CN118369505A - 防雷系统 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机叶片，其具有包括防雷系统的叶片壳体。防雷系统具有在叶片壳体的外表面处的第一金属层和在叶片壳体的外表面处并且堆叠在第一金属层上以在多厚度区域处与第一金属层形成紧密电接触的第二金属层。

Description

防雷系统

技术领域

本发明涉及一种具有包括防雷系统的叶片壳体的风力涡轮机叶片、多个风力涡轮机叶片、以及制造风力涡轮机叶片的方法。

背景技术

风力涡轮机易遭受雷击，并且风力涡轮机的叶片特别易遭受雷击。

因此，风力涡轮机叶片通常包括将风力涡轮机叶片电联接到地的防雷系统。该防雷系统可以包括雷电接收器和导体，其从叶片通过塔架和机舱电连接到地。防雷系统还可以包括表面保护层(surface protection layer，SPL)，例如金属网或箔表面保护层，其在叶片的外表面处结合到叶片壳体中并且沿着叶片的至少一部分延伸。该表面保护层通常覆盖叶片表面的大部分，并且拦截雷击到达叶片的导电组件。表面保护层在雷击的情况下易于损坏并且可能需要修理。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种具有叶片壳体的风力涡轮机叶片，该叶片壳体具有防雷系统，该防雷系统包括：第一金属层，其在叶片壳体的外表面处；以及第二金属层，其在叶片壳体的外表面处并且堆叠在第一金属层上以在多厚度区域处与第一金属层形成紧密电接触。

本发明的有利之处在于：和与第一金属层或第二金属层中的单独一个金属层具有等效导电性的单个金属层相比，在多厚度区域处的防雷系统的金属层提供更健壮的雷击保护。与使用单个较厚的金属层相比，使用多个金属层具有优点。多厚度区域不仅仅是单个金属层的离散部分之间的边缘重叠，以确保跨单个层的导电性。

本发明的第二方面提供了一种具有叶片壳体的风力涡轮机叶片，所述叶片壳体具有防雷系统，所述防雷系统包括：第一金属层，其在所述叶片壳体的外表面处；以及第二金属层，其在所述叶片壳体的外表面处并且堆叠在所述第一金属层上，以在多厚度区域处与所述第一金属层形成紧密电接触；以及电气组件，其中，所述第一金属层和所述第二金属层通过延伸穿过所述多厚度区域的导电引脚电连接到所述电气组件。

根据本发明的该方面，引脚和防雷系统之间的电连接在金属层的多厚度区域处，其中，引脚电连接到第一金属层和第二金属层两者。

本发明的另一方面提供了根据第一方面或第二方面的多个风力涡轮机叶片，其中，多个风力涡轮机叶片具有基本相同的形状和大小，并且其中，多个风力涡轮机叶片中的一者的第一金属层和第二金属层的布置被设计成不同于多个风力涡轮机叶片中的另一者的第一金属层和第二金属层的布置。

根据本发明的该方面，可以在对叶片设计和制造进行最小改变的情况下，进行金属层的布置的改变，以将不同叶片的防雷系统匹配到不同的要求，例如监管、涡轮机位置等。例如，第一金属层和第二金属层的不同布置可以是多厚度区域的范围。在示例中，多个叶片中的第一叶片可以具有覆盖叶片的壳体的大部分的多厚度区域，而多个叶片中的第二叶片可以具有仅在叶片的尖端处的多厚度区域。

本发明的另一方面提供了一种制造具有叶片壳体的风力涡轮机叶片的方法，该方法包括：将叶片壳体的防雷系统的第一金属层铺设到叶片模具中；将防雷系统的第二金属层铺设到叶片模具中，使得第二金属层堆叠在第一金属层上，以形成具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度的多厚度区域。

本发明的另一方面提供了一种制造具有叶片壳体的风力涡轮机叶片的方法，该方法包括：将叶片壳体的防雷系统的第一金属层铺设在叶片模具中；将防雷系统的第二金属层铺设在叶片模具中，使得第二金属层堆叠在第一金属层上以形成多厚度区域；以及使导电引脚延伸穿过多厚度区域，以将第一金属层和第二金属层电连接到防雷系统的电气组件。

