CN116529481A - 用于具有雷电保护系统的风力涡轮机叶片的翼梁帽组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括雷电保护系统的风力涡轮机叶片，该雷电保护系统具有布置在叶片的外表面处的至少一个末梢端部雷电接收器和在叶片内延伸的引下导体。叶片包括碳纤维增强翼梁帽，其中导电网连接在每个翼梁帽的相应末梢端部与末梢端部雷电导体之间。

Description

用于具有雷电保护系统的风力涡轮机叶片的翼梁帽组件

技术领域

本发明涉及一种用于具有雷电保护系统的风力涡轮机叶片的翼梁帽组件、雷电保护系统、包括所述翼梁帽组件的风力涡轮机叶片以及制造该翼梁帽组件的方法。

背景技术

风能提供了一种清洁并且环境友好的能量的源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。现代风力涡轮机可具有长度超过90米的转子叶片。

风力涡轮机叶片通常通过由树脂和编织织物或纤维的层形成两个壳部分或壳半部来制造。也称为主层压件的翼梁帽放置或集成在壳半部中，并且可与抗剪腹板或翼梁桁杆结合以形成用于叶片的结构支承件。翼梁帽或主层压件可连结到壳的吸力半部和压力半部的内部或集成在壳的吸力半部和压力半部的内部内。

随着风力涡轮机和风力涡轮机叶片的尺寸增加，雷电袭击风力涡轮机的风险也增加。因此，越来越关注于为风力涡轮机，并且特别是风力涡轮机叶片提供雷电保护措施。已知的是为用于风力涡轮机的叶片提供雷电接收器，雷电接收器在叶片内部与能够将雷电电流连接到地的引下导体电连接。直接进入层压件中的雷电袭击可能对包括导电纤维的叶片造成损坏，因为它们将传导电流并且由此将产生大量的热。此外，将纤维结合在一起的树脂可能是不良导体，其在树脂中保持的导电纤维之间提供闪络的风险，这潜在地可能损坏材料。

因此，越来越重要的是提供雷电保护系统和集成雷电保护系统的方式，其保护包括导电材料的风力涡轮机叶片的构件免于被雷电袭击损坏。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于风力涡轮机叶片的改进的雷电保护系统。

本发明的另一个目的在于提供一种用于风力涡轮机叶片的雷电保护系统，该系统减少雷电袭击对叶片、特别是对翼梁帽的损坏。

本发明的另一个目的在于提供一种具有雷电保护系统的风力涡轮机叶片，其能够被更有效地且更成本有效地制造。

发明内容

已经发现，通过提供具有成型廓形的风力涡轮机叶片能够实现上述目的中的一个或多个，该风力涡轮机叶片包括压力侧和吸力侧，以及前缘和后缘，前缘和后缘具有在其之间延伸的具有弦长的弦，风力涡轮机叶片在根部端部与末梢端部之间沿展向方向延伸，叶片包括雷电保护系统，其包括布置在叶片的外表面处的至少一个末梢端部雷电接收器和在叶片内延伸的引下导体，

第一碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，第一翼梁帽沿压力侧布置在叶片内部，

第二碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，第二翼梁帽沿吸力侧布置在叶片内部，

第一导电网，其将第一翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器，

第二导电网，其将第一翼梁帽的根部端部连接到引下导体，

第三导电网，其将第二翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器，以及

第四导电网，其将第二翼梁帽的根部端部连接到引下导体。

发现这种布置提供叶片的特别有效的雷电保护，特别是避免了对翼梁帽的实质性损坏。碳纤维作为电导体通常不如在风力涡轮机叶片中用作引下导体的大多数金属(诸如铜)那样好。通过本发明，特别是通过将相应的网连接到翼梁帽的相对端部，有利地解决了这种导电性差异。因此，本发明的翼梁帽组件能够作用为引下导体或其部分，从而有助于建立到接地连接的路径。

