专利名称：用于风力涡轮叶片的雷电保护的接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于风力涡轮叶片以及其它物体的雷电保护的领域。
背景技术：
目前，工业中提出了三种主要的方法用于保护风力涡轮叶片不受雷击:尖端接收器、表面接收器以及叶片覆盖物。尖端接收器通常是圆柱形导体，其通过叶片的末梢鳍或者该末梢鳍上的传导性的端帽而伸出，该圆柱形导体匹配叶片轮廓。这些接收器中的一些装备有冷凝排水管。它们(接收器)总是连接到接地导体，或者接地电极，从而沿横向穿过在叶片根部处终止的涡轮叶片的腔。一些结构采用了被称为接收器块的锚定块，该锚定块位于尖端下方一定距离的叶片腔内，作为用于接收器和接地导体的机电键合结(bonding junction)。尖端接收器有时与表面接收器共同提出。表面接收器是导体组件，其具有与该叶片的外表面对齐的露出表面。面向外部的接收器盘的本体凹进到叶片壁中，该叶片壁偶尔延伸到叶片腔中。在本体的形状改变的同时，露出的表面通常是圆的。用于附接的方法也会改变，但是通常表面接收器盘被部分地插置在叶片壁中并且被固定到接收器块中。表面接收器一般都安置在叶片的压力侧和吸入侧，并且在沿着叶片的长度方向的不同点处能够具有若干个表面接收器。表面接收器的数量一般取决于叶片的长度。它们会直接地、或通过分支导体、或通过电汇流线(electricalbus-like)的接合点(如接收器块)连接到根部接地导体。作为将雷电引导到接收器的手段，通过分流条(diverter strip)或者传导性的叶片覆盖物而得以增强的叶片保护设计已经与这些接收器一起被提出。叶片覆盖物通常是导电层，其覆盖叶片的表面。这些层可以是连续的固体、网状物或者硬化的树脂。它们被实施为薄片状、条状或者斑点状。导体可放置在表面上或者仅在表面涂层以下。风力涡轮叶片最常见地是由玻璃钢(GFRP/FRP)制成，其更常见地被称为玻璃纤维。虽然玻璃纤维是不导电的，但叶片是雷击的常见附着点。通过引入叶片雷电保护系统，叶片雷电保护系统的内部导电部件与作为电击端点的接收器对抗。雷击对风力涡轮叶片的损坏能够以多种方式发生:1)源自叶片内的物体而非接收器的外表面的迎面先导(upwardleader) ；2)在雷击传导阶段期间，在附着点中“跟踪”或移动；3)在雷击传导阶段期间，在叶片内进行侧闪(side-flash)或者电弧放电；和/或4)由于雷击前附着阶段中发生的流光电流而已经报道过损坏或疲劳。作为导电性较低的物体，玻璃纤维壳和结构加强件或者晶石(spar)充当雷电保护骨架的不可见的外皮。由于电场在适合雷击的条件中增强，所以导电物体变得“受压”。影响导电物体周围的场应力的三个主要因素是:I)物体相对于电场的定向；2 )物体相对于相邻的导电物体的位置；以及3)导电物体的几何形状。当局部的电场应力增强到充足的临界值时，导电物体进入称为电晕(corona)的阶段。从电晕接下来的发展是流光引发。流光引发能够逐步增强到迎面先导引发。一旦迎面先导附着到从空中云层放射的向下的阶梯式先导时，导电路径形成并且电子开始流动。该过程描述了向下引发的雷击，或者云层对地面的雷击。雷击对所安装的叶片的损害使得工业中的一些人得出这样的结论:当前的实践无法充分地制止来自接收器的导电元件的迎面先导的引发，或者更具体地，无法充分地制止内部安装的雷电保护系统部件的引发。当前的接收器通常不会通过除了用于粘结玻璃纤维的树脂和/或粘结糊料之外的其它东西来绝缘内部接收器部件或连接。由于意识到风力涡轮叶片雷电保护系统中的不足，所以新的国际标准(IEC 61400-24，“用于风力涡轮的雷电保护”)已经被批准以指引包括接收器的叶片部件和系统的标准。通过将导电部件包绕或封装在电介质强度相对高的媒介中来绝缘接收器块和电缆连接可能不足以防止这些内部部件产生迎面先导。Vestas WindSystems股份公司在公开专利申请 WO 2008/101506 和 WO 2007/128314 (AUAU2007247617)中详细描述了这种途径。应明白，在该领域中希望进一步改进。