可选地，多厚度区域具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度。

可选地，多厚度区域具有至少500mm的宽度和至少500mm的长度，并且优选地具有至少1m的宽度和至少1m的长度。

任选地，多厚度区域延伸穿过第二金属层的表面积的至少50％，优选至少70％，更优选至少90％。

可选地，电气组件是防雷系统的引下线。

可选地，第一金属层和第二金属层的材料相同和/或厚度相同。

可选地，第一金属层和第二金属层由不同的材料形成，优选地，其中，第一金属层和第二金属层中的一者由铝形成，并且第一金属层和第二金属层中的另一者由铜形成。

可选地，第一金属层包括具有重叠边缘的多个第一金属层部分和/或第二金属层包括具有重叠边缘的多个第二金属层部分。

可选地，重叠边缘具有小于200mm的重叠宽度。

可选地，第一金属层或第二金属层的重叠边缘偏离第一金属层和第二金属层中的另一者的任何重叠边缘。

可选地，第一金属层和第二金属层通过延伸穿过第一金属层和第二金属层的金属盘连结(join)，其中，金属盘用于连接到防雷系统的电气组件。

可选地，制造风力涡轮机叶片的方法还包括：在叶片模具中铺设叶片壳体的纤维层；在叶片壳体与树脂集成之前，在叶片模具中固结(consolidate)纤维层以及第一金属层和第二金属层以在第一金属层和第二金属层之间形成紧密电接触。

可选地，制造风力涡轮机叶片的方法还包括：在将第一金属层和第二金属层铺设在叶片模具中之前：提供一个或更多个金属盘构成物；以及加热一个或更多个金属盘构成物以形成延伸穿过第一金属层和第二金属层的金属盘。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1示出了风力涡轮机；