通常，叶片包括具有两个壳半部的壳体，即压力侧壳半部和吸力侧壳半部。壳体通常由复合材料制成，并且包括在根部端部与末梢端部之间延伸的纵向或展向方向。风力涡轮机叶片的壳半部通常借助于VARTM(真空辅助树脂转移模制)制造为纤维复合结构，其中液体聚合物(也称为树脂)填充到叶片模具腔中，纤维铺层已与翼梁帽和通常地夹芯材料一起插入该叶片模具腔中，并且其中在模具腔中生成真空，从而吸入聚合物。聚合物能够为热固性塑料或热塑性塑料。通常，模具腔覆盖有弹性真空袋。通过生成真空，能够吸入液体树脂，并且用其中包含的纤维材料填充模具腔。在大多数情况下，应用的树脂是聚酯或环氧树脂，并且通常纤维铺层基于玻璃纤维和/或碳纤维。通常抗剪腹板布置在第一翼梁帽与第二翼梁帽之间。每个抗剪腹板可包括腹板本体、在腹板本体的第一端部处的第一腹板足部凸缘，以及在腹板本体第二端部处的第二腹板足部凸缘。在一些实施例中，抗剪腹板基本上是I形的。备选地，抗剪腹板可为基本上C形的。

优选地，末梢端部雷电接收器布置在叶片的末梢处或紧邻叶片的末梢。末梢端部雷电接收器可位于叶片的外表面上，或其可采用与具有末梢端部区域的叶片的形状共形的固体金属末梢的形式。末梢端部雷电接收器也可与末梢端部的形状共形。在一些实施例中，末梢端部雷电接收器实施为固体碳纤维末梢。此外，碳纤维纱线和/或翼梁帽可布置成横跨风力涡轮机叶片的根部端部与末梢端部之间的长度，从而使得能够使用固体碳纤维末梢。

通常，引下导体能够包括由导电材料(诸如铜或铝)制成或包括导电材料并且在壳体内延伸到叶片的根部端部的线缆。优选地，引下导体经由转子毂连接到地，使得来自雷电袭击的电流能够安全地从末梢端部雷电接收器通过(一个或多个)翼梁帽传导到引下导体并且最终传导到地。然而，在其它实施例中，火花隙设在引下导体与转子毂之间。优选地，本发明的引下导体在叶片的根部端部与第二导电网和第四导电网之间延伸。引下导体和/或末梢端部雷电接收器可至少到叶片的壳体、并且优选地至少部分地穿过壳体是电绝缘的。因此，甚至进一步最小化了叶片的末梢端部处的损坏性的雷电袭击或闪络的风险。

优选地，末梢端部雷电接收器是石墨雷电接收器，其在叶片的末梢端部区域内布置叶片的外表面上或外表面内。每个碳纤维增强翼梁帽包括碳纤维，优选碳纱线，特别优选单向碳纤维纱线，以及优选的树脂或粘合剂。在一些实施例中，碳纤维增强翼梁帽还可包括玻璃纤维材料。特别优选的是，翼梁帽包括多层碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线。本发明的翼梁帽具有末梢端部，即最靠近叶片的末梢端部布置的端部，以及相对的根部端部，即最靠近叶片根部端部布置的端部。翼梁帽通常在其末梢端部与其根部端部之间沿基本上展向或纵向方向延伸。

第一翼梁帽沿压力侧布置在叶片内部，即通常作为压力侧壳半部的部分或粘附到压力侧壳半部。类似地，第二碳纤维增强翼梁帽沿吸力侧布置在叶片内部，即通常作为吸力侧壳半部的部分或粘附到吸力侧壳半部。每个壳半部可包括一个或多个附加的翼梁帽。第一翼梁帽和第二翼梁帽在叶片内沿基本上展向方向延伸。在一些实施例中，每个翼梁帽具有至少50米的长度或展向范围。

第一导电网将第一翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器，并且第二导电网将第一翼梁帽的根部端部连接到引下导体。类似地，第三导电网将第二翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器，并且第四导电网将第二翼梁帽的根部端部连接到引下导体。优选的是，每个网延伸到其相应翼梁帽中达上至网的总展向范围的50％。优选地，每个网通过在翼梁帽的相应端部处与翼梁帽交错而延伸到其相应翼梁帽中。特别优选的是，网的至少部分布置在翼梁帽的碳纤维层之间。这有利地在末梢端部雷电接收器、网、翼梁帽和引下导体之间提供了好的电连接和改进的传导性。优选地，网是金属网。

