用于风力涡轮机的闪电排放系统的制作方法

本发明涉及用于风力涡轮机、特别是用于大型风力涡轮机的闪电排放系统。

背景技术：

由于其尺寸，风力涡轮机易于受到闪电影响，一般是风力涡轮机的叶片。如果闪电击中风力涡轮机的叶片的末梢，则电流在被排放到地面之前会流过风力涡轮机的不同部件。闪电会引起高电压和高电流，并且风力涡轮机的这些部件中的一些无法承受这样的值，并可能受到损伤。因此，在风力涡轮机中通常使用闪电排放系统来防止这些损伤，并将这些电流和电压以受控和安全的方式排放到地面。

风力涡轮机包括：轮毂；限定内部保护空间的毂罩（spinner），该轮毂以受保护的方式布置在该内部保护空间中；附接到该轮毂的多个叶片（通常为三个）；面向该毂罩的机舱；布置在该机舱中的发电机；以及将该发电机连接到该轮毂的发电机轴。当叶片和轮毂由于风的作用而转动时，该转动通过该发电机轴传递到该发电机，并且该发电机将该转动（机械能）转换成电能。已知的排放系统通常以某种方式将叶片连接到机舱，并且将机舱连接到地面。因此，当闪电击中叶片时，后者通过机舱放电到地面。

对于这种类型的解决方案，通常在相对应的叶片周围布置导体材料的叶片带，所述叶片带被连接到机舱。当闪电击中所述叶片时，其通过该叶片带和机舱排放到地面。

随着时间的推移，所使用的风力涡轮机的尺寸已逐渐增大。这意味着所使用的轮毂也更大，使得通常靠近叶片的根部（与轮毂的连接点）布置的叶片带当相对应的叶片转动时在机舱的周界外旋转。这意味着某些称为排放系统的解决方案不适用，并且需要针对大型风力涡轮机、尤其是针对那些叶片带在机舱的周界外转动的大型风力涡轮机的特定解决方案。

us2016/0252078a1公开了一种用于大型风力涡轮机的闪电排放系统。该风力涡轮机包括：轮毂；限定内部保护空间的毂罩，该轮毂以受保护的方式布置在该内部保护空间中；附接到该轮毂的叶片；以及连接到参考点（地面）的机舱。该排放系统包括：电导体材料的叶片带，并且该叶片带被附接到叶片；电导体材料的环，并且该环被附接到毂罩，从而面向机舱并且电附接到该叶片带；将该叶片带电连接到该环的第一接触装置；以及将该环电连接到机舱的第二接触装置。因此，当闪电击中叶片时，闪电通过该排放系统排放到参考点（地面），从而通过该叶片带、该环和机舱，而它不会被引导到（derivedto）风力涡轮机的其他部件，如果它们被暴露于闪电，则这些部件可能会受到负面影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种如权利要求中所限定的用于大型风力涡轮机的闪电排放系统。

该闪电排放系统被构造成用于大型风力涡轮机，使得可能击中所述风力涡轮机的闪电通过所述系统被排放，从而防止它影响所述风力涡轮机的敏感部分。

该风力涡轮机包括：轮毂；限定内部保护空间的毂罩，该轮毂被布置在该内部保护空间中；固定到该轮毂的至少一个叶片；以及机舱，其连接到例如地面的参考点。

该排放系统包括：电导体材料的叶片带，该叶片带被附接到叶片，并且优选地围绕所述叶片的周界布置；以及电导体材料的环，该环面向机舱，并且被电附接到所述机舱和叶片带。该排放系统还包括：第一接触装置，其将该叶片带电连接到该环；以及第二接触装置，其将该环电连接到机舱。因此，该排放系统适于通过该叶片带、该环、机舱和相对应的连接来将可能击中叶片的闪电排放到参考点。

该毂罩包括面向机舱的后部开口，所述保护空间通过该后部开口面向所述机舱。该叶片带和该环被布置在由毂罩限定的保护空间中，使得该叶片带和该环两者均受毂罩保护，从而该排放系统得到更多保护。该环还被附接到轮毂，使得它通过该后部开口面向机舱，从而与所述轮毂一体地转动。