图2示出了风力涡轮机叶片；

图3示出了风力涡轮机叶片的防雷系统；

图4示出了防雷系统的表面保护层；

图5示出了风力涡轮机叶片的叶片壳体的弦向截面；

图6示出了表面保护层的翼展方向截面；

图7A示出了叶片模具中的表面保护层的第一金属层；

图7B示出了叶片模具中的表面保护层的第二金属层；

图7C示出了铺设在模具中的第一金属层和第二金属层上的一系列纤维层；

图7D示出了铺设在模具上的装袋膜(bagging film)；

图8A示出了根据第二示例的表面保护层；

图8B示出了图8A的表面保护层的翼展方向截面；

图9A示出了根据第三示例的表面保护层的第一金属层之间的重叠边缘；

图9B示出了第三示例的表面保护层上的第二金属层；

图10A示出了根据第四示例的延伸穿过表面保护层的导电引脚；

图10B示出了在第四示例的表面保护层上的第二金属层；

图11A示出了铺设在表面保护层的任一侧的一对金属盘部分；

图11B示出了延伸穿过表面保护层的金属盘；

图11C示出了穿过表面保护层形成的孔；

图11D示出了延伸穿过孔的导电引脚；

图11E示出了连接到防雷系统的导电引脚。

具体实施方式

在本说明书中，使用诸如前缘、后缘、压力表面、吸力表面、厚度、弦和平台的术语。虽然这些术语是本领域技术人员公知和理解的，但是下面给出定义以避免疑问。

术语前缘被用于指代叶片的当叶片沿风力涡轮机转子的正常旋转方向旋转时处于叶片的前部的边缘。

术语后缘被用于指风力涡轮机叶片的当叶片沿风力涡轮机转子的正常旋转方向旋转时处于叶片的后部的边缘。

叶片的弦是在垂直于叶片翼展方向的给定横截面中从前缘到后缘的直线距离。术语弦向是指从前缘到后缘的方向，反之亦然。

风力涡轮机叶片的压力表面(或迎风表面)是前缘和后缘之间的在使用叶片时具有比叶片的吸力表面更高的压力的表面。

风力涡轮机叶片的吸力表面(或背风表面)是前缘和后缘之间的在使用叶片时作用在其上的压力比压力表面更低的表面。

风力涡轮机叶片的厚度垂直于叶片的弦被测量，并且是在垂直于叶片翼展方向的给定横截面中在压力表面和吸力表面之间的最大距离。

术语翼展方向被用于指代从风力涡轮机叶片的根端到叶片的尖端的方向，或反之亦然。当风力涡轮机叶片被安装在风力涡轮机轮毂上时，翼展方向和径向方向将基本相同。

垂直于翼展方向和弦向方向两者的视图被称为俯视图(planform view)。该视图沿着叶片的厚度尺寸观察。

术语翼梁帽(spar cap)被用于指叶片的纵向的大致翼展方向延伸的加强构件。翼梁帽可以嵌入叶片壳体中，或者可以附接到叶片壳体。叶片的迎风侧和背风侧的翼梁帽可以由延伸穿过叶片的内部中空空间的一个或更多个抗剪腹板连结。叶片可以在叶片的迎风侧和背风侧中的每一者上具有多于一个翼梁帽。翼梁帽可以形成叶片的纵向加强翼梁或支承构件的一部分。特别地，第一翼梁帽和第二翼梁帽可以形成载荷承载结构的一部分，该载荷承载结构沿承载叶片的摆振方向弯曲载荷的纵向方向延伸。

术语抗剪腹板被用于指叶片的纵向的大致翼展方向延伸的加强构件，其可以将载荷从叶片的迎风侧和背风侧中的一者传递到叶片的迎风侧和背风侧中的另一者。

图1示出了风力涡轮机10，其包括安装在基部上的塔架12和设置在塔架12的顶点处的机舱14。这里描绘的风力涡轮机10是陆上风力涡轮机，使得基部被嵌入在地面中，但是风力涡轮机10可以是海上设施，在这种情况下，基部将由合适的海洋平台提供。

转子16可操作地联接到容纳在机舱14内的发电机(可能经由齿轮箱)(未示出)。转子16包括中心轮毂18和从中心轮毂18向外突出的多个转子叶片20。应当注意，风力涡轮机10是常见类型的水平轴风力涡轮机(horizontal axis wind turbine，HAWT)，使得转子16被安装在机舱12处，以围绕限定在轮毂18的中心处的基本上水平的轴线旋转。虽然图1所示的示例具有三个叶片，但是本领域技术人员将认识到，其它数量的叶片是可能的。

当风吹向风力涡轮机10时，叶片20生成使转子16旋转的升力，这又使机舱14内的发电机生成电能。

图2示出了用于这种风力涡轮机中的风力涡轮机叶片20中的一个风力涡轮机的示例。叶片20具有靠近轮毂18的根端21和远离轮毂18的尖端22。叶片20包括在根端21和尖端22之间延伸的前缘23和后缘24。叶片20包括吸力表面25和压力表面26。叶片的厚度尺寸在吸力表面25和压力表面26之间延伸。

叶片20在根端21附近具有大致圆形的横截面，因为根部附近的叶片部分必须具有足够的结构强度以将叶片部分支承在该区段的外侧并将载荷传递到轮毂18中。叶片20可以从圆形轮廓过渡到从叶片的根端21朝向叶片的“肩部”28移动的翼型轮廓，该“肩部”28是叶片20的最宽部分，其中叶片20具有其最大弦。叶片20具有在叶片的外侧部分中逐渐减小厚度的翼型轮廓，该外侧部分从肩部28延伸到尖端22。

风力涡轮机叶片20可以包括限定中空内部空间的外叶片壳体，其中抗剪腹板在叶片壳体的上部和下部之间在内部延伸。

如图3中示意性示出的，叶片20可以包括一个或更多个雷电接收器36和一个或更多个雷电引下线电缆38，其形成风力涡轮机的防雷系统的一部分。雷电接收器吸引雷击，并且穿过叶片的中空内部的引下线电缆38经由机舱14和塔架12使雷击的能量沿着叶片20传导到地电势。此外，防雷系统可以包括在叶片的外表面处的表面保护层40。表面保护层40可以在每一端电连接到引下线电缆38。

叶片20的外表面的大部分可以被表面保护层40覆盖，或者叶片20的外表面的仅一部分可以被表面保护层40覆盖。表面保护层40用于保护叶片中的导电材料免受雷击，并且可以用作雷电接收器、引下线或两者。引下线可以基本上延伸叶片的整个长度。在一些示例中，诸如在叶片20的外表面的大部分被表面保护层40覆盖的情况下，引下线电缆38可以连接到邻近叶片的尖端22并且邻近叶片的根端21的表面保护层40，而沿着叶片的大部分长度的引下线电缆38不被表面保护层40覆盖。表面保护层40可以从根部延伸到尖端，在这种情况下，可能不需要引下线电缆38。表面保护层40可以沿着叶片的长度在多个区段中延伸，其中，引下线电缆区段在表面保护层40区段之间。引下线电缆38可以替代地在表面保护层40下方(在叶片内部)延伸，使得引下线电缆38和表面保护层40并联电连接。

