CN213331412U - 一种风电叶片防雷击保护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风电叶片防雷击保护结构，包括多点雷电接闪系统和减轻雷击损伤窗口结构，所述多点雷电接闪系统，包括分别布置在叶片压力面和吸力面的接闪条、布置在叶片压力面和吸力面的接闪柱、布置在叶片内部的接闪块、连接条、连接原叶片防雷导线的卡紧块；所述接闪柱穿过所述接闪条且与接闪块螺纹连接，连接条一端与接闪块，与卡紧块连接；所述减轻雷击损伤窗口结构，包括原叶片开窗口、窗口盖板、窗口盖板内部连接的胶层、窗口盖板外部的连接结构。本申请提供一种风电叶片雷电保护结构，其可以减少雷击的发生，同时在雷击发生时，减少多叶片造成的损害。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电叶片防雷装置技术领域，尤其涉及一种风电叶片防雷击保护结构。
背景技术
风力发电已经被广泛使用，风电叶片作为风电机组的重要组成部件之一，其受雷击后会导致严重的经济损失，现有的风电叶片尖部均安装有接闪器，用来防止雷击，但是对于直击雷，不易于被接闪器牵引，容易造成风电叶片被雷击中，造成重大损失。当雷击发生时，部分雷电可能在叶片内部空腔内形成电弧，使周围空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强雷压缩，形成“激波”。所以，内部电弧引起的压力冲击会使叶片爆裂，使叶片表面沿边缘和从支撑杆处撕裂，损伤等级小至叶片表面发生裂纹，大到叶片完全碎裂。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本申请的目的在于提供一种风电叶片防雷击保护结构。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供的一种风电叶片防雷击保护结构，包括多点雷电接闪系统和减轻雷击损伤窗口结构，
所述多点雷电接闪系统，包括分别布置在叶片压力面和吸力面的接闪条、布置在叶片压力面和吸力面的接闪柱、布置在叶片内部的接闪块、连接条、连接原叶片防雷导线的卡紧块；所述接闪柱穿过所述接闪条且与接闪块螺纹连接，连接条一端与接闪块，与卡紧块连接；
所述减轻雷击损伤窗口结构，包括原叶片开窗口、窗口盖板、窗口盖板内部连接的胶层、窗口盖板外部的连接结构。
其中，所述接闪条为多个。
其中，所述接闪条采用截面尺寸为3mm×25mm的金属条。
其中，所述卡紧块为两个，且通过螺栓将两个卡紧块连接在一起，将原叶片防雷导线夹持住。
其中，两个卡紧块相连接的面均设置有相配合使用的弧形槽，且弧形槽的半径比原叶片防雷导线的半径小0.5-2mm，所述原叶片防雷导线夹持在两个弧形槽内。
其中，原叶片开窗口设置有用于对窗口盖板进行定位的台阶。
其中，原叶片开窗口开在叶片的吸力面。
其中，所述外部连接结构为连接的玻璃纤维布。
其中，减轻雷击损伤窗口结构布置在叶尖剩余安全系数大于3的区域。
其中，所述多点雷电接闪系统布置在叶尖段，距离原叶片叶尖接闪点0.5-4m。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本申请提供一种风电叶片雷电保护结构，其可以减少雷击的发生，同时在雷击发生时，减少多叶片造成的损害。
附图说明
图1所示为本申请实施例的雷电接闪系统示意图；
图2所示为本申请实施例的减轻雷击损伤窗口结构示意图；
图3所示为某款典型叶片强度剩余安全系数分布示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-图2所示，本实施例一种风电叶片防雷击保护结构，包括多点雷电接闪系统和减轻雷击损伤窗口结构。
其中，所述多点雷电接闪系统和减轻雷击损伤窗口结构，可以共同作用，也可以单独作用，以对叶片进行防雷保护。多点雷电接闪系统，可以提高接闪的概率，当严重雷击发生时，减轻雷击损伤窗口结构，可以减轻叶片的损伤。
其中，所述的多点雷电接闪系统，与原叶片防雷击保护系统相连。
其中，所述的多点雷电接闪系统，包括分别布置在叶片压力面和吸力面的接闪条(1)、布置在叶片压力面和吸力面的接闪柱(2)、布置在叶片内部的接闪块(3)、连接条(4)、连接原叶片防雷导线(10)的卡紧块(5)。布置在叶片压力面和吸力面的接闪条使用接闪柱的螺纹连接在接闪块上，通过连接条和卡紧块连接在原叶片防雷系统上。
具体地，所述的接闪条，其材料可以使用铜，也可以采用其它符合标准的金属。优选地，选择其截面尺寸为3mm×25mm的金属条，也可以选择其它符合IEC61400标准要求的尺寸。
具体地，所述的接闪柱，其材料可以使用铜，也可以使用铝或其它金属。优选地，其露出叶片部分的形状为Φ12的圆柱，其拧入接闪块部分的形状为M8的螺纹，也可以选择其它符合IEC61400标准要求的尺寸。
具体地，所述的接闪块，其材料可以使用铜，也可以使用其它符合标准的金属。优选地，其形状为截面为Φ20的圆柱，上下两个断面攻M8的内螺纹(和接闪柱配合)，也可以选择其它符合IEC61400标准要求的尺寸。
优选地，所述的多点雷电接闪系统布置在叶尖段，距离原叶片叶尖接闪点0.5-4m。
具体地，所述的连接条，其材料可以使用铜，也可以采用采用其它金属。优选地，选择其截面尺寸为3mm×25mm的金属条，也可以选择其它符合IEC61400标准要求的尺寸。
具体地，所述的卡紧块，其材料可以使用铜，也可以使用其它金属。其形状如图所示，通过螺栓将两个卡紧块连接在一起，卡紧块侧面有螺纹孔，可以使用螺栓连接连接条和卡紧块。优选地，其卡紧块内部的圆弧的半径比原叶片的导线的半径小0.5-2mm，以更好地使用连接卡紧块和原叶片防雷系统。
其中，所述的窗口减少损伤结构，包括原叶片窗口(6)、窗口盖板(7)、窗口盖板内部连接的胶层(8)、窗口盖板外部的连接结构(9)。
优选地，所述减轻雷击损伤窗口结构，布置在原叶片剩余安全系数较大的区域；优选地，布置在叶尖区域；优选地，布置在叶尖剩余安全系数大于3的区域。
具体地，所述的减轻雷击损伤窗口结构，其安全强度设计的准则是窗口处实际的剩余安全系数大于等于1，但小于原始叶片的剩余安全系数。
具体地，风电叶片在结构设计中，为更好的发挥材料的性能，减少叶片本身的重量，减少整体载荷和提高经济性能，叶片整体上采用的是等强度设计。