该机舱被附接到用于闪电排放的参考点，例如地面。如已经描述的将该环布置成面向机舱的事实有助于所述环和所述机舱之间的电连接，并且因此，有助于组装该排放系统，以及当叶片被闪电击中时排放电流必须沿循的路径。

另外，该毂罩通常由诸如玻璃纤维之类的柔性材料制成，并且在所提出的排放系统中，由于该环被附接到轮毂而不是如现有技术中发生的那样附接到毂罩，因此提供了该环的更加安全和刚性的附接，并且避免了以下风险，即：毂罩的固有柔性可能会在其质量和其位置（例如，这是因为在附接到毂罩的情况下，附接点或区域可能是可移动的）两者上影响与该环的附接。

鉴于本发明的附图和详细描述，本发明的这些和其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出了风力涡轮机。

图2示出了图1的风力涡轮机，其没有毂罩并且具有根据本发明的闪电排放系统的实施例。

图3示出了图2的细节a-a。

图4示出了用于将环附接到根据图2的排放系统的轮毂的附接装置。

图5示出了用于确保环和根据图2的排放系统的叶片带之间的电接触的接触元件。

具体实施方式

大型风力涡轮机1000包括：轮毂1；限定内部保护空间的毂罩2，轮毂1被布置在该内部保护空间中；附接到轮毂1的多个叶片3；以及机舱4，如图1和图2中所示。

风力涡轮机1000还包括布置在机舱4中的发电机（未在图中描绘）以及将该发电机附接到轮毂1的发电机轴（未在图中描绘）。当叶片3和轮毂1由于风的作用而一体地转动时，该转动通过该发电机轴传递到该发电机，并且该发电机将该转动（机械能）转换成电能。

本发明的排放系统被构造成供其在大型风力涡轮机1000中使用，并且更具体而言，用于将击中风力涡轮机1000的叶片3的闪电排放到参考点g（通常为地面）。机舱4借助于未在图中描绘的连接而连接到参考点g，使得闪电通过机舱4来排放到所述参考点g。

对于该排放系统将被应用于的每个叶片3，该排放系统包括叶片带101，相对应的叶片3被附接到该叶片带101。该叶片带101具有电导体材料，并且优选地围绕相对应的叶片3。该排放系统还包括电导体材料的环102，该环102面向机舱4，并且该环102借助于第一接触装置103来电附接到叶片带101，并借助于第二接触装置104来电附接到所述机舱4，如图3中以简化的方式描绘的。环102包括中心轴102.0，其优选地对应于发电机轴。

在该排放系统保护多个叶片3的情况下，每个叶片3将包括相关联的叶片带101，并且环102将被附接到所有叶片带101（将不需要每个叶片带101一个环102），该排放系统包括相应的接触装置103用于环102与每个叶片带101之间的附接。在下文中，为了简单起见并且没有限制的性质，描述了针对单个叶片3的排放系统，但是如已描述的，它可针对更多的叶片3，在这种情况下，它将包括与每个叶片3相关联的叶片带101及其与环102的相对应附接。

毂罩2包括面向机舱4的后部开口（未在图中描绘），所述保护空间通过所述后部开口面向机舱4。毂罩2通常包括供发电机轴通过的开口，但是该后部开口是大于用于发电机轴的开口的开口或者除了用于发电机轴的开口之外的开口。该后部开口的功能在下面更详细地描述。

叶片带101和环102被布置在界定毂罩2的保护空间中，从而受所述毂罩2保护。环102被附接到轮毂1并且被附接成使得它通过毂罩2的后部开口面向机舱4。这有助于借助于第二连接装置104的环102与机舱4之间的可靠的电气和机械附接。因此，当提及大型风力涡轮机时，其可被解释为如下风力涡轮机，即：其中，当叶片带101转动时，它行经机舱4的周界外部的路径。

在所提出的排放系统中，当闪电击中叶片3时，它通过由相对应的叶片带101、叶片带101与环102之间的接触装置103、环102自身、将环102附接到机舱4的接触装置104、机舱4自身以及机舱4与参考点g之间的连接形成的路径来排放。