在叶片20的根端21处，引下线电缆38可以经由电枢布置(armature arrangement)电连接到经由机舱14或轮毂18和塔架12到地电势的电荷转移路线。因此，这种防雷系统允许将雷电从叶片安全地引导到地电势，从而最小化损坏风力涡轮机10的风险。

引下线电缆38和表面保护层40可以通过一个或更多个连接件或接收器连接。连接件可以包括导电引脚61，导电引脚61延伸穿过表面保护层40并且连接到引下线电缆38。图3示出了连接引下线电缆38和表面保护层40的五个导电引脚61，但是应当理解，可以使用任何数量的导电引脚61，包括一个导电引脚。

表面保护层40可以向上延伸到风力涡轮机叶片20的前缘23和/或向上延伸到风力涡轮机叶片20的后缘24。替代地，表面保护层40可以与叶片20的前缘和/或后缘间隔开。

表面保护层40的至少一部分由在厚度方向上彼此堆叠的多个导电金属层41和42形成。图4示出了包括第一金属层41和第二金属层42的表面保护层40。虽然图4示出了与第二金属层42的周边间隔开的第一金属层41，但是应当理解，这仅仅是说明性的，并且第一金属层41也可以向上延伸到第二金属层42的周边，或者在跨第一金属层41的各个点处延伸超过第二金属层42的周边。

第一金属层41和第二金属层42位于叶片壳体的外表面处并且彼此堆叠，以便形成表面保护层40的多厚度区域，在该区域处形成第一金属层41和第二金属层42之间的紧密电接触。多厚度区域具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度。

和与第一金属层或第二金属层中的单独一者具有等效导电性的单个金属层相比，在多厚度区域处的防雷系统的金属层提供更健壮的防雷击。

虽然可以使用较厚的单个金属层(例如，具有与第一金属层和第二金属层的总厚度相等的厚度)来实现类似的电导性，但是已经发现使用单个厚金属层具有许多缺点。例如，引入较厚的金属层增加了制造一系列风力涡轮机叶片所需的零件的库存(即，需要新的、较厚的金属层)，而使用与先前使用的相同金属层厚度的两层对零件数量没有影响。此外，与使用与先前使用的相同的金属层相比，较厚的金属层将具有较差的处理特性以及降低的可成形性和悬垂性。当希望在同一叶片上具有表面保护层的单层和多厚度区域时，这些因素变得更加显著。在这种情况下，仅对叶片的一些区域使用较厚的金属层变得麻烦，而使用相同材料的单层和多层更容易适应叶片的制造。

应注意，第一金属层41可以包括具有重叠边缘43的多个第一金属层部分41a、41b(参见图9A和图9B)。类似地，第二金属层42可以包括具有重叠边缘43的多个第二金属层部分42a、42b。用于金属层41和42的材料可以被提供为片材卷，并且因此具有固定宽度。该宽度通常小于叶片的弦向(或翼展方向)范围，因此需要来自片材卷的多个侧向相邻部分来覆盖叶片的期望弦向(或翼展方向)范围，以形成每个金属层41、42。横向相邻的金属层部分41a、41b、42a、42b具有重叠边缘43，以在每个金属层41或42上提供所需的电连接。然而，应当理解，这些重叠边缘43是将第一金属层41和/或第二金属层42形成为期望大小的附带特征，因此重叠边缘43的大小通常被最小化。结果，重叠边缘43可以具有小于200mm、通常小于100mm的重叠宽度。

图5示出了沿叶片20的翼展方向观察的与风力涡轮机叶片20的吸力表面相邻的叶片壳体的弦向横截面，但是将清楚的是，与风力涡轮机叶片20的压力表面相邻的叶片壳体的特征可以基本相同。

叶片20包括翼梁帽50，其中，抗剪腹板(未示出)与叶片壳体相交。翼梁帽50结合到叶片壳体中。在替代布置中，翼梁帽50可以连接到叶片壳体的内部。翼梁帽50是基本上沿着叶片20的全长从根端21延伸到尖端22的细长加强结构。

