导电表面、用于提供与导电表面的电接触的电刷、以及电连接到导电表面和电刷中的一个的叶片连接器的第二端部。到导电表面或电刷的电连接可为直接的(例如，直接线缆)或间接的(通过另外的连接器、接口和元件)。

此外，图3示出连接器组件还可包括由电绝缘材料123制成并固连到风力涡轮的毂20的毂连接器120。毂连接器120还可包括导电材料的芯121，芯121通过导电元件116电连接到叶片连接器110的第二端部112。

导电元件可限定连接的路径200。注意，连接的路径200已经用虚线概念性地图示。在图3的图示示例中，毂连接器120电联接到接地系统129；然而，其它布置也是可能的。例如，在其中毂连接器120不存在的情况下，接地系统129可备选地联接到毂连接器110的第二端部112。

毂连接器123可包括由电绝缘材料制成的用于连接到毂的一部分的紧固件。紧固件123可为衬套。

图3还示出包括先前公开的闪电旁路系统的风力涡轮叶片的局部视图。更特别地，图3图示风力涡轮叶片的叶片根部部分24和在该叶片根部部分24内的闪电旁路系统的布置。此外，在该示例中，风力涡轮叶片还包括至少一个横杆301，横杆301横跨叶片根部24定位，以将叶片连接器110基本上固连在叶片根部24的旋转轴线R上。备选地，也可使用叶片凸缘300的延伸部或其它备选方案来将叶片连接器110固连在适当位置。作为示例，风力涡轮叶片可还包括或备选地包括基本上覆盖整个叶片根部的叶片根部加强件或叶片凸缘300。在所示的示例中，风力涡轮叶片包括连接风力涡轮叶片的直径上相对的侧部并将叶片连接器110固连在适当位置的横杆301和加强件或凸缘300两者。

图4示出闪电旁路组件的另一个示例的详细视图，其中诸如接地系统的若干部件没有被图示，以减少杂乱。该图示出在叶片连接器110和先前公开的毂连接器120之间的连接的路径的示例。在该示例中，导电元件116是金属带，其可包括电绝缘材料盖以保护其它部件免受在闪电放电期间可能流过其的电流的影响。也可使用诸如金属棒或线缆的其它类型的导电元件。此外，图3示出毂连接器120还可包括有眼螺栓连接器122，以提供另外的旋转自由度并减小连接元件上的扭转应力。

有眼螺栓连接器122(在图3和图5的两个示例中)可能够旋转地安装在电绝缘衬套123中。类似地，有眼螺栓连接器115可能够旋转地安装在电绝缘衬套114中。

在示例中，导电元件116可限定用作用于另外的线缆束201的引导件的连接的路径。在本示例中，线缆束201可为连接到叶片中的传感器的一束线缆(例如，光纤线缆)。传感器和线缆可形成风力涡轮子系统(即，叶片监测系统、闪电监测系统、除冰系统、叶片航空闪电系统)的部分，其遵循所述连接的路径从叶片根部24延伸到转子毂20。线缆束201可借助于紧固件202联接到导电元件116和/或可由叶片连接器110和毂连接器120引导。

图5是包括闪电旁路系统的又一示例的风力涡轮转子毂和机舱的示意性截面视图。从叶片朝向毂的引下线之间的连接可与图3和图4中图示的示例大体上相同或类似。

在图5中所示的示例中，闪电旁路系统还包括在叶片连接器110的第二端部112和风力涡轮机舱16之间的可旋转电连接。可旋转电连接包括导电表面126和用于提供与导电表面126的电接触的电刷128。闪电旁路系统还包括到叶片连接器110的第二端部112和到导电表面126和电刷128中的一个的导电连接。在所示的示例中，导电线缆125物理地连接到毂连接器120，毂连接器120以前面参考图3和图4描述的方式连接到叶片连接器110和叶片中的防闪电系统。然而，可省略毂连接器120，并且导电线缆125直接联接到叶片连接器110。