该排放系统包括用于将环102附接到轮毂1的附接装置，如图4中以更多细节示出的。该附接装置被构造成在环102和轮毂1之间提供电气绝缘。因此，尽管环102被附接到轮毂1，但是由于所使用的附接装置的类型（其绝缘），防止了闪电通过轮毂1排放或到达轮毂1，并且利用所提出的排放系统，使风力涡轮机1000的敏感元件保持安全。

环102被附接到轮毂1的事实为所述附接提供了强度，这是因为轮毂1是风力涡轮机1000的刚性元件，从而进一步确保了所述附接始终处于相同的位置，这始终确保用于击中叶片3的闪电的相同排放路径，而没有像附接到柔性材料（通常是玻璃纤维）的毂罩2的情况那样该排放路径可能变化的风险，这可能造成环102的移位，并且因此，导致闪电在其排放中的路径的改变。

该附接装置包括围绕环102的中心轴102.0均匀分布的多个附接元件105。每个附接元件105包括电绝缘材料，以优选地在最靠近环102的端部处使环102和轮毂101绝缘。

用于将环102附接到轮毂1的附接装置包括一定数量的附接元件105，该数量是风力涡轮机1000的叶片3的数量的正整数倍（positivewholemultiple）。所述风力涡轮机优选地包括三个叶片3，附接元件105的数量因此等于三的正整数倍。在这种情况下，附接元件105的数量优选为三个（正整倍数等于一），并且被布置成一个处于下一个（围绕中心轴102.0）的120°处。

该排放系统可包括轮毂环106，该轮毂环106固定到轮毂1并且与环102同心，该附接装置被构造成将环102附接到轮毂环106。这有助于环102与轮毂1之间的附接，这是因为轮毂1自身包括供其附接到环102（轮毂环106）的特定元件，并且为所述附接提供刚度，从而进一步确保了环2相对于轮毂1不经历相对位移，从而为闪电排放维持了安全且固定的路径。如图4的示例中所示，与环102相比，轮毂环106优选地包括较小的直径。

优选地，如借助于图5中的示例所示，将环102附接到叶片带101的接触装置103包括：头部103.0，其与叶片带101接触；以及至少一个电缆103.1，其在一端处附接到头部103.0，并且在另一端处附接到环102。该排放系统可包括至少一个接触元件107，其用于确保环102与叶片带101之间的电接触。在这种情况下，头部103.0被附接到所述接触元件107，从而确保了所述接触。由于相对应的叶片3的转动，在叶片带101和头部103.0之间可能存在相对运动，并且在没有该接触元件107的情况下，可能发生的是，由于所述相对运动而失去头部103.0与叶片带101之间的接触，当闪电击中所述叶片3时，没有接触的发生是危险的。接触元件107防止这种状况，从而始终确保所述接触。

接触元件107优选地被附接到环102，但是它也可被附接到轮毂1或者附接到与环102和轮毂1一体地转动的另一个元件，该环102和轮毂1如已经提到的一体地转动而在它们之间没有相对位移，并且该接触元件107可被附接到第一接触装置103，以便确保所述接触装置103与叶片带101的电接触。所述接触元件107被构造成朝向接触带101施加推力，并且第一接触装置103被附接到所述接触元件107，使得所述推力将其推向所述叶片带101。特别地，头部103.0是第一接触装置103的附接到附接元件107的元件。

接触元件107包括：固定支撑件107.0，其附接到环102或附接到轮毂1；以及柔性支撑件107.1，其附接到所述固定支撑件107.0并且构造成朝向叶片带101施加推力。第一接触装置103（头部103.0）被附接到所述柔性支撑件107.1。

头部103.0包括碳刷，该碳刷是在电缆103.1和叶片带101之间执行电连接的元件。由于它是碳，因此它不会受到腐蚀的影响，例如，与另一种类型的电刷相比，它的使用寿命得以延长。头部103.0包括未在图中描绘的火花隙，该火花隙以优选为5-7mm之间的确定的距离与电刷分开，并且附接到附接元件107。因此，该电刷确保了静电放电，并且该火花隙确保了可能损伤该电刷的大电流闪电的排放。