芯54(诸如泡沫、轻木或蜂窝芯)可以位于翼梁帽50的任一侧。一个或更多个纤维层53可以设置在翼梁帽50的内侧上，例如玻璃纤维层或碳纤维层，其形成叶片20的内表面51。纤维层可以注入有树脂以形成复合材料，或者可以是预浸复合材料层。类似地，一个或更多个层56可以设置在翼梁帽50的外侧上。在翼梁帽连接到叶片壳体的内侧的情况下，芯54可以填充在形成内表面51的一个或更多个纤维层与一个或更多个纤维层56之间。

翼梁帽50可以包括导电材料，诸如碳纤维。例如，翼梁帽可以包括材料的拉挤成型纤维条带，诸如拉挤成型碳纤维复合材料或其它碳纤维增强塑料材料。

翼梁帽50可以等电位地接合到表面保护层40，以确保在发生雷击的情况下，在翼梁帽中没有电荷积聚，或者表面保护层40和翼梁帽50之间没有大电压差。等电位接合还防止表面保护层40与翼梁帽50之间的电弧，电弧可能损坏叶片。如图5所示，第一金属层41和第二金属层42可以在叶片20的弦向方向上具有比翼梁帽50的宽度更宽的弦向范围。这确保了翼梁帽50通过表面保护层40很好地防止雷击。

如前所述，表面保护层40是位于叶片20的外表面52处的导电层，然而从图5中可以看出，叶片20可以包括以下中的一者或更多者：绒织物层58和凝胶涂层和/或涂料层59。例如，绒织物层58和凝胶涂层59可以位于表面保护层40和叶片20的外表面52之间。

第一金属层41和第二金属层42都可以基本上延伸表面保护层40的整个翼展方向长度，如图6所示，替代地，第一金属层41和第二金属层42中的一者可以仅延伸金属层41、42中的另一者的翼展方向长度的一部分。

第一金属层41和/或第二金属层42可以由任何合适的导电金属形成，例如铝、铜、不锈钢、黄铜或青铜。第一金属层41和/或第二金属层42可以是金属箔。金属箔可以在轻质同时高度导电方面提供益处。通过将第一金属层41和/或第二金属层42形成为金属网、实心箔或膨胀金属箔，可以实现进一步重量节省。第一金属层41和/或第二金属层42可以是任何适当薄片状导电材料。用于形成第一金属层41和/或第二金属层42的片材的厚度可以小于1mm，任选地在0.2mm和0.6mm之间，并且可选地在0.25mm和0.5mm之间或在0.2mm和0.3mm之间。第一金属层41和第二金属层42可以具有相同的厚度。

第一金属层41和第二金属层42可以由相同的材料形成。例如，第一金属层41和第二金属层42都可以是铝层。替代地，第一层41和第二层42可以由不同但互补的材料形成。例如，层41、层42中的一者可以由铝形成，而另一层41、42可以由铜形成。这种组合平衡了铝的轻质量和廉价特性与铜的增加的导电性。

风力涡轮机叶片20可以在叶片模具70中被制造，例如如图7A至图7D所示。外层(例如，绒织物层58)可以首先被定位在模具中。然后，可以将表面保护层40的第一金属层41铺设到模具中，如图7A所示。然后，可以将表面保护层40的第二金属层42在模具中被铺设到第一金属层41的顶部上，诸如图7B所示，使得第二金属层42堆叠在第一金属层41上以形成多厚度区域。替代地，第二金属层可以首先被铺设在模具中，其中，第一金属层被铺设在第二金属层的顶部上。

一个或更多个纤维层56可以铺设在表面保护层40的顶部上，如图7C所示。另外的叶片材料(未示出)(诸如翼梁帽)然后可以铺设在纤维层的顶部上。然后可以固结模具中的层，包括表面保护层40和纤维层56。这可以涉及通过将塑料膜或片72铺设在模具70上以覆盖纤维层56和表面保护层40来形成真空密封，如图7D所示。然后可以经由第一阀74a施加真空压力。固结这些层有助于在第一金属层41和第二金属层42之间形成紧密电接触。

在固结各层之后，可以将树脂引入纤维层以形成复合材料。例如，树脂可以在仍然处于真空压力下的同时经由第二阀74b通过层40、56被注入。替代地，在一些示例中，纤维层56可以是复合预浸层(即，用树脂预浸渍的纤维层)，在这种情况下，不需要经由第二阀74b注入树脂。叶片20的外表面然后可以通过固化这些层来形成，例如通过向组装的层40、56施加热和/或压力。