发明内容
根据本发明的一方面，将电介质强度相对高的绝缘介质和导电或半导电涂层结合并协调使用，有效地减少了用于固定接地电极的导电物体的局部电场应力。根据本发明的另一方面，具有导电的或半导电的内部涂层的非导电的、可去除的覆盖物和帽用于一个或多个以下目的:1)电防护其边界内的部件；2)如果内部物体都保持以未防护的状态露出，则使覆盖物的内表面和其边界中的部件处于等势状态，以便使场应力降低到所期望的程度；3)在封闭的接收器连接组件与相邻的导电物体之间提供介电屏障；以及4)充当电介质的边界，该电介质用于填充任何内部孔隙以增强电气隔离。根据本发明的又一方面，接收器块绝缘体中的一体的突出部允许通过使用玻璃纤维条/松散的粗纱、树脂和粘结糊料而直接安装到内部风力涡轮叶片腔的壁。根据本发明的再一方面，安装突出部的形状以及其关于接收器块绝缘体的其它特征的位置提供了保留固定介质的手段以及用于接收器块组件的抗旋转锚固。根据本发明的又一方面，环管(grommet)的使用充当离开电气隔离的连接室的接地导线的电气隔离的过渡屏障。根据本发明的再一方面，接收器组件包括一个或多个的以下特征:接收器盘(也称为冰球或插塞)；绝缘盘或者接收器块绝缘体，其可具有突出部；接收器块；垫圈；螺纹紧固件；绝缘盖；以及紧固帽。该绝缘盖中的开口可容纳压接接头和/或环管(其可围绕该压接接头的一部分)。螺纹紧固件的轴可穿过垫圈，和/或可接合接收器块，从而将压接接头固定到接收器块。接收器盘的螺柱可以螺接的方式接合到接收器块的相反端，由此将接收器盘电连接到压接接头。接收器块可以被固定在接收器块绝缘体中的中心开口中。导电或半导电涂层可设置在接收器块、接收器块绝缘体、绝缘盖和/或紧固帽的表面上，例如以提供至少部分地围绕处于绝缘盖中的压接接头的端部的导电材料。通过在下侧并且围绕周缘使用粘结糊料以及使用玻璃纤维条和/或松散的粗纱(所述玻璃纤维条和/或松散的粗纱布置为横跨接收器块绝缘体的表面和风力涡轮的壁的内表面)，接收器块组件可相对于涡轮叶片中的孔或腔而固定；同时如此固定突出部的接收器块绝缘体可有助于阻止接收器组件旋转或其它移动，和/或接收器的顶表面基本上可与涡轮叶片的外表面齐平。紧固帽可机械地联接到绝缘盖，从而包围螺纹紧固件的头部的至少一部分。根据本发明的另一方面，用于风力涡轮叶片(或者另一物品)的雷电保护的接收器组件包括:导电接收器盘；以及机械地联接到接收器盘的绝缘盘或接收器块绝缘体。绝缘的接收器块可用于(如借助在下侧和围绕周缘的粘结糊料以及沿着该接收器块绝缘体的突出部经过的玻璃纤维条和/或松散的粗纱，该接收器块绝缘体阻止接收器组件旋转或者以别的方式移出叶片中的安装孔)将接收器组件联接到叶片。接收器盘的表面可基本上与叶片的外表面齐平。接收器盘可电联接到接头。接收器盘与接头之间的联接可以经由接收器块，其至少一部分处于接收器块绝缘体中。接头的末端可被包围在由接收器块绝缘体的底表面、机械地联接到接收器块绝缘体的绝缘盖以及机械地联接到绝缘盖的紧固帽所限定的腔中。接收器块绝缘体的底表面和/或绝缘盖的内表面、和/或紧固帽的内表面、和/或接收器块的内表面中的至少一个可涂覆有导电的或半导电的材料。该腔可以用填充材料(如环氧树脂)填充。根据本发明的又一方面，用于将接收器组件固定到涡轮叶片的方法包括以下步骤:将接收器组件粘结到叶片中的接收器腔或安装孔；使用粘结糊料和/或材料条将接收器组件的绝缘体块固定到涡轮叶片的壁的内侧。所述放置可包括借助接收器组件的接收器盘的外表面将接收器组件定位为基本上与涡轮叶片的外表面齐平。所述条可以是玻璃纤维条和/或松散的粗纱。这些条和/或松散的粗纱可放置在绝缘体块的伸出的突出部的内侧，因此突出部阻止固定的接收器组件相对于安装孔或接收器腔旋转。所述条和/或松散的粗纱可以或者不可以与粘结糊料或者浸溃树脂一起使用。根据本发明的再一方面，用于物体的雷电保护的接收器组件包括:接收器盘，构造成放置在该物体的表面上；接收器块绝缘体，具有贯通的孔；位于该孔中的接收器块；以及盖，其与该接收器块绝缘体接合。