在优选实施例中，第一导电网以叶片长度的至少50％、诸如至少80％的展向距离从第二导电网间隔开，并且第三导电网以叶片长度的至少50％、诸如至少80％的展向距离从第四导电网间隔开。在另一个优选实施例中，第一导电网以第一翼梁帽的展向或纵向范围的至少50％、诸如至少80％的展向或纵向距离从第二导电网间隔开，并且第三导电网以第二翼梁帽的展向或纵向范围的至少50％、诸如至少80％的展向或纵向距离从第四导电网间隔开。

在特别优选的实施例中，第一翼梁帽通过作为第一翼梁帽与第二翼梁帽之间的等电位连接的至少一个导体电连接到第二翼梁帽，导体优选为金属导体，诸如包括金属导体的线缆。等电位连接能够使在第一翼梁帽与第二翼梁帽之间建立的电压等电位化。优选地，第一翼梁帽在第一翼梁帽和两个翼梁帽的中间区段中(即在一展向区域内，该展向区域从每个翼梁的末梢端部与根部端部之间的中点向每个展向方向中(即，分别朝向末梢端部和朝向翼梁帽的根部端部)延伸每个翼梁帽的展向范围或长度的至少20％，诸如至少25％或至少30％)通过至少一个导体电连接到第二翼梁帽。换言之，翼梁帽的所述中间区段包括中点和沿任一方向的长度的20％，诸如至少25％或至少30％，即长度的总共40％，诸如至少50％或至少60％。

在优选实施例中，用于等电位连接的第一翼梁帽与第二翼梁帽之间的导体沿基本上摆振向方向延伸，即，基本上竖直或垂直于展向方向。因此，优选地，用于等电位连接的第一翼梁帽与第二翼梁帽之间的导体在叶片内基本上竖直地延伸。在优选实施例中，所述导体用相应锚固块和螺栓连接到第一翼梁帽和第二翼梁帽，每个螺栓接收在相应锚固块中。因此，第一锚固块优选地布置在第一翼梁帽的面向内部的表面处，并且第二锚固块优选地布置在第二翼梁帽的面向内部的表面处，其中第一螺栓从第一翼梁帽的相对的面向外部的表面延伸穿过第一翼梁帽，例如以螺纹连接被接收在第一锚固块中。类似地，第二螺栓可从第二翼梁帽的相对的面向外部的表面延伸穿过第二翼梁帽，例如以螺纹连接被接收在第二锚固块中。第一螺栓和第二螺栓可电连接到用于等电位连接的导体。在一些实施例中，第一螺栓和第二螺栓是雷电接收器螺栓，其中螺栓延伸到叶片外表面。因此，螺栓可穿过壳和相应翼梁帽两者延伸到锚固块中。在一个实施例中，可向每个锚固块中实施网，诸如导电网，以增强两个翼梁帽之间的传导性。

在优选实施例中，导电网中的每个具有延伸到相应翼梁帽中的近侧端部和从相应翼梁帽突出的远侧端部。通常，第一网和第三网的相应远侧端部指向叶片的末梢端部，而第二网和第四网的相应远侧端部指向叶片的根部端部。在优选实施例中，网的近侧端部沿展向方向延伸到相应翼梁帽中达至少50mm。换言之，网与其翼梁帽之间的展向重叠可为至少25mm，诸如至少50mm或至少100mm。在一些实施例中，网与其翼梁帽之间的展向重叠不长于5米，诸如不长于2米或不长于1米。

在优选实施例中，网的远侧端部沿展向方向从相应翼梁帽突出达至少50mm，诸如至少100mm或至少200mm。在优选实施例中，第二导电网和第四导电网的相应远侧端部紧固到固体金属部件，固体金属部件紧固到引下导体。