在固化过程期间，已经在纤维层56之间流动的树脂固化，以便集成叶片壳体的层40、层56，并且形成基本上一体的外部叶片壳体。第一金属层41和第二金属层42之间的紧密电接触保持不受干扰。

应当理解，虽然先前的示例示出了跨基本上所有第一金属层41和第二金属层42延伸的多厚度区域，但是应当理解，多厚度区域可以仅在第一金属层41和/或第二金属层42的一部分上方延伸。例如，图8A和图8B示出了多厚度区域跨第二金属层42的表面积的约70％延伸的示例。第一金属层41可以跨第二金属层42的基本上所有弦向宽度延伸，替代地，第一金属层41可以仅跨第二金属层42的弦向宽度的一部分延伸。在一些示例中，多厚度区域可以跨比图8A和图8B所示的更多或更少的第二金属层42的表面积延伸，例如第二金属层42的表面积的至少50％、至少70％或至少90％。

第一金属层41可以完全铺设在第二金属层42的外周边内，或反之亦然。替代地，第一金属层41可以延伸超过第二金属层42的周边，或反之亦然。

应当理解，多厚度区域不仅是重叠区域，而且具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度。在一些示例中，多厚度区域可以具有至少1m的宽度和/或至少1m的长度。多厚度区域将被理解为连续区域，在该连续区域中，叶片壳体包括在叶片的显著范围内在厚度方向上堆叠的至少两个金属层41、42。

在一些示例中，第一金属层41和/或第二金属层42可以包括多个金属层部分41a、41b、42a、42b。金属层部分41a、41b、42a、42b可以具有重叠边缘43。图9A示出了第一金属层41由第一-第一金属层部分41a和第二-第一金属层部分41b形成的示例。第一金属层41的金属层部分41a、41b被示出为在翼展方向上重叠，使得金属层部分41a、41b的重叠边缘43在翼展方向上延伸，然而，将理解的是，重叠边缘43可以在弦向方向上或与风力涡轮机叶片20的翼展方向成任何角度地延伸。

第二金属层42可以随后堆叠在第一金属层41上。第二金属层42可以由多个第二金属层部分42a、42b形成。第二金属层42可以包括第二金属层部分42a和第二金属层部分42b。第二金属层部分42a、42b可以具有重叠边缘43。第一金属层部分41a、41b的重叠边缘43和第二金属层部分42a、42b的重叠边缘43可以彼此偏移，以防止(例如)四个或更多个层在风力涡轮机叶片20的区域中的局部堆积。替代地，如图9B所示，间隙可以存在于第二金属层部分42a、42b之间，其中，第一金属层部分41a、41b的重叠边缘43存在，反之亦然。

第一金属层41和第二金属层42的各种排列和布置可以提供用于特定风力涡轮机叶片20以及用于该风力涡轮机叶片20的特定环境或应用的定制表面保护层40。例如，可以提供多个风力涡轮机叶片20。风力涡轮机叶片20可以各自具有基本相同的形状和大小(例如，如图1所示)，然而，多个风力涡轮机叶片20中的一者的第一金属层41和第二金属层42的布置可以被设计成不同于多个风力涡轮机叶片中的另一者的第一金属层41和第二金属层42的布置。

如前所述，引下线电缆38和表面保护层40可以通过一个或更多个连接件连接。连接件可以包括导电引脚61，导电引脚61延伸穿过多厚度区域并且将表面保护层的第一金属层41和第二金属层42连接到防雷系统的其余部分。

在导电引脚61附近，在被铺设在模具70中之前，第一金属层41和第二金属层42可以被预先附接在一起。例如，为了促进金属层41、42与连接件(特别是导电引脚61)之间的良好电接触，金属层41、42可以包括加强区。图11A至图11E示出了加强区的形成的示例，其中，连接件包括延伸穿过并连接第一金属层41和第二金属层42的盘80，但是应当理解，加强区可以包括任何合适的导电元件。

在第一金属层41和第二金属层42与导电引脚61的位置重叠的这种情况下，第一金属层41和第二金属层42可以被预先附接在一起并且同时铺设在叶片模具中。与单个金属层41、42相比，多个预先附接的金属层41、42的可处理性可能降低，因为一个或两个层41、42可能翘曲或剪切或以其它方式移动成与另一金属层41及42不对准，并且这可以使制造更困难。当第一金属层41和第二金属层42在多于一个离散位置处被连接时，操作性可能进一步降低。因此，可以切割预先附接的第一金属层41和第二金属层42，使得仅单个导电引脚61位置与铺设在叶片模具中的表面保护层的特定离散部分重合。