按照GL规范，
式中：
Rk——结构的材料强度
γMa——局部安全系数，强度类型(如极限强度和疲劳强度)不同，系数不同，需分别计算；
[Rk]——结构的许用强度
因此，叶片承受载荷后的实际应力水平σ≤[Rk]，
式中σ——实际应力水平，可以代表正应力，也可以为剪切应力等其它应力。
取
剩余安全系数；
因此k≥1，且越小越优化；
在兆瓦级叶片实际结构设计中，大部分区域服从以上原则，但是对于叶尖区域，考虑实际工艺的操作方便等其它因素，结构变化较少，由于在叶尖点载荷为0，因此在叶尖附近，会有部分区域剩余安全系数k值会比较大，对于有的叶片，k值甚至会达到10以上。详见图3，某款典型叶片某种强度剩余安全系数分布示意图。
叶片一般情况下，叶尖是最容易遭受雷击的区域，因此在叶尖区域，可以采用但不限于开窗口的结构，进行结构设计，使窗口处额外安全系数k’小于原叶片的额外安全系数k，优选地，在k≥3的区域进行开窗口，优选地，选取1≤k’≤k/2。
具体地，可以根据新的设计目标k’的数值，设计窗口盖板、窗口盖板和原叶片的内部胶层连接和外部连接结构。优选地，外部连接结构，可以直接在其上直接手糊玻璃纤维布实现，优选地通过调整连接胶层的宽度和玻璃纤维布的宽度实现剩余安全系数的选择。使新设计的结构能够满足叶片正常运行，但是减少了剩余安全系数，比原始叶片薄弱。
具体地，原叶片的窗口结构形式有台阶，可以对窗口盖板进行定位，确保实际安装的精度。
当雷击发生时，由于本实用新型使用多个接闪点进行接闪，提高了接闪的概率，会大概率地将雷电通过防雷系统导入地底，从而对叶片进行保护；当部分较强的雷击不能从防雷系统导入地底，从而发生爆炸时，窗口结构附近的连接强度远小于该处区域原叶片的强度，因此会优先从窗口结构处开裂，释放雷击的能量，减少叶片整体的损伤程度，从而对叶片整体进行保护。
需要说明的是，本申请中未详述的技术方案，采用公知技术。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，包括多点雷电接闪系统和减轻雷击损伤窗口结构，
所述多点雷电接闪系统，包括分别布置在叶片压力面和吸力面的接闪条(1)、布置在叶片压力面和吸力面的接闪柱(2)、布置在叶片内部的接闪块(3)、连接条(4)、连接原叶片防雷导线(10)的卡紧块(5)；所述接闪柱(2)穿过所述接闪条(1)且与接闪块(3)螺纹连接，连接条(4)一端与接闪块(3)，与卡紧块(5)连接；
所述减轻雷击损伤窗口结构，包括原叶片开窗口(6)、窗口盖板(7)、窗口盖板内部连接的胶层(8)、窗口盖板外部的连接结构(9)。
2.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，所述接闪条(1)为多个。
3.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，所述接闪条采用截面尺寸为3mm×25mm的金属条。
4.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，所述卡紧块(5)为两个，且通过螺栓将两个卡紧块(5)连接在一起，将原叶片防雷导线(10)夹持住。
5.根据权利要求4所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，两个卡紧块相连接的面均设置有相配合使用的弧形槽，且弧形槽的半径比原叶片防雷导线(10)的半径小0.5-2mm，所述原叶片防雷导线(10)夹持在两个弧形槽内。
6.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，原叶片开窗口(6)设置有用于对窗口盖板(7)进行定位的台阶。
7.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，原叶片开窗口(6)开在叶片的吸力面。
8.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，窗口盖板外部的连接结构为连接的玻璃纤维布。
9.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，减轻雷击损伤窗口结构布置在叶尖剩余安全系数大于3的区域。
10.根据权利要求1所述的风电叶片防雷击保护结构，其特征在于，所述多点雷电接闪系统布置在叶尖段，距离原叶片叶尖接闪点0.5-4m。
Priority Applications (1)
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| CN202021417587.3U CN213331412U (zh) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | 一种风电叶片防雷击保护结构 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| CN213331412U true CN213331412U (zh) | 2021-06-01 |
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Family Applications (1)
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| CN202021417587.3U Active CN213331412U (zh) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | 一种风电叶片防雷击保护结构 |
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|---|---|
| CN (1) | CN213331412U (zh) |
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2020
- 2020-07-17 CN CN202021417587.3U patent/CN213331412U/zh active Active
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