该接收器和该接收器块由导电材料制成。该盖与接收器块绝缘体之间限定一室。该室由位于该盖的内侧上的、位于该帽的内侧表面上、位于接收器块的面向该室的表面上的以及接收器块绝缘体的面向该室的表面上的导电涂层围绕。根据本发明的另一方面，风力涡轮叶片包括:风力涡轮叶片本体；以及安装在该风力涡轮叶片本体上的雷电接收器组件，其中该雷电接收器组件包括导电的接收器盘，其中该接收器盘的表面是该接收器组件的可从外部接近袭击该风力涡轮叶片的雷电的唯一的导电部分。在风力涡轮叶片本体中的接收器容纳开口与接收器盘之间具有间隙。根据本发明的再一方面，将接收器组件安装在设备上的方法包括:将定位螺钉螺接到安装插塞上，然后将该安装插塞固定到模具，其中该安装插塞具有与该定位螺钉以螺接的方式接合的插塞螺纹孔；围绕该安装插塞在该模具上形成该设备的壁；将定位销放置在插塞螺纹孔中；将该设备的接收器块和接收器块绝缘体附接到该设备上，同时所述附接包括围绕该定位销放置该接收器块，同时该定位销处于该接收器块的接收器块螺纹孔中；从该模具去除该设备；使定位螺钉在插塞螺纹孔内旋转，该旋转包括:1)将定位销抵靠接收器块组件的螺钉而推到底；以及2)在定位销被推到底之后，排出安装插塞，由此在该设备中留出接收器腔；以及将接收器盘插入到该接收器腔中，其中该插入包括将接收器盘与接收器块螺纹孔以螺接的方式接合。根据本发明的又一方面，将接收器组件安装在设备上的方法包括一个或多个以下步骤:将模具释放化合物施加到安装插塞的外部；将定位螺钉螺接到安装插塞中；将遮蔽胶带施加到与模具壁接触的安装插塞的表面的周缘(这用于多个目的:a)在限定的位置将插塞固定到模具壁；b)防止真空抽吸的树脂从下侧进入到插塞螺纹孔中；c)防止树脂在插塞的外表面与叶片壁之间固化，这将有效地封装插塞并且防止其被去除)；围绕插塞构造设备，如风力涡轮叶片壁；用粘性遮蔽胶带覆盖安装插塞的内表面，其使插塞螺纹孔的另一端与树脂入口隔离；密封模具并且用树脂浸溃该设备；固化树脂；从安装插塞的内表面去除粘性遮蔽胶带以露出插塞螺纹孔；将定位销插入到安装插塞的插塞螺纹孔中；用粘结糊料涂覆接收器块绝缘体的下侧周缘；将接收器块绝缘体放置到定位销上；将接收器块绝缘体旋转到有助于将导线(分支导体)连接到在预定的方向根植下的导体的方向；用粘结糊料围绕接收器块绝缘体的周缘，从而填满接收器块绝缘体的下侧与该设备(内部叶片壁)之间的任何间隙；围绕接收器块绝缘体的中心圆形凸台的周缘粘结玻璃纤维条和/或松散的粗纱，从接收器块组件的内表面延伸到内部叶片壁上；固化玻璃纤维条或松散的粗纱；封闭叶片；从模具上去除该设备；从安装插塞的外表面上去除粘性的遮蔽胶带；使定位螺钉在安装插塞螺纹孔内旋转，其中该旋转包括I)将定位销抵靠位于接收器中的接收器组件的接收器螺钉而推到底；以及2)在定位销被推到底之后，排出插塞，由此在该设备中留出接收器盘腔，并且将接收器插入到该接收器盘腔中，其中该插入包括将接收器与接收器块螺纹孔以螺接的方式接合。为了实现前述和相关的目的，本发明包括的特征将在下文中全面地描述并在权利要求书中具体地指明。以下描述和附图详细地陈述了本发明的确定的示例性实施例。然而，这些实施例是可以实施本发明原理的各种方式中的示意性的几个。从以下结合附图的本发明的详细描述中，本发明的其它目的、优势和新颖特征将变得显而易见。
附图示出了本发明的多种特征。图1是根据本发明的实施例的接收器组件或系统的分解图；图2是图1的接收器组件或系统的侧向剖视图；图3是根据本发明的另一实施例的接收器组件的斜视图；图4是图3的接收器组件的分解图；图5是图3的接收器组件的侧向剖视图；图6是根据本发明的又一实施例的接收器组件的斜视图；图7是图6的接收器组件的分解图；图8是图6的接收器组件的侧向剖视图；图9是根据本发明的再一实施例的接收器组件的斜视图；图10是根据本发明的再一实施例的接收器组件的剖视图；图11是根据本发明的又一实施例的接收器组件的分解图；图12是图11的接收器组件的剖视图13是示出根据本发明的实施例的、安装接收器组件的方法中的第一步骤的剖视图；图14是示出该方法中的第二步骤的剖视图；图15是示出该方法中的第三步骤的剖视图；图16是示出该方法中的第四步骤的剖视图；图17是示出该方法中的第五步骤的剖视图；图18是示出该方法中的第六步骤的剖视图；图19是示出该方法中的第七步骤的剖视图；图20是示出该方法中的第八步骤的剖视图；图21是示出根据本发明的实施例的包括接收器组件的涡轮叶片的斜视图。
