[發明專利]風力發電用葉片的雷電保護結構

有效

• 申請號: 201180031702.0
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102985688A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 鈴木潤;武藤厚俊
• 申請（專利權）人: 株式會社日本制鋼所
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 黃剛;車文

技術領域

本發明涉及一種風力發電用葉片的雷電保護結構，該雷電保護結構防止風力發電所利用的葉片由于雷電襲擊而被損壞。

背景技術

當前地使用的風力發電用葉片主要由玻璃纖維增強塑料(GFRP)制成，并且葉片自身是絕緣體并且不具有導電性。相應地，在小型風力發電機時期，認為葉片不受雷電襲擊。然而，隨著風力發電機的尺寸變大，受到雷電襲擊的葉片的損壞加重。相應地，將由金屬制成的構件(雷電接受器)聯接到葉片并且將引線(引下線)連接到金屬鉤件和地面的方法已經得到普及。各種形狀或者類型的雷電接受器已經被提出并且投入實際使用。

例如，在特許文獻1中，公開了一種風力發電的雷電保護系統，該雷電保護系統包括被設置在葉片上的導體環和被設置于在其中配備有風力發電機的轉子外殼中的非線性電阻體或者氧化鋅類型避雷元件，其中非線性電阻體或者氧化鋅類型避雷元件面對導體環。

在特許文獻2中，公開了一種雷電保護結構，除了被電絕緣的風輪機葉片，該雷電保護結構能夠通過在設備上方安裝早期的流光發射式避雷導體而改進雷電保護效果。

而且，為了保護由GFRP制成的葉片，在特許文獻3中，公開了一種能夠防止葉片受到雷擊的用于風輪機的避雷器設備，其中一個或更多個電極板被聯接在葉片的末端和根部之間以使得雷電流從電極板流動到電極板或者從電極板直接在葉片表面上沿面放電。在轂中收集的雷電流從轂通過吊艙和塔架而被引導到地面，從而能夠完全地防止葉片燃燒。

在特許文獻4中，公開了一種用于風力渦輪發電機的避雷器，其中在與葉片的下端間隔開的位置處與葉片的下端相對的金屬構件被聯接到風輪機塔架，并且金屬構件位于主要地圍繞金屬構件旋轉的葉片的末端附近，從而對于葉片的每一次旋轉，在葉片上的電荷被排放到靠近該葉片的金屬構件，從而防止雷電襲擊葉片。

在特許文獻5中，公開了一種避雷保護裝置，其中用于突出的由耐熱傳導材料制成的避雷針的安裝基座被裝配到驅動發電機的風輪機的葉片的末端從而覆蓋該末端，然后吸收由霹靂產生的光/熱能并且被熱熔合的突出的避雷針被以可拆卸方式安裝到用于突出的避雷針的安裝基座。該突出的避雷針從用于突出的避雷針的安裝基座的外表面以拋物線形式凸出，用于突出的避雷針的安裝基座和在葉片的中央部分處的傳導轂被布置在葉片中的雷電保護導體電連接，被熱熔合的放電管本體被以可拆卸方式安裝到在轂的發電機側處的端面，通過放電間隙與放電管本體對正的傳導放電環被裝配到在吊艙的風輪機側處的端部，并且然后放電環通過雷電保護引線而被接地。

引用列表

專利文獻

特許文獻1：JP-A-2000-265938

特許文獻2：JP-A-2001-123934

特許文獻3：JP-A-2002-227757

特許文獻4：JP-A-2003-282295

特許文獻5：JP-A-2005-302399

發明內容

技術問題

然而，利用在特許文獻1和4中公開的構造，如果葉片變大，則在葉片的末端和非線性電阻體或者雷電導體之間的距離延長，從而充分地防止葉片的末端被雷電襲擊是不可能的。

此外，在根據如在特許文獻2、3和5中所公開的相關技術的金屬芯片末端的雷擊保護設備中，在金屬部分和FRP部分之間存在邊界部分，接受雷電引起溫度突然地增加，并且在一些情形中，葉片受到損壞。另外，電場很可能在邊界部分上集中，從而難以說雷電接受頻率是低的。而且，因為進行風輪機的葉片的維護需要很高的成本，所以需要一種不再需要定期維護的設備。

已經鑒于上述問題實現了本發明，并且本發明的一個目的在于提供一種雷電保護結構，其中突起被設置于在雷電接受器和葉片本體之間的邊界附近以抑制邊界被雷電襲擊。

問題的解決方案

即，根據本發明的第一方面，提供一種根據本發明的風力發電用葉片的雷電保護結構，包括：雷電接受器，所述雷電接受器被構造為形成風力發電用葉片的表面的一部分；和雷電接受突起，所述雷電接受突起被構造為從所述雷電接受器的表面向外突出，其中所述雷電接受突起被設置于在葉片本體和所述雷電接受器之間的表面邊界，并且被構造為防雷電的所述表面邊界位于一個圓的半徑方向內側，所述圓以所述雷電接受突起的末端為中心，并且所述圓具有是所述雷電接受突起的長度的兩倍的半徑。

根據本發明，電場強烈地在雷電接受突起而非在雷電接受器和葉片本體之間的表面邊界上集中。雷電在表面邊界之前由雷電接受突起接受。相應地，能夠抑制雷電襲擊表面邊界，由此防止葉片受到損壞。