专利名称：风轮机保护的制作方法
技术领域：
、用于保护涡轮叶片的系统 [5，6，7，8，9,10]、甚至用于保护整个风轮机的系统[11，12，13，14。因此，虽然常规的雷电保护系统常常要比完全没有保护的 好，但是对于采用这种常规雷电保护系统的风轮机的叶片而言，当它 们受到雷电冲击时，它们的尾缘遭受分层和/或遭受扫射冲击所带来的 损坏的情况并非罕见。 相应的，仍旧存在要求提供保护风轮机叶片免受雷电冲击 的改进的系统和方法的需求。
发明内容
申请人:发现，通常常规的风轮机雷电保护系统并没有设计 成解决了风轮机是转动系统的事实，而是通常意识中按照风轮机静止 的静电特性进行设计。例如，由于当叶片处在第一位置"A"时的静电 场电势不必要与当叶片处在第二位置"B"时的静电场电势相等，所 述静电场电势可能会随着时间变化。因此，根据本发明的不同方面， 申请人:通过考虑了雷电与活动风轮机叶片作用时风轮机系统的动态电 学特性，解决了这种常规系统的缺点。 通过提供超出涡轮叶片的尾缘的雷电接受器，为移动中的 叶片尾缘提供了保护。另外，这种雷电接受器的不同实施例可用于将 静电荷从叶片上排出。它们还可用于控制围绕叶片的动态静电场电势 的形状，由此实现了用于将雷电冲击引出活动叶片的受控放电路线。 这种雷电接受器可例如被嵌在叶片的外壳结构内或者可安装在表面 上，后者对于现存涡轮叶片而言更容易改进。 根据本发明的第二方面，提供了用于风轮机叶片的雷电保 护系统。所述雷电保护系统包括用于安装在涡轮叶片的表面处的传导性雷电接受器。所述雷电接受器具有基本细长的形状，并且构造为安 装成使雷电接受器的最大尺寸基本平行于涡轮叶片的设计移动方向设 置。 通过提供具有基本细长形状的雷电接受器，所述雷电接受 器构造为安装成使雷电接受器的最大尺寸基本平行于涡轮叶片的设计 移动方向设置，提供了沿叶片的表面移动的扫射冲击的保护。
0014例如，相对薄的金属线状或须状结构可用作雷电接受器， 并且这些接受器可设置在叶片上的位置上，由此它们基本上与叶片转 动时所预定的弓形路线相切展开，或者基本上沿这种弓形路线的路线 的至少一部分展开。而且，这种雷电接受器的相对薄或窄的细长结构 的釆用提供了另外的优点，即没有明显增大的表面摩擦力施加到叶片 上。由于这种雷电接受器随着时间逐步发展，使得当叶片移动时任何 雷电冲击不易引发未受控的扫射冲击，因此还进一步改善了静电场电 势的可靠性。
0015] 根据本发明的第三方面，提供了用于风轮机的涡轮叶片。 所述涡轮叶片包括设有一个或多个由导电材料制造的雷电总线的成形 叶片结构和安装在涡轮叶片表面并电连接到一个或多个雷电总线的根 据本发明第一或第二方面的雷电保护系统。本发明的不同实施例将采 用多个这种设置在涡轮叶片内的雷电总线。这就提供了电线冗余，这 将进一步提高可靠性，增大维修间隔，并且增长这种叶片的整个操作 寿命。
0016] 根据本发明的第四方面，提供了用于发电的风轮机。所述 风轮机包括支撑塔架结构，所述塔架包括雷电导体，用于在其一端 电连接到接地级；由塔架支撑的机舱；容纳在机舱内的发电机；机械 连接到发电机的可转动毂；和机械连接到所述毂的至少一个根据本发 明第三方面的涡轮叶片。所述至少一个的涡轮叶片的一个或多个雷电 总线穿过可转动毂电连接到雷电导体的第二端，由此雷电保护系统电 连接到雷电导体的第一端。
0017例如，正如现有技术所公知的，雷电导体的第一端可经由 埋入土壤内的地面/接地板连接到接地级，第二端可终止于连接到涡轮 叶片雷电总线的滑动环连接器处的毂内。在不同实施例中，雷电导体 可提供用作固定到或设置在塔架结构内的内部或外部引下线。 根据本发明的第五方面，提供了发电的方法。该方法包括 操作根据本发明第四方面的风轮机，将产生的电供应给电网，供消费 者随后消费。这种方法的一个优点在于提高了供电的可靠性，特别是 在风暴天气和雷电条件下。
图1显示了才艮据本发明实施例的风轮机； [0021图2显示了常规风轮机转子叶片；图5显示了沿穿过图4中转子叶片的B-B平面的横剖视
图；图8显示了穿过根据本发明实施例的转子叶片的又一实