具体实施例方式用于物体(如风力涡轮叶片)的雷电保护的接收器组件包括:接收器盘，构造成放置在该物体的表面上；接收器块绝缘体，具有完整的接收器块；盖，其接合该接收器块绝缘体；以及帽，其接合该盖。接收器盘和接收器块可由导电材料制成，并且盖和帽以及接收器块绝缘体之间可限定一室，该室与导电涂层吻合，该导电涂层夹在相对高的电介质之间，以便电隔离和防护接收器组件的内部部分不会直接受到雷击。随后描述的接收器系统被构造成通过处理导电物体的相对几何形状并且改变这些物体的场表观形状而使内部导电连接部件的电场应力最小化。最终结果是面向外部的接收器具有最高的电场应力，从而使其成为最可能的附着点。此外，内部部件被构造成使得当暴露于适合雷电活动的量级的电场时，它们局部的场应力最小化，从而减小了它们将进入电晕阶段的可能性，因此它们不太可能引发迎面先导。与许多其它已知的接收器系统不同，在此描述的该接收器系统采用连接室，该连接室采用夹入两种介电材料之间的导电层。该室还围绕并且电力地防护接地导体电缆接头的锐边。导电涂层以受控的方式横跨接收器块绝缘体、接收器块的露出表面以及绝缘的盖和帽的内表面而被施加(涂敷)。连接室的配置和涂层的施加都使得不会露出该涂层。这形成一室，其中该导电物体(如接地导体接头的掌状物)的锐边变形为光滑、连续、均等的形状，这导致更低的场应力，即当暴露于与雷击联合的电场时更不大可能引发迎面先导的区域。还有其它因素也有助于如在此描述的风力涡轮叶片雷电接收器的成功性能。用于防护内部部件的第一因素是使面向外部的接收器盘具有低于它的超过接收器块的周缘。在该构造中，接收器防护电场或者将电场减小到内部部件以下。第二，接收器块应尽可能多地封装在电介质强度相对高的介质中。接地导体电缆借助其固定到接收器块的装置应具有尽可能低的轮廓。与所有这些传导元件一起，它们的外部轮廓应该是光滑和倒圆的，从而使锐边最小化。第三，从接收器延伸的导体和电缆接头还应封装在介电鞘中。现在参考图1和图2，接收器组件10由以下部件构成:接收器盘11、接收器块绝缘体12、接收器块13、平垫圈14、锁定螺母15以及绝缘帽16。接收器盘11是具有盲孔(该盲孔接合标准的端面插头扳手)和一体的螺柱的金属盘。它(接收器盘11)能够安装到叶片的外部或者从叶片的外部拆除。外螺纹螺柱与接收器块13的内螺纹配合。该接收器能够通过将插头扳手接合到盘中的对应的孔中并且转动该接收器而被固定或者被拆除。可使用螺纹锁定化合物以与安装扭矩所形成的张力结合，从而防止接收器松脱。接收器盘11可以由不锈钢制成，或者由另一合适的导电材料制成。接收器块13是金属座和柱的结合体，其充当共用的锚定和电总线，用于经由螺栓连接来附接雷击端子(接收器盘)和接地电极。接收器块13可由不锈钢或者另一种合适的导电材料制成。接收器块模制到接收器块绝缘体12中。接收器块13是包含面向外部的内螺纹和面向内部的外螺纹螺柱的六边形本体。该本体的剩余部分被构造成当安装接收器和接地电极期间分别将扭转负载施加到它的外螺纹和内螺纹时，所述剩余部分防止接收器块旋转或平移。接收器块绝缘体12是非传导性的固定架，其例如由热塑性塑料或者另一种合适的电绝缘材料制成。当充当固定架接口(接收器组件通过所述固定架接口固定到风力涡轮叶片的内部)时，它容纳和隔离接收器块13。一体的突出部(如以12a和12b示出)有助于引导和约束用于将接收器组件固定到叶片的松散的粗纱和/或树脂结合玻璃纤维的条。这些突出部被成型和布置为使得结合条和/或松散的粗纱以方形交叉影线的图案施加。这提供的益处在于，接收器组件将被约束成阻止其相对于X、Y和Z轴进行平移和旋转。