在这种情况下，风力涡轮机叶片20可以包括彼此相邻的第一导电引脚61a和第二导电引脚61b。在这种情况下，相邻可能意味着第一导电引脚61a和第二导电引脚61b彼此间隔在总叶片长度的5％、4％、3％、2％或1％内。第一导电引脚61a的金属层41、42的部分可以与第二导电引脚61b的金属层41、42的部分相邻。

替代地或另外地，第一金属层41和第二金属层42可以被切割，使得导电引脚61、61a、61b延伸穿过的金属层41、42的离散部分的大小被最小化到更易于处理的大小。

图10A和图10B示出了防雷系统的一部分，其中，第一金属层41被分成四个第一金属层部分41a、41b、41c、41d，并且第二金属层42被分成四个对应的第二金属层部分42a、42b、42c、42d(注意，第二金属层部分42a、42b未在图10A中示出，如下文将解释的)，并且其中，第一导电引脚61a延伸穿过第一金属层部分41c和第二金属部分42c中的一者，但不穿过其它金属层部分41a、41b、41d、42a、42b、42d中的任何一者。类似地，第二导电引脚61b延伸穿过第一金属层部分41d和第二金属层部分42d中的一者，但是不穿过其它金属层部分41a、41b、41c、42a、42b、42c中的任何一者。这有助于提高金属层部分41a-d、42a-d的可操作性，因为第一金属层部分41a-d和第二金属层部分42a-d可以在单个离散位置处彼此连接。

因此，第二金属层42的部分(例如，图10A中的部分42c、42d)可以与第一金属层41同时铺设在模具70中。第二金属层42的剩余部分(例如，图10B中的部分42a、42b)可以随后在单独步骤中被添加到模具70，例如，如图10B所示。

如前所述，第一金属层41和第二金属层42可以通过金属盘80连结。金属盘80可以延伸穿过第一金属层41和第二金属层42，以便将金属层41、金属层42固定地连接在一起。金属盘80被用于连接到防雷系统的电气组件，例如金属盘80可以用作导电引脚61延伸穿过的平台。电气组件可以是防雷系统的引下线电缆38。

金属盘80可以由一种或更多种金属盘构成物形成。金属盘构成物可以是一对金属盘部分81a、81b，例如如图11A所示。金属盘部分81a、81b可以铺设在第一金属层41和第二金属层42的任一侧上，使得第一金属层41和第二金属层42被夹在第一金属盘部分81a和第二金属盘部分81b之间。

金属盘部分81a、81b可以随后被固结以形成延伸穿过第一金属层41和第二金属层42的单个金属盘80。图11B示出了跨第一金属层41和第二金属层42延伸的金属盘80的示例。

在一些示例中，金属盘80可以通过将第一金属盘部分81a和第二金属盘部分81b一起加热来形成。替代地，金属盘80(诸如图11B所示)可以由熔融金属铸造以形成延伸穿过第一金属层41和第二金属层42的金属盘80。

一个或更多个纤维层56可以铺设在金属盘80上，如图11C所示。钻头85或其它设备可以形成穿过金属盘80和纤维层56的孔86，以便提供用于插入导电引脚61的通孔，如图11D所示。通过形成通孔，盘80变成环。

导电引脚61可以延伸穿过孔86，以便将表面保护层的第一金属层41和第二金属层42电连接到防雷系统的其余部分。例如，图11E示出了导电引脚61，该导电引脚61延伸穿过金属盘80到达接收器块83，并且这样做延伸穿过第一金属层41和第二金属层42、多个纤维层56并且穿过另外的结构组件48(例如，包括纤维层、芯材料诸如泡沫等，如本领域技术人员将理解的)。接收器块83可以接合到叶片20的内表面，例如接收器块83可以接合到结构组件48。接收器块83是导电的，并且可以连接到延伸穿过叶片20的引下线电缆38。以此方式，第一金属层41和第二金属层42可以形成风力涡轮机叶片20的防雷系统的一部分。

应当理解，多厚度区域可以仅包括两个金属层41、42，使得具有三倍厚度金属层41、42的任何区域是大小小于200mm的离散重叠区域。替代地，可能期望的是，叶片壳体具有一个或更多个多厚度区域，该多厚度区域具有三个或更多个金属层。