在优选实施例中，第一导电网和第三导电网的相应远侧端部紧固到相应锚固块，每个锚固块附接到相应导体，其中所述相应导体连结到通向末梢端部雷电接收器的单线缆。在优选实施例中，金属螺栓接收在锚固块中的每个中，每个金属螺栓延伸穿过叶片壳。在优选实施例中，金属螺栓中的每个连接到叶片外表面上或叶片外表面中的一个或多个分段分流器带。

在优选实施例中，第一网、第二网、第三网和/或第四网包括铜材料。在优选实施例中，第一网、第二网、第三网和/或第四网是铜网。在优选实施例中，第一翼梁帽和第二翼梁帽包括多条碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线。在优选实施例中，导电网中的一个或多个被缝焊或点焊或用锡焊接。

在优选实施例中，第一翼梁帽和/或第二翼梁帽布置成邻近具有0.5mm的最大厚度的凝胶覆层或聚氨酯覆层。

在优选实施例中，末梢端部雷电接收器布置在末梢端部区域内，末梢端部区域从叶片的末梢端部沿展向延伸并且包括高达叶片长度的10％。在优选实施例中，叶片在其末梢端部区域中的壳材料包括碳材料，末梢端部区域从叶片的末梢端部沿展向延伸并且包括高达叶片长度的10％。

优选地，每个网在末梢端部处和在根部端部处在翼梁帽的碳纤维层的层之间交错。在优选实施例中，每个网包括多个网层，该多个网层在网的近侧端部处展开，并且在网的远侧端部处连结在一起。

在优选实施例中，叶片进一步包括沿压力侧或吸力侧中的任一者或沿两者构造的多个金属螺栓，优选包括钨的金属螺栓，金属螺栓中的每个电连接到第一翼梁帽或第二翼梁帽。因此，在一些实施例中，吸力侧壳半部和压力侧壳半部中的每个可包括多个金属螺栓，该多个金属螺栓从外壳表面延伸穿过壳并且到第一翼梁帽中或到第二翼梁帽中。例如，每个侧壳半部可包括沿展向方向布置的2-10个此类金属螺栓。金属螺栓可有利地作用为叶片表面上或叶片表面内的雷电接收器和/或作用为与翼梁帽的等电位连接。优选地，金属螺栓建立到相应翼梁帽的导电路径。

在优选实施例中，一个或多个玻璃纤维层布置在第一翼梁帽与叶片的压力侧的外表面之间，其中所述金属螺栓从叶片的压力侧壳半部的外表面延伸穿过所述一个或多个玻璃纤维层并且到第一碳纤维增强翼梁帽中或穿过第一碳纤维增强翼梁帽。在另一个优选实施例中，一个或多个玻璃纤维层布置在第二翼梁帽与叶片的吸力侧的外表面之间，其中金属螺栓从叶片的吸力侧的外表面延伸穿过所述一个或多个玻璃纤维层并且到第二碳纤维增强翼梁帽中。

在特别优选的实施例中，分段雷电分流器布置在叶片外表面上或叶片外表面中，所述分段雷电分流器电连接到金属螺栓中的一个或多个。优选地，第一分段雷电分流器连接到布置在压力侧壳半部上或压力侧壳半部内的金属螺栓，并且第二分段雷电分流器连接到布置在压力侧壳半部上或压力侧壳半部内的金属螺栓。优选的是，金属螺栓为钨螺栓。

在另一方面，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的雷电保护系统，该风力涡轮机叶片包括压力侧和吸力侧，以及前缘和后缘，前缘和后缘具有在其之间延伸的具有弦长的弦，风力涡轮机叶片在根部端部与末梢端部之间沿展向方向延伸，雷电保护系统包括布置在叶片的外表面处的至少一个末梢端部雷电接收器和在叶片内延伸的引下导体；第一碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，第一翼梁帽沿压力侧布置在叶片内部；第二碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，第二翼梁帽沿吸力侧布置在叶片内部；第一导电网，其将第一翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器；第二导电网，其将第一翼梁帽的根部端部连接到引下导体；第三导电网，其将第二翼梁帽的末梢端部连接到末梢端部雷电接收器；以及第四导电网，其将第二翼梁帽的根部端部连接到引下导体。

另一方面，本发明涉及一种制造用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽组件的方法，该方法包括以下步骤：