施例的横剖视图； 图1显示了根据本发明实施例的风轮机100。该风轮机100 包括机艙102、塔架104、设有至少一个转子叶片108的转子106和可 转动毂IIO。机艙102安装在塔架104上，并且还容纳有发电机112。 转子叶片108固定到毂110上并且当风强度足够大转动叶片108时转动 毂IIO。毂110通过可包括齿轮结构的连接机构114 (图中未示)机械 连接到发电机112上，由此毂110的转动促使发电机112运转，从而发 电。 塔架104结构包括在其第一端处电接通地级的雷电导体或 引下线。所述雷电导体的第一端经由埋入土壤118内的地面/接地板116 连接到地级，第二端在滑动环连接器(为了清楚起见，图中未示)处 终止于毂IIO。正如现有技术中已知的，滑动环连接器将引下线的第二 端连接到涡轮叶片108的各个雷电总线215 (图5中示出)。 接着，涡轮叶片108的每个雷电总线215电连接到根据本 发明实施例的各个雷电保护系统200 (图5中示出)。为了解释，下文 将详细描述这种雷电保护系统的各个实施例。 图4显示了根据本发明实施例的风轮机叶片108。叶片108 的结构本身与常规叶片8的相似点在于转子叶片108由设有中空的 中心部216的机翼形状的GRP结构形成。该转子叶片也设有由GRP 材料相对薄的部分形成的前沿209和尾缘210(例如与为该结构的其余 部分提供的两个GRP材料相对应，提供单个GRP片)。使用GRP材 料是因为它相对轻并且具有良好的强度重量比. 在不同实施例中，采用层压的GRP材料。例如，可采用 GRP材料的交叉层，GRP层设有PVC中间层.申请人还想到为叶片 提供使用碳加强塑料(CRP)，这是因为由于GRP不能很轻松的将可 能产生的热量驱散，GRP (是绝热器)的使用会导致增大的穿孔或分 层的风险，伴随着它可能开始燃烧的风险。
这三个雷电接受器201、 202、 203仅仅是通过示例显示， 应当注意本发明的各个不同实施例可采用位于涡轮转子叶片的吸力和/ 或压力面上的一个或多个这种雷电接受器进行操作。然而，在特定实 施例中，由于雷电接受器确实为涡轮叶片108的整个长度提供增强的 保护，因此提供多个雷电接受器是优选的。
0042图5显示了沿穿过图4中转子叶片108的B-B平面的横 剖视图。每个雷电接受器201、 202、 203经由各个连接器214电连接到 设置在叶片108中空的中心部216内的雷电总线215。所述雷电总线215 通过内部支架213支撑，所述支架用于加强和保持叶片108的形状， 并且可连接到设置在靠近叶片108根端的风轮结构100内的雷电引下 线。所述支架213由GRP或CRP材料形成，它或者与叶片108的机 翼形状结构整体形成，或者作为固定在其中的单独构件。 所述雷电接受器201、 202、 203由狭窄形状的细长金属导 电材料(例如防腐铜、钢铁或铝)形成，并设有超过涡轮叶片108的
尾缘210伸出的锥形端203,例如，雷电接受器201可包括超出涡轮叶 片108的尾缘210伸出的部204，所述部在B-B平面内具有从雷电接 受器201总体长度的大约5%到大约20%、 30%、 40%、 50%等等的长 度，雷电接受器201、 202、 203的总体长度依赖于它们在根到尖的方 向上沿叶片108的半径的相对引用位置。这种突出部204的长度可以 至少为几厘米，由此它可用作雷击的最终击穿位置。 图6显示了穿过根据本发明的转子叶片308的另一实施例 的横剖视图。在该实施例中，支架313形成为单独的注塑GRP或/和 CRP构件，并且不作为叶片308的结构整体的一部分。支架313通过 采用环氧树脂的粘合固定到叶片308结构和雷电接受器205上。。
0052雷电接受器201由防腐导电材料制造，例如铜或钢铁，并 设有固定装置218。所述固定装置218可以是例如螺钉、螺栓、铆钉、 焊接等，其可穿过叶片108的表面固定到设置在其中的连接器214上， 由此提供雷电接受器201和连接器204之间的电连接。 图10显示了根据本发明另一实施例的雷电接受器208。所 述雷电接受器208基本上呈细长形状并设有锥形端229。所述锥形端 203设计为伸出叶片的尾缘。所述雷电接受器208还在形状上基本沿弧 220弯曲，当叶片沿箭头222的方向转动时，叶片设计为沿所述弧前行。 参考文献
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如果许可，通过参引上述参考文献整体，它们的内容因此也包含 在这篇申请中。
权利要求