尽管上面已经参考一个或更多个优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。

Claims (17)

1.一种风力涡轮机叶片(20)，所述风力涡轮机叶片包括具有防雷系统的叶片壳体；

所述防雷系统包括：

第一金属层(41)，所述第一金属层在所述叶片壳体的外表面(52)处；以及

第二金属层(42)，所述第二金属层在所述叶片壳体的所述外表面处并且堆叠在所述第一金属层上，以在多厚度区域处与所述第一金属层形成紧密电接触；以及

其中，所述多厚度区域具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度。

2.一种风力涡轮机叶片(20)，所述风力涡轮机叶片包括具有防雷系统的叶片壳体；

所述防雷系统包括：

第一金属层(41)，所述第一金属层在所述叶片壳体的外表面(52)处；以及

第二金属层(42)，所述第二金属层在所述叶片壳体的所述外表面处并且堆叠在所述第一金属层上，以在多厚度区域处与所述第一金属层形成紧密电接触；以及

电气组件(38)，

其中，所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)通过延伸穿过所述多厚度区域的导电引脚(61)电连接到所述电气组件(38)。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多厚度区域具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度。

4.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多厚度区域具有至少1m的宽度和至少1m的长度。

5.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多厚度区域延伸跨过所述第二金属层(42)的表面积的至少50％，优选地至少70％，并且更优选地至少90％。

6.根据当引用权利要求2时的任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述电气组件(38)是所述防雷系统的引下线。

7.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)由相同的材料形成和/或具有相同的厚度。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)由不同的材料形成，优选地，其中，所述第一金属层和所述第二金属层中的一者由铝形成，并且所述第一金属层和所述第二金属层中的另一者由铜形成。

9.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一金属层(41)包括具有重叠边缘(43)的多个第一金属层部分(41a、41b)和/或所述第二金属层(42)包括具有重叠边缘(43)的多个第二金属层部分(42a、42b)。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其中，所述重叠边缘(43)具有小于200mm的重叠宽度。

11.根据权利要求9或10所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一金属层(41)或所述第二金属层(42)的所述重叠边缘(43)偏离所述第一金属层和所述第二金属层中的另一者的任何重叠边缘。

12.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)由延伸穿过所述第一金属层和所述第二金属层的金属盘(80)连结，其中，所述金属盘被用于连接到所述防雷系统的电气组件(38)。

13.多个风力涡轮机叶片，所述多个风力涡轮机叶片是根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多个风力涡轮机叶片(20)具有基本相同的形状和大小，并且其中，所述多个风力涡轮机叶片中的一者的所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)的布置被设计成不同于所述多个风力涡轮机叶片中的另一者的所述第一金属层和所述第二金属层的布置。

14.一种制造风力涡轮机叶片(20)的方法，所述风力涡轮机叶片具有叶片壳体，所述方法包括：

将所述叶片壳体的防雷系统的第一金属层(41)铺设到叶片模具(70)中；

将所述防雷系统的第二金属层(42)铺设到所述叶片模具中，使得所述第二金属层堆叠在所述第一金属层上，以形成具有至少200mm的宽度和至少200mm的长度的多厚度区域。

15.一种制造风力涡轮机叶片(20)的方法，所述风力涡轮机叶片具有叶片壳体，所述方法包括：

将所述叶片壳体的防雷系统的第一金属层(41)铺设到叶片模具(70)中；

将所述防雷系统的第二金属层(42)铺设到所述叶片模具中，使得所述第二金属层堆叠在所述第一金属层上以形成多厚度区域；以及

使导电引脚(61)延伸穿过所述多厚度区域，以将所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)电连接到所述防雷系统的电气组件(38)。

16.根据权利要求14或15所述的制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法还包括：

在所述叶片模具(70)中铺设所述叶片壳体的纤维层(56)；

在集成所述叶片壳体与树脂之前，在所述叶片模具中固结所述纤维层以及所述第一金属层和所述第二金属层以在所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)之间形成紧密电接触。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法还包括：在将所述第一金属层和所述第二金属层铺设在所述叶片模具中之前：

提供一个或更多个金属盘构成物(80)；以及

加热所述一个或更多个金属盘构成物以形成延伸穿过所述第一金属层(41)和所述第二金属层(42)的金属盘。