接收器块13还充当用于绝缘帽16的固定架。中心的圆形凸台17的底边缘被斜切或倒圆，以使帽16容易安装。圆形凸台17包含充当绝缘帽16的保持部的槽18。导电或半导电涂层19被施加到接收器块绝缘体12和接收器块13的下侧。涂层19被施加到在绝缘帽保持槽18的边缘处开始的所有露出表面，沿着斜切的边缘继续并且覆盖包括接收器块13的露出表面的凸台的圆形露出表面。这使得所有这些表面具有相同的电势。圆形凸台17的直径被选择为与绝缘帽16的涂覆的内壁形成过盈配合，从而在接收器块绝缘体12上的导电涂层与帽16之间产生电力连续的紧密接触。绝缘盖16是非传导性的盖，例如它由与绝缘盘或接收器块绝缘体12相同的材料(例如热塑性塑料)制成。导电或半导电涂层19被施加到盖16的内侧表面。盖16是圆顶形以形成光滑、连续、传导性的表面。一旦被安装，该光滑的传导性的表面将包围接收器块
13、垫圈14、锁定螺母15以及接地电极附件22的重要部分的露出表面。接收器块绝缘体12上的涂层19与绝缘盖16之间的物理接触使所有这些传导性元件放置在相同的电势处。之后，在绝缘帽为光滑的圆顶状的情况下，周围的电场借助最外部表面的形状与作为单个集总的电质块(lumped electrical mass)的这些部件相互作用。在与位于其边界内的其它传导性物体相同的电势处，这种几何形状与之结合减少了当周围的电场达到适于雷击活动的量级时的电场应力，因此减少了引发迎面先导的可能性。盖16具有围绕它的敞开端的周缘均匀间隔的狭缝23。这形成了手指状突出部24的环。狭缝23的闭合端被倒圆而使得机械应力最小，因此减少了当突出部24暴露于与盖(帽)16的安装相关的机械负载时狭缝23处产生的机械破裂的可能性。围绕突出部24的内径具有内部脊26。脊26被形成为匹配接收器块绝缘体12上的斜面。突出部24上形成的表面、圆顶的周缘中的狭缝23以及接收器块绝缘体12上的倾斜表面都是用于当盖16被压入到绝缘体12上时便于通过逐渐展开手指状突出部24来进行安装。盖16被推到突出部24上的脊26进入接收器块绝缘体12上的匹配槽18的点，该接收器块绝缘体12允许突出部24迅速返回到其自然位置。脊26和对应的槽18作用而形成介入，从而将盖16保持在接收器块绝缘体12上。开口 27被设置在盖16中，以允许接地电极进入。这还充当杠杆点以便于拆除盖。盖16的外表面保持不传导，从而提供与相邻的传导部件的改进的电气隔离。如以上所讨论的，导电或半导电涂层19可施加到接收器块13的下侧、其绝缘体12以及非传导盖16的内表面。可施加涂层19而使得接收器系统和接地电极在完成组装之后不会露出。导电涂层可以按照如涂漆和包覆成型等多种方式施加。各种石墨乳悬浮液或传导油漆中的任一个均可作为合适的涂层材料使用。在一个实施例中，石墨乳悬浮液涂层可具有1-10密尔的厚度。参考图2，接收器组件例如可借助接收器盘11的外表面30而安装在涡轮叶片28的孔中，该外表面30基本上与涡轮叶片的壁34的外表面32齐平。玻璃纤维条和/或松散的粗纱(如以36示出)可横跨绝缘盘12的底表面和叶片壁34的内表面38布置，以将接收器组件固定到叶片壁34。突出部12a和12b有助于阻止接收器组件旋转或者从它的稳固位置移出。以上描述的接收器组件的一个益处是使接收器块的周缘小于表面接收器盘，并且将其封装在非传导的绝缘介质中，使接收器成为占优势的电场应力点，同时电力地防护接收器块并且减轻了因其抗扭转和抗翻转特征所需要的锐边而导致的场应力强化。第二个益处是，防护连接器组件部件的锐边并且使它们呈现为光滑、连续、等势的集总块，从而使场应力最小化到引发迎面先导的可能性最小化的点，因此因叶片穿刺攻击而对叶片损坏的电势减小。第三个益处是，接收器固定架提供与现有的叶片制造技术内在兼容的一体安装、保留和抗扭转特征。第四个益处是，当连接室没有填充绝缘介质时，该盖能够被拆除以组装或维修叶片电极连接。第五个益处是，风力涡轮叶片电极连接能够与相邻的导电物体电气隔离，以使用于内部电弧的电势最小化，该内部电弧可导致后来的叶片损坏。