[發明專利]用于組合式葉片的閃電保護系統

有效

• 申請號: 201010196009.6
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN101871436A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 約恩·阿羅塞納德拉魯阿;安娜·卡內拉加羅萊拉;埃內科·桑帕斯夸爾
• 申請（專利權）人: 歌美颯創新技術公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;H01T19/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威

技術領域

本發明涉及一種在風力渦輪機的葉片中使用的閃電保護系統，并且尤其涉及一種用于組合式葉片的閃電保護系統。

背景技術

葉片是風力渦輪機中最易受到閃電攻擊的部分。很多因素使得設計出令人滿意的防閃電破壞系統變得復雜：它的巨大長度、非導電材料(例如玻璃纖維)與其它導電材料(例如碳纖維)的組合、所使用樹脂的耐熱性低等等。

在現有的關于雷擊的文獻中已經揭示了需要將葉片的所有導電元件都設成等電位并將它們連接到用于風力渦輪機其它部分的閃電避雷器系統。

碳纖維，作為一種導電材料，必須與避雷器系統等電位。將導電材料隔離的難題是，當閃電穿過避雷器系統時，由閃電引起的電磁感應現象將在它們之間產生非常高的電能差。這種電能差能夠變成跳躍電弧，這對于葉片的纖維層將是毀滅性的情形。

多數的葉片設計包括閃電保護系統，該閃電保護系統由設置在最靠近葉尖的區域中的一組接收器組成，這些接收器通過電纜連接，電纜向下延伸穿過葉片的內部至位于風力渦輪機輪轂中的將閃電引導到其基部的系統。該系統必須使閃電的沖擊被接收器吸收，以防止葉片的其它更多暴露的部分受到雷擊。一旦閃電被捕獲，該系統必須在閃電的巨大能量不對葉片結構造成破壞的情況下，將其引導到葉片的基部。

基于這種類型的不同的解決方案是已知的。它們在如專利DE4436197、WO0177527、US6612810、WO9607825、EP0707145或者本申請人的專利ES2255436和ES2255454中揭示。

另一方面，最新的葉片設計中達到的大尺寸使得葉片的設計分成幾個部分實行，在風力渦輪機坐落的地點對這幾個部分進行組裝。這樣，簡化了機械部件的后勤和運輸，并且可以到達那些無法運輸大尺寸葉片的地點。

可以有兩種葉片連接系統：化學連接(通過粘合手段)或機械連接(通過螺栓連接)。考慮到粘合連接對周圍環境的敏感程度，基于螺栓連接系統的葉片連接更加堅固且更適宜用于在現場組裝。

本申請人的專利EP1584817和ES2265760示出了兩個組合式葉片方案，其機械連接由螺栓連接的方法完成。

還有其它已知的組合式葉片方案，各個部分通過如專利US20030138290和DE3109566中示出的螺栓接頭機械連接。

因此，設置在葉片各部分之間的螺栓連接是通過設置在葉片連接部分的金屬元件完成的。

當葉片直接面對雷擊時，考慮到這些金屬元件將變成潛在的雷擊吸引點，它們直接影響葉片的性能，同時，考慮到閃電對螺栓連接部分的沖擊會造成損害(產生裂紋開始點，破壞螺紋連接，破壞可能存在的監視系統，在不同的金屬元件之間電弧的跳躍，等等)，因此在閃電葉片保護系統的設計中必須將它們考慮在內。

基本的保護方案應包括將金屬元件連接至葉片的地線，但是將它們連接到大地使得它們更易受雷擊影響。不將這些金屬元件連接到接地電纜可以減小風險，但是必須考慮到，如果發生雷擊，電流只能通過電弧傳遞到接地電纜，隨后將破壞連接部分。

還有已知的雷擊保護系統方案，如歐洲專利EP2019204，其提出將接收器像夾具一樣布置在葉片復合材料的外表面上(嵌入到層板中或然后放置在復合材料的頂上)。這種方案的工作方式與典型的葉尖接收器相同，只是改變了接收器的形式，其具有大于典型接收器的表面。然而，由于這些方案是在外殼的表面上，所以它們不能解決在葉片各部分連接器上的雷擊問題，倘若接收器像以上方案示出的那樣設置在葉片連接部分的一側上將不能消除對葉片連接部分的金屬元件的雷擊的可能性。

發明內容

本發明由用于中間風力渦輪機葉片連接部分的閃電保護系統構成，該閃電保護系統由覆蓋葉片連接元件的金屬整流罩組成，在防止內部連接元件受到閃電襲擊的同時保持葉片部分的空氣動力學的幾何形狀。

本發明適用于由多個模塊組成的葉片，該多個模塊通過螺栓連接彼此連接在一起，并且葉片具有雷擊保護系統，該雷擊保護系統包括在葉片的一端上的接收器和接地電纜，接地電纜在貫穿葉片結構梁的長度上延伸。

一旦完成葉片模塊之間的結構連接，所述連接部分被一組整流罩覆蓋，使得葉片外表面成為連貫的整體，屏蔽由整流罩構成的空間，連接部分的金屬元件位于該空間，即，它們產生封閉空間，封閉空間的電場為零。這種現象使得當葉片暴露于在閃電沖擊之前產生的強電場中時，葉片連接元件沒有垂直放電，而金屬整流罩則有一些，由此保證該沖擊在葉片的金屬元件上發生之前先在整流罩上發生。這樣，連接元件與閃電沖擊隔離。