在图5中的示例中，导电表面126固连到风力涡轮毂20，并且电刷28固定到风力涡轮机舱16并在可旋转的风力涡轮毂20和风力涡轮机舱16之间提供电路径。

在本示例中的导电表面126借助于非导电支撑件127固定到转子毂20，以防止会传递到转子毂20的闪电放电，并且因此避免闪电放电通过转子轴承21'。电刷128可遵循类似的方法固定到机舱16，尽管为了减少杂乱而在该图中没有描绘对应的支撑件。备选地，导电表面126可固连到风力涡轮机舱16，并且电刷128可固定到风力涡轮毂20，以在风力涡轮毂20和风力涡轮机舱16之间提供电路径。

在图示的示例中，导电表面126是环形金属盘，尽管该元件的几何形状可适合于闪电系统的具体要求。

在另一个方面，图5还示出包括风力涡轮转子毂20、至少一个风力涡轮叶片22和闪电旁路系统的风力涡轮毂组件。风力涡轮叶片22包括叶片根部24，并且闪电旁路系统包括：叶片连接器110，其由电绝缘材料114制成，固连到风力涡轮叶片并且基本上位于风力涡轮的叶片根部24的旋转轴线R上；以及毂连接器120，其由电绝缘材料123制成，固连到风力涡轮的转子毂20。叶片连接器110包括：第一端部111，其构造成电连接到叶片的引下线线缆100；第二端部112，其构造成将闪电放电传导到毂连接器120；以及导电材料的芯113，其构造成电连接第一端部111和第二端部112，其中，第二端部112能够相对于第一端部旋转。

叶片连接器包括由电绝缘材料制成的衬套。

此外，风力涡轮毂组件可包括毂连接器120，毂连接器120包括导电材料的芯121，导电材料的芯121通过导电元件116电连接到叶片连接器110的第二端部112，导电元件限定连接的路径200。

风力涡轮毂组件还可包括固连到风力涡轮转子毂20的导电表面126。在示例中，该组件还可包括用于提供与导电表面126的电接触的电刷128、以及电连接到毂连接器120和导电表面126的导电线缆125。电刷128固定到风力涡轮机舱16，并且提供在风力涡轮转子毂20和风力涡轮机舱16之间的电路径。

此外，图5图示转子毂20可通过毂轴承21'安装在框架21上，从而在毂和框架之间形成可旋转的连接。支撑转子毂20的框架21可连接到在机舱16中的另一框架或其它结构支撑件。

在示例中，转子毂可通过柔性联接器连接到转子轴。柔性联接器可构造成传递扭转负载，但避免传递弯曲负载(或至少减少其传递)。转子轴可直接驱动发电机，或者可形成低速轴，该低速轴形成齿轮箱的输入轴。

在图5的示例中，示意性地图示了直接驱动风力涡轮。在该示例中，转子毂20可连结到外部结构162，该外部结构162可包括发电机转子或连接到发电机转子。因此，外部结构162可围绕机舱内部结构161旋转，机舱内部结构161可包括发电机定子或形成发电机定子。

图6示出在包括主转子轴44的风力涡轮构造中根据本公开的闪电系统的另一个示例，转子毂20安装在该主转子轴44上。主轴44构造成驱动发电机转子的轴，并且可直接或间接地操作地联接到发电机转子的轴。在该示例中，转子轴44借助于主轴承25能够旋转地支撑在机舱16中。

因此，根据本公开的闪电系统适用于广泛范围的风力涡轮构造，即直接驱动风力涡轮或包括齿轮箱系统的风力涡轮等。

在本公开的另一个方面，提供了一种方法600。方法600适合于提供闪电旁路系统。方法600在图7中示意性地图示。

该方法包括在框601，提供包括电绝缘材料114的叶片连接器110，该叶片连接器110基本上位于风力涡轮的(风力涡轮叶片的)叶片根部24的旋转轴线R上，其中，叶片连接器110包括第一端部111、第二端部112和导电材料的芯113，该导电材料的芯113电连接到第一端部111和第二端部112。叶片连接器110可为或包括电绝缘衬套。

方法600还包括在框602，将叶片连接器110的第一端部111连接到引下线线缆100，该引下线线缆100连接到叶片的接闪器。此外，方法600包括在框603，提供在叶片连接器110的第一端部111和第二端部112之间的可旋转连接。例如，可借助于位于叶片连接器110的第二端部112处的有眼螺栓连接器115来提供可旋转连接。