应明白，以上描述的各种部件存在许多替代方案。例如，用于接收器块绝缘体的安装配置结构可设想为各种布置(如周缘上的平面结构、环、钩部、狭缝等等)，以将接收器块固定到风力涡轮叶片并且防止该绝缘体旋转或平移。接收器块绝缘体表面可以是粗糙的或者构造有突出物，以便为了限制或防止接收器块组件的平移或旋转而提供额外的摩擦。盖保留槽和盖上的匹配柄脚(tang)可以被倒圆或者由光滑的壁替换以形成压配合。盖保留槽可由0形环槽取代。之后，0形环可用于将该盖固定到底部，同时还在这两个部件之间提供密封。突出部可替代盖保留槽而围绕绝缘体的周缘设置。这些突出部将与绝缘盖上的窗口配合，从而以可转位的方式保持该盖。关于接收器块存在另一个替代方案。接收器块能够被制成许多形状，只要包括防止块相对于周围的电介质旋转或平移的特征。替代性的结构可以将接收器块设想为诸如具有一个平面结构(D形)的圆柱形本体或者具有凸边外部的圆柱形本体。六边形本体的锐边可以被倒圆。图1和图2中的六边形本体的中跨部中示出的凹槽可省略。接收器块可具有外螺纹和内螺纹(如连续的内螺纹孔或者由屏障隔开的两个单独的相对的内螺纹孔)的任意结合。在后两个示例中的任一个中，螺栓可用于将接地电极固定到接收器块。关于绝缘盖，该绝缘盖可由柔软的、非传导材料(如橡胶或合适的塑料)制成。该盖可借助机械或化学的紧固工具固定。该绝缘盖可填充有非传导的化合物(如环氧树脂密封化合物、绝缘流体或凝胶或者膨胀泡沫)以增强围绕下部连接室中的导电部件的电绝缘。绝缘盖可以是多种合适的光滑的、倒圆的、连续的形状中的任意一个。该盖可具有与绝缘体上的突出部配合的窗口。该盖可具有设置为与环管配合的过渡罩(transition hood)。该盖可具有通风孔和观察孔以便于引入绝缘介质。该盖可具有内部的水平脊或法兰，上述脊或法兰安置在接收器块绝缘体的凸台的平行表面上，用于充当内部电介质流动的屏障和接收器块绝缘体与绝缘盖之间的导电涂层的分界表面的双重目的，以在不显眼的部件之间建立电连接。作为另一替代方案，环管可用于形成从该盖/接收器块绝缘体组件中的开口到接地电极的过渡。该环管可与该盖、接收器块绝缘体和接地电极和/或其附件(例如接头)配合。该环管可充当用于被引入到连接室中的绝缘介质的抑制屏障。该环管还可充当绝缘体。如果合适，该环管还可充当从连接室到绝缘系统的接地电极的绝缘系统过渡件。该环管可构造成容纳多种电缆接头或其它的接地导体附接装置。图3-图5示出了替代性的实施例，具有接收器盘42的接收器组件40，具有突出部46的接收器块绝缘体44或绝缘盘，接收器块48，垫圈50，螺纹紧固件52，绝缘盖56，以及紧固帽54。绝缘盖56中的开口容纳压接接头57和环管58。材料和其它特征与以上描述的其它实施例和变型方案相似，例如块44的底部表面、盖56的内表面以及帽54的内表面都具有传导性的内部涂层。图6-图8示出了另一替代性的实施例，接收器组件60。接收器组件60可以与接收器组件40相似，只是紧固帽66具有与紧固帽54 (图3)不同的结构。紧固帽66可充当用环氧树脂或者另一合适的介电材料来填充该盖所包围空间的容器，从而允许补偿如干燥或固化期间填充材料的沉淀和收缩。图9和图10示出了又一替代性的实施例，接收器组件100包括接收器盘102，该接收器盘102具有螺纹杆104，该螺纹杆104以螺接方式接合接收器块108中的螺纹孔106，该接收器块108处于接收器块绝缘体110中。螺纹孔108的另一端接纳螺栓112，该螺栓112借助接头114与螺栓112的头部之间的垫圈116将接头114联接到接收器块108。接头114连接到接地导体118，该接地导体118将离开接收器组件100的电荷运载到电气接地(未示出)。接头114被环管120包围，其中接头114进入盖124中的开口。热缩绝缘部128覆盖接头114与接地导体118之间的连接。盖124包围由盖124和接收器块绝缘体110限定的室130。室130可由盖124的内表面上以及面向室130的接收器块绝缘体110和接收器块108的表面上的导电涂层(未示出)围绕。