将第一多条碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线，铺设到模具的模具腔中以形成第一碳纤维铺层，第一碳纤维铺层具有第一端部和相对的第二端部，

在第一碳纤维铺层的第一端部处将第一导电网布置在第一碳纤维铺层上，使得第一导电网沿翼梁帽的纵向方向延伸超过第一端部，

在第一碳纤维铺层的第二端部处将第二导电网布置在第一碳纤维铺层上，使得第一导电网沿翼梁帽的纵向方向延伸超过第二端部，

将第二多条碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线，铺设在第一碳纤维铺层的顶部上和第一导电网和第二导电网的至少部分的顶部上，以形成第二碳纤维铺层，第二碳纤维铺层具有第一端部和相对的第二端部，其中第一导电网和第二导电网延伸超过第二碳纤维铺层的第一端部并且超过第二端部，

合并第一碳纤维铺层、导电网和第二碳纤维铺层以获得翼梁帽组件。

发现该方法导致翼梁帽纤维铺层与网之间的连接，这导致当电流穿过抗剪腹板和连接的网时较少形成火花。当布置在叶片的壳中时，翼梁帽的第一端部可对应于翼梁帽的末梢端部，即最靠近叶片的末梢端部的翼梁帽的端部。当布置在叶片的壳中时，翼梁帽的第二端部可对应于翼梁帽的根部端部，即最靠近叶片的根部端部的翼梁帽的端部。当翼梁帽组件布置在壳半部中时，翼梁帽组件的纵向方向通常基本上对应于叶片的展向方向。该方法中使用的模具可为翼梁帽模具。在其它实施例中，模具是叶片模具。

优选的是，该方法包括合并步骤之前的附加步骤：在第二碳纤维铺层的第一端部处将附加导电网布置在第二碳纤维铺层上，使得附加导电网沿翼梁帽的纵向方向延伸超过第一端部，以及在第二碳纤维铺层的第二端部处将附加导电网布置在第二碳纤维铺层上，使得附加导电网沿翼梁帽的纵向方向延伸超过第二端部，随后，将第三多条碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线，铺设在第二碳纤维铺层的顶部上和附加导电网的至少部分的顶部上，以形成第三碳纤维铺层，第三碳纤维铺层具有第一端部和相对的第二端部，其中附加导电网延伸超过第三碳纤维铺层的第一端部并且超过第二端部。类似地，能够包括网以及附加层的碳纤维纱线，优选单向碳纤维纱线。

合并步骤可包括通过树脂或粘合剂(例如通过VARTM)灌注铺层。优选地，从纤维铺层延伸的网的远侧端部连结在一起，例如通过缝焊或点焊或用锡焊接。

以上关于风力涡轮机叶片论述的所有特征和实施例同样适用于本发明的制造翼梁帽组件的方法、或因此翼梁帽组件、或雷电保护系统，并且反之亦然。

如本文中所用，用语“末梢端部雷电接收器”意指布置在叶片的末梢端部区域内的雷电接收器，末梢端部区域从叶片的末梢端部沿展向延伸并且包括高达叶片长度的10％。

如本文中所用，用语“展向”用于描述测量量或元件沿叶片从其根部端部到其末梢端部的取向。在一些实施例中，展向是沿风力涡轮机叶片的纵向轴线和纵向范围的方向。

附图说明

下文参照附图中所示的实施例来详细阐释本发明，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示出了风力涡轮机叶片的横截面的示意图，

图4是根据本发明的风力涡轮机叶片的示意性透视图，

图5是图4中的圈出区域A的放大横截面视图，

图6是图4中的圈出区域B的放大横截面视图，

图7是通过根据本发明的另一个实施例的叶片的叶片壳的横截面视图，

图8是图4中的圈出区域C的放大纵向截面视图，

图9是图4中的圈出区域C的放大顶部视图，

图10是图4中的圈出区域D的放大纵向截面视图，

图11是图4中的圈出区域D的放大顶部视图，以及

图12是模具中制造翼梁帽组件的方法的示意性截面视图。

具体实施方式

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6和带有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8沿径向延伸的三个叶片10，每个叶片10具有最靠近毂的叶片根部16和最远离毂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的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成型或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前缘18，以及面向前缘18的相反方向的后缘20。