1.一种用于风轮机叶片的雷电保护系统(200)，该雷电保护系统(200)包括用于安装在涡轮叶片(108)的表面(212)处的传导性雷电接受器(201)，由此当安装在所述表面(212)时，该雷电接受器(201)的一部分(204)伸出涡轮叶片(108)的尾缘(210)。
2. 根据权利要求1的雷电保护系统(200)，其特征在于所述雷 电接受器(201)具有基本细长的形状，并且构造为安装成使雷电接受 器(201)的最大尺寸基本平行于涡轮叶片(108)设计移动的方向设 置。
3. —种用于涡轮叶片(108)的雷电保护系统(200)，该雷电保护 系统(200)包括用于安装在涡轮叶片(108)的表面(212)处的传导 性雷电接受器(201)，其中所述雷电接受器(201)具有基本细长 的形状，并且构造为安装成使雷电接受器(201)的最大尺寸基本平行 于涡轮叶片(108)设计移动的方向设置。
4. 根据权利要求3的雷电保护系统(200)，其特征在于当安装 在其中的所述表面(212)时，该雷电接受器的一部分(204)伸出涡 轮叶片(108)的尾缘(210)。
5. 根据前述任意一项权利要求的雷电保护系统(200)，其特征在 于所述雷电接受器(201， 208)是线状或者须状。
6. 根据前述任意一项权利要求的雷电保护系统(200)，其特征在 于所述雷电接受器(201， 208， 211)具有至少一个锥形端(203, 228， 229)。
7. 根据前述任意一项权利要求的雷电保护系统(200)，其特征在 于所述雷电接受器(206,207)延伸到涡轮叶片(408， 508)的前沿(409， 509) D
8. 根据前述任意一项权利要求的雷电保护系统(200)，其特征在 于所述雷电接受器(207)基本上围绕叶片(508)的横剖面环绕或 延伸。
9. 根据前述任意一项权利要求的雷电保护系统(200),包括一个 或多个附加的雷电接受器(202， 203， 208, 211 )。
10. —种用于风轮机(100)的涡轮叶片(108)，该涡轮叶片(108) 包括 成形叶片结构，设有一个或多个由导电材料制造的雷电总线(215);和安装在涡轮叶片(108)表面并电连接到一个或多个雷电总线的根 据任意前述权利要求的雷电保护系统(200)。
11. 根据权利要求10的涡轮叶片(108)，其特征在于所述叶片 结构包括玻璃强化塑料(GRP)和/或碳强化塑料(CRP)。
12. —种用于发电的风轮机(100),该风轮机(100)包括 支撑塔架结构(104)，该支撑塔架结构(104)还包括雷电导体，用于在其一端(116)电连接到接地级；由所述塔架结构(104)支撑的机舱(102);容纳在该机艙(102)内的发电机(112);机械连接到该发电机(112)的可转动毂(110);和机械连接到所述毂(110)的根据权利要求10或11的至少一个涡 轮叶片(108),其中该至少一个的涡轮叶片(108)中的一个或多个 雷电总线(215)穿过可转动毂(110)电连接到雷电导体的第二端， 由此该雷电保护系统(200)电连接到雷电导体的第一端(116)。
13. —种发电的方法，该方法包括 操作权利要求12的风轮机(100 );和将由发电机(112)产生的电供应给电网，供消费者随后消费。
14. 一种用于保护风轮机免受雷电冲击的方法，该方法包括为现存 风轮机更新装配根据权利要求1 - 9中任意一项的雷电保护系统(200 )， 通过将至少一个的雷电接受器(201, 202， 203)中每一个都电连接到 现存风轮机的各个涡轮叶片的各自雷电总线；和将至少一个的雷电接受器(201， 202， 203)中每一个都安装在现 存风轮机的各个涡轮叶片的各自表面上。
全文摘要
本发明涉及风轮机保护。用于风轮机(100)的风轮叶片(108)的雷电保护系统(200)可包括用于安装在涡轮叶片(108)的表面(212)处的传导性雷电接受器(201)，由此当安装在所述表面(212)时，该雷电接受器(201)的一部分伸出涡轮叶片(108)的尾缘(210)和/或所述雷电接受器(201)具有基本细长的形状，并且构造为安装成使雷电接受器(201)的最大尺寸基本平行于涡轮叶片(108)设计移动的方向设置。
文档编号F03D11/00GK101354016SQ20081013436
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者B·莱夫克, S·克雷默, Y·M·埃尔南德斯 申请人:通用电气公司