该涂层可以与以上描述的关于其它实施例的导电或半导电涂层相似，并且可有助于在接头114与接收器块108之间形成传导连接。盖124在其顶部具有孔134，以允许室130被合适的介电材料(如环氧树脂)填充。接收器块绝缘体110具有其上含有脊138的凸台136。脊138接合帽124中的窗口 142，以帮助接合凸台136上的盖124。0形环144围绕凸台136，并且位于凸台136与环管120、盖124之间。盖124还具有接合环管120的顶部中的槽150的凸缘148。凸台136沿着其圆形周缘156具有突出部154。突出部154用于保持横跨凸台136与突出部154之间的平面结构158的玻璃纤维条和/或松散的粗纱(未示出)。如以下进一步描述地，玻璃纤维条和/或松散的粗纱有助于相对于设备(如风力涡轮叶片的壁)中的圆孔或腔固定接收器块绝缘体110。环管120包含围绕其周缘的四个壁中的三个壁的凹槽。在该盖的开口中具有对应的突出部。这用于阻止介电化合物离开连接室。接收器盘102具有一对凹部160和162，用于接纳来自适合的扳手(未示出)的突出物，以将接收器盘102螺接到接收器块110中。接收器盘102具有盘形的露出表面166，该表面166具有倒圆的周缘168。周缘168具有倒圆的边缘170，以使得接收器盘102的外边缘处吸引雷击的可能性最小。倒圆的边缘170可以是曲率约为0.8mm (1/32英尺)(诸如曲率从0.4mm到2mm)的圆形。接收器组件100的多个部分的材料可以由与此处描述的其它实施例相似的材料制成。结合实施例之一来描述的各种特征应被认为在合适的情况下与其它实施例可结合。图11和图12示出了再一实施例，接收器组件200。接收器组件200具有与接收器组件100 (图9)共有的多种特征，并且接收器组件200的相似特征的详细描述将被省略。接收器组件200具有接收器块绝缘体210，该接收器块绝缘体210具有多边形周缘211。在实施例中示出的多边形周缘211是八边形，但是其它的多边形(如正方形、五边形、六边形以及十边形)都是替代的周缘形状。当多边形周缘211与风力涡轮叶片结构中经常使用的粘结糊料、玻璃纤维条以及树脂结合使用时，有助于相对于叶片壁中的接收器盘孔或腔保持接收器组件200。使用多边形周缘211是使用突出部(如突出部154，图9)的替代方案，以防止接收器组件200的旋转或平移。螺栓212用于将凸缘214联接到接收器块208。螺栓212可穿过盖224中的孔222进入，并且能够通过盖孔224插入。容器件(紧固帽)232与孔222接合。容器件232允许用固化时可收缩的其它介电填充物的环氧树脂初步装满室230。紧固帽232中的帽孔234还可用于将环氧树脂或另一介电填充物插入到由盖224和帽232围绕的室230中。帽孔234允许进入到紧固件212，例如允许紧固件212被拧紧。接收器组件200的其它部分可与接收器组件100 (图9)的对应部分相似。对应零件的示例是接收器202、接收器块208、垫圈216、接地导体218、环管220以及热缩绝缘部228。环管220包含围绕它的周缘的四个壁的凸缘。这样的目的在于阻止介电化合物离开连接室并且提供其插入的前档块(positive stop)o图13到图20示出在所示实施例的风力涡轮叶片中，在设备或装置上安装另一雷电接收器组件的步骤。图13示出了叶片模具310的装配。定位螺钉312和插塞314被安装在雷电接收器组件所放置的位置处的模具310上。插塞314具有供定位螺钉312螺接进入的螺纹孔316。插塞314的高度及轮廓与待安装的接收器组件的接收器盘的高度及轮廓相同，但是可稍微过大和/或设计为有利于插塞的去除和接收器盘的随后安装。盖318(如遮蔽胶带和/或填塞物)被安装在插塞314的顶部上，以将附加的材料保持在孔316之外，并且使树脂不靠近插塞314的顶部。图14示出了在模具310上围绕插塞314的叶片壁或本体320的形成。叶片壁320可通过布置多层结构纤维和多层强化材料而形成。