翼型区域34(也称为成型区域)具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑而具有基本上圆形或椭圆形横截面，这例如使得更容易并且更安全地将叶片10安装到毂。根部区域30的直径(或弦)可沿整个根部区30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形逐渐变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长通常随着距毂的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离r的增加而减小。

叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。图2还图示了叶片的纵向范围L、长度或纵向轴线，以及叶片的末梢端部区域，末梢端部区域Tr从叶片的末梢端部沿展向延伸并且包括叶片长度的10％。

应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯曲)，因此向弦平面提供了对应扭曲和/或弯曲的路线，这是为了补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度的最常见情况。

叶片通常由沿叶片20的前缘18和后缘处的结合线胶合到彼此的压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38构成。

图3示出了沿图2中所示的线I-I的叶片的横截面的示意图。如前文提到的，叶片10包括压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38。压力侧壳部分36包括翼梁帽41，也称为主层压件，其构成压力侧壳部分36的承载部分。翼梁帽41包括多个纤维层42，其主要包括沿叶片纵向方向对准的单向纤维，以便为叶片提供刚度。吸力侧壳部分38还包括翼梁帽45，翼梁帽包括多个纤维层46。压力侧壳部分36还可包括通常由轻木或泡沫聚合物制成并且夹在数个纤维增强蒙皮层之间的夹芯材料43。夹芯材料43用于为壳提供刚度，以便确保壳在叶片的旋转期间基本保持其空气动力学轮廓。类似地，吸力侧壳部分38也可包括夹芯材料47。

压力侧壳部分36的翼梁帽41和吸力侧壳部分38的翼梁帽45经由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。在所示实施例中，抗剪腹板50、55成形为基本上I形的腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板本体和两个腹板足部凸缘。抗剪腹板本体包括由数个纤维层制成的数个蒙皮层52覆盖的夹芯材料51，诸如轻木或泡沫聚合物。

叶片壳36、38可在前缘和后缘处包括另外的纤维增强物。通常，壳部分36、38经由胶合凸缘结合到彼此。

图4是根据本发明的风力涡轮机叶片10的示意性透视图，使得能够看到叶片的内部构件中的一些。叶片10包括雷电保护系统，该雷电保护系统具有布置在叶片的外表面处的末梢端部雷电接收器60和在叶片内延伸的引下导体62。具有末梢端部66和相对的根部端部68的第一碳纤维增强翼梁帽64沿压力侧布置在叶片内部。具有末梢端部68和相对的根部端部69的第二碳纤维增强翼梁帽67沿吸力侧布置在叶片内部。第一导电网70将第一翼梁帽64的末梢端部66连接到末梢端部雷电接收器60，并且第二导电网71将第一翼梁帽64的根部端部66连接到引下导体62。类似地，第三导电网72将第二翼梁帽67的末梢端部68连接到末梢端部雷电接收器60，并且第四导电网73将第二翼梁帽67的根部端部69连接到引下导体62。

在图4中图示的实施例中，第一导电网70以叶片长度的约75％的展向距离Ds从第二导电网71间隔开。类似地，其中第三导电网72以叶片长度的约75％的展向距离从第四导电网73间隔开。

如在图5的放大横截面中最佳可见，第一翼梁帽64由导体74电连接到第二翼梁帽67以建立翼梁帽64、67的等电位结合。摆振向延伸的导体74由锚固块75a、75b和以螺纹连接接收在相应锚固块中的金属螺栓76a、76b紧固。在一些实施例中，诸如导电网的网可实施到锚固块75a、75b中以增强两个翼梁帽64、67之间的传导性。

如图6中可见，翼梁帽67布置成邻近具有0.5mm的最大厚度的凝胶覆层88。在图7中图示的备选实施例中，一个或多个玻璃纤维层91布置在翼梁帽67与叶片的外表面之间，其中雷电接收器螺栓92从叶片的外表面延伸穿过玻璃纤维层91并且到翼梁帽67中。有利地，分段雷电导体93布置在叶片外表面上或叶片外表面内，所述分段雷电导体电连接到延伸穿过玻璃纤维层91的雷电接收器螺栓92。