此外，方法600包括在框604，将叶片连接器的第二端部导电地联接到风力涡轮的闪电接地系统129。

在示例中，用于提供闪电旁路系统的方法600可包括提供导电表面126，该导电表面126固连到风力涡轮转子毂20和风力涡轮机舱16中的一个并与其电隔离。此外，该方法可包括：提供用于与导电表面126电接触的电刷128，电刷128固定到导电表面126所固连到的风力涡轮转子毂20和涡轮机舱16中的另一个；在风力涡轮毂20和风力涡轮机舱16之间提供电路径；以及将线缆125从叶片连接器110的第二端部112导电地联接到导电表面126。

在另外示例中，方法600可包括：提供由电绝缘材料123制成的毂连接器120，该毂连接器120固连到风力涡轮的毂20，其中，毂连接器120包括导电材料的芯121；通过导电元件116将叶片连接器110的第二端部112导电地联接到毂连接器120，导电元件116限定连接的路径200；以及沿着由导电元件116限定的连接的路径200引导线缆束201。线缆束201可为诸如叶片监测系统、闪电监测系统、除冰系统或叶片航空闪电系统等的叶片子系统的部分。

本书面描述使用示例来公开本教导，包括优选实施例，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本文中公开的教导，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有无实质性差别的等同结构要素，则此类其它示例旨在处于权利要求书的范围内。本领域普通技术人员可混合和匹配来自所描述的各种实施例的方面以及每个这样的方面的其它已知等同物，以根据本申请的原理构造另外的实施例和技术。如果与附图相关的附图标记在权利要求中被置于括号中，则它们仅仅是为了试图增加权利要求的可理解性，而不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1. 一种用于风力涡轮(10)的叶片(22)的闪电旁路系统，所述闪电旁路系统包括：

叶片连接器(110)，其包括电绝缘材料(114)，并且构造成基本上位于风力涡轮叶片(22)的叶片根部(24)的旋转轴线(R)上；其中

所述叶片连接器(110)包括：第一端部(111)，其构造成电连接到所述叶片(22)的引下线线缆(100)；第二端部(112)，其构造成将闪电放电传导到所述风力涡轮(10)的转子毂(20)；和导电材料的芯(113)，其构造成电连接到所述第一端部(111)和所述第二端部(112)。

2.根据权利要求1所述的闪电旁路系统，其中，所述叶片连接器(110)的所述第一端部(111)和所述第二端部(112)形成可旋转连接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述叶片连接器(110)的至少所述第二端部(112)包括可旋转有眼螺栓连接器(115)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述系统还包括在所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)和风力涡轮机舱(16)之间的可旋转电连接；所述可旋转电连接包括：

导电表面(126)，

电刷(128)，其用于提供与所述导电表面(126)的电接触，和

所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)，其电连接到所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的一个。

5.根据权利要求4所述的闪电旁路系统，其中，所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的一个固连到所述风力涡轮转子毂(20)，并且所述导电表面(126)和所述电刷(128)中的另一个固定到所述风力涡轮机舱(16)，以提供在所述风力涡轮转子毂(20)和所述风力涡轮机舱(16)之间的电路径。

6.根据权利要求4所述的闪电旁路系统，其中，所述导电表面(126)是环形金属盘。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的闪电旁路系统，还包括固连到所述风力涡轮(10)的所述转子毂(20)的由电绝缘材料(123)制成的毂连接器(120)，并且所述毂连接器(120)包括导电材料的芯(121)，所述芯(121)通过导电元件(116)电连接到所述叶片连接器(110)的所述第二端部(112)。

8.根据权利要求7所述的闪电旁路系统，其中，所述导电元件(116)包括电绝缘材料盖。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的闪电旁路系统，其中，由所述导电元件(116)限定的连接的路径(200)用作到线缆束(201)的引导件。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的闪电旁路系统，其中，所述毂连接器(120)包括可旋转有眼螺栓连接器(122)。

Images