如图8和图9中最佳可见，导电网73具有延伸到翼梁帽67中的近侧端部73P和突出相应翼梁帽67的远侧端部73D。在图示的实施例中，网73在翼梁帽67的碳纤维层67a-f之间交错。网73包括多个网层73i-v，其在网73的近侧端部73P处展开，并且在网的远侧端部73D处连结在一起，例如通过缝焊或点焊或用锡焊接。图9还图示了网73的远侧端部73D紧固到固体金属部件77，固体金属部件77紧固到引下导体62。

如图10中最佳可见，第一导电网70和第三导电网72的相应远侧端部70D、72D紧固到相应锚固块78、79，每个锚固块78、79附接到相应导体84、85，其中所述相应导体连结到通向末梢端部雷电接收器的单线缆82。如图11中可见，雷电接收器螺栓80连接到叶片外表面上或叶片外表面中的两个分段分流器带86、87。

图12是在模具中制造翼梁帽组件的方法的示意性截面视图。翼梁帽组件对应于图8中图示的翼梁帽组件。多条碳纤维纱线和导电网相继布置在模具95的模具腔内以形成翼梁帽组件。从纤维铺层延伸的网的远侧端部73D连结在一起，例如通过缝焊或点焊或用锡焊接。

本发明不限于本文中所述的实施例，并且可改变或变化，而不脱离本发明的范围。

参考标记列表

4 塔架

6 机舱

8 毂

10 叶片

14 叶片末梢

16 叶片根部

18 前缘

20 后缘

30 根部区域

32 过渡区域

34 翼型区域

36 压力侧壳部分

38 吸力侧壳部分

40 肩部

41 翼梁帽

42 纤维层

43 夹芯材料

45 翼梁帽

46 纤维层

47 夹芯材料

50 第一抗剪腹板

55 第二抗剪腹板

51 夹芯材料

52 蒙皮层

60 末梢端部雷电接收器

62 引下导体

64 第一碳纤维增强翼梁帽

65 第一翼梁帽的末梢端部

66 第一翼梁帽的根部端部

67 第二碳纤维增强翼梁帽

68 第二翼梁帽的末梢端部

69 第二翼梁帽的根部端部

70 第一网

71 第二网

72 第三网

73 第四网

74 导体

75 锚固块

76 金属螺栓

77 固体金属部件

78 锚固块

79 锚固块

80 雷电接收器螺栓

81 雷电接收器螺栓

82到末梢端部雷电接收器的线缆

83 壳材料

84 导体

85 导体

86 分段分流器

87 分段分流器

88 凝胶覆层

89 夹芯材料

90 玻璃纤维壳层

91 玻璃纤维壳层

92 雷电接收器螺栓

93 分段雷电导体

94 翼梁帽组件

95 用于翼梁帽组件的模具

L 长度

r 距毂的距离

R 转子半径

Claims (16)

1.一种风力涡轮机叶片，包括压力侧和吸力侧，以及前缘和后缘，所述前缘和所述后缘具有在其之间延伸的具有弦长的弦，所述风力涡轮机叶片在根部端部与末梢端部之间沿展向方向延伸，所述叶片包括

雷电保护系统，其包括布置在所述叶片的外表面处的至少一个末梢端部雷电接收器和在所述叶片内延伸的引下导体，

第一碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，所述第一翼梁帽沿所述压力侧布置在所述叶片内部，

第二碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，所述第二翼梁帽沿所述吸力侧布置在所述叶片内部，

第一导电网，其将所述第一翼梁帽的所述末梢端部连接到所述末梢端部雷电接收器，

第二导电网，其将所述第一翼梁帽的所述根部端部连接到所述引下导体，

第三导电网，其将所述第二翼梁帽的所述末梢端部连接到所述末梢端部雷电接收器，以及第四导电网，其将所述第二翼梁帽的所述根部端部连接到所述引下导体。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一导电网以所述叶片长度的至少50％的展向距离从所述第二导电网间隔开，并且其中所述第三导电网以所述叶片长度的至少50％的展向距离从所述第四导电网间隔开。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一翼梁帽由至少一个导体电连接到所述第二翼梁帽。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其中所述导体沿基本上摆振向方向延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述导电网中的每个具有延伸到所述相应翼梁帽中的近侧端部和从所述相应翼梁帽突出的远侧端部。

6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述网的所述近侧端部沿所述展向方向延伸到所述相应翼梁帽中达至少50mm，并且其中所述网的所述远侧端部沿所述展向方向从所述相应翼梁帽突出达至少100mm。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述第二导电网和所述第四导电网的所述相应远侧端部紧固到固体金属部件，所述固体金属部件紧固到所述引下导体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一导电网和所述第三导电网的所述相应远侧端部紧固到相应锚固块，每个锚固块附接到相应导体，其中所述相应导体是连结到通向所述末梢端部雷电接收器的单线缆。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片，其中金属螺栓接收在所述锚固块中的每个中，每个金属螺栓延伸穿过所述叶片壳。

10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一翼梁帽和所述第二翼梁帽包括多条单向碳纤维纱线。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一翼梁帽和/或所述第二翼梁帽布置成邻近具有0.5mm的最大厚度的凝胶覆层或聚氨酯覆层。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述导电网中的一个或多个被缝焊或点焊或用锡焊接。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片进一步包括沿所述压力侧或所述吸力侧中的任一者或沿两者构造的多个金属螺栓，所述金属螺栓中的每个电连接到所述第一翼梁帽或所述第二翼梁帽。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中分段雷电导体布置在所述叶片外表面上或所述叶片外表面中，所述分段雷电导体电连接到延伸穿过所述一个或多个玻璃纤维层的金属螺栓中的一个或多个。

15.一种用于风力涡轮机叶片的雷电保护系统，所述风力涡轮机叶片包括压力侧和吸力侧，以及前缘和后缘，所述前缘和所述后缘具有在其之间延伸的具有弦长的弦，所述风力涡轮机叶片在根部端部与末梢端部之间沿展向方向延伸，所述雷电保护系统包括

布置在所述叶片的外表面处的至少一个末梢端部雷电接收器和在所述叶片内延伸的引下导体，

第一碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，所述第一翼梁帽沿所述压力侧布置在所述叶片内部，

第二碳纤维增强翼梁帽，其具有末梢端部和相对的根部端部，所述第二翼梁帽沿所述吸力侧布置在所述叶片内部，

第一导电网，其将所述第一翼梁帽的所述末梢端部连接到所述末梢端部雷电接收器，

第二导电网，其将所述第一翼梁帽的所述根部端部连接到所述引下导体，

第三导电网，其将所述第二翼梁帽的所述末梢端部连接到所述末梢端部雷电接收器，以及第四导电网，其将所述第二翼梁帽的所述根部端部连接到所述引下导体。

16.一种制造用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽组件的方法，所述方法包括以下步骤：

将第一多条碳纤维纱线铺设到模具的模具腔中以形成第一碳纤维铺层，所述第一碳纤维铺层具有末梢端部和相对的根部端部，

在所述第一碳纤维铺层的所述末梢端部处将第一导电网布置在所述第一碳纤维铺层上，使得所述第一导电网沿展向方向延伸超过所述末梢端部，

在所述第一碳纤维铺层的所述根部端部处将第二导电网布置在所述第一碳纤维铺层上，使得所述第一导电网沿展向方向延伸超过所述根部端部，

将第二多条碳纤维纱线铺设在所述第一碳纤维铺层的顶部上和所述第一导电网和所述第二导电网的至少部分的顶部上，以形成第二碳纤维铺层，所述第二碳纤维铺层具有末梢端部和相对的根部端部，其中所述第一导电网和所述第二导电网延伸超过所述第二碳纤维铺层的所述末梢端部并且超过所述第二碳纤维铺层的所述根部端部，

合并第一碳纤维铺层、所述导电网和所述第二碳纤维铺层以获得所述翼梁帽组件。