然后，树脂被抽吸到结构纤维和强化材料层中，并且被固化而形成叶片壁320。盖318防止树脂达到插塞314的顶表面上。这种树脂稍后在尝试在接收器组件的接收器块与接收器盘之间获得较好的电连接的过程中会产生问题。如图15中所示，之后去除盖318，并且将定位销326插入到插塞螺纹孔316中。定位销326没有螺纹，并且其直径稍微小于孔316的最小螺纹直径。销326使接收器组件330对齐安置，如图16中所示。粘结糊料334被安装在接收器组件330上，然后将接收器组件330安装在叶片壁320上。接收器组件330安装有抵靠插塞314的顶表面的接收器块340，接收器块340紧靠着插塞314。定位销326安装到接收器块340的螺纹孔342中，确保接收器组件330的合适安置。在接收器组件附接之后，接收器组件330抵抗旋转而固定。在示出的实施例中，其中接收器块绝缘体346具有一组突出部或凸台348，以及突出部348与中心凸台352之间的平面结构350，玻璃纤维条和/或松散的粗纱(未示出)可横跨平面结构350。玻璃纤维条和/或松散的粗纱通过树脂浸溃。它们横跨平面结构350，同时末端附接到叶片320的部分，其可以通过施加薄层的粘结糊料来进行准备。作为替代方案，对于不具有突出部和多边形周缘的接收器块绝缘体(如接收器块绝缘体210，图11)，具有合适的多边形开口(未示出)塑料部被覆盖到接收器块210上。然后，浸溃有树脂的玻璃纤维条可覆盖到靠近绝缘体的中心凸台的多边形接收器块绝缘体上。在固定接收器组件330之后，去除模具310，并且例如使用通用扳手或者其它适合的工具将定位螺钉312拧入到插塞314中，如图17所示。这首先迫使定位销326进一步向下，直到定位销326抵靠被螺接到接收器块绝缘体342中的螺钉或螺栓362而被推到底。螺钉或螺检362抵罪接收器块340而保持接头364。如图18中所示，在定位销326被推到底之后，定位螺钉312的继续的转动会导致插塞314向外移动，从而使插塞314与涡轮叶片320脱离接合。这允许插塞314和定位螺钉312首先被去除，然后定位销326被去除。这形成了图19中示出的空置的接收器盘腔370。最终，在图20中，接收器374被螺接到接收器块孔342中，从而填充接收器盘腔370。如上所述，由于插塞314 (图13)稍微过大，所以在接收器374与接收器盘腔370之间具有微小的间隙376。这样做是为了容纳接收器的制造过程中的微小变化，并且确保接收器盘374与接收器块340之间的合适的接触。在单独的步骤中，例如通过使用接收器组件330的容器件380，接收器组件330的室378可用环氧树脂或者另一种合适的介电材料填充。图21示出了具有若干个接收器组件402的涡轮叶片400，这些接收器组件402沿着涡轮叶片本体404的长度方向被安装在不同的部分(包括在叶片400的尖端406处)，并且连接到接地导体。接收器组件402可具有以上描述的多种接收器组件结构中的任意一种。在此描述的接收器组件可安装在各种其它的设备或装置中，用于雷电保护。虽然本发明已经参照某些优选的实施例或多个实施例而示出和描述，但是很明显，当阅读和理解本说明书和附图时，本领域技术人员能够想到等效的变型和改型。尤其是关于上述元件(部件、组件、设备、构成等等)执行的多种功能，除非另有说明，用于描述这些元件的术语(包括提到的“装置”)意指为对应于执行所描述的元件的具体功能的任意元件(即功能上等效)，即使其在结构上与所公开的结构(该公开的结构执行在此示出的本发明的示例性的实施例或多个实施例中的功能)不等效。另外，当已经在上文结合若干个示例性实施例中的仅一个或多个描述了本发明的特定特征时，这样的特征可与其它实施例的一个或多个其它特征结合，这对于任何给出的或者特定的应用而言可以是需要的和有益的。
权利要求
1.一种用于物体的雷电保护的接收器组件，其包括: 接收器盘，构造成被安置在所述物体的表面上； 接收器块绝缘体，具有贯通的孔； 接收器块，处于所述孔中；以及 盖，接合所述接收器块绝缘体； 其中所述接收器和所述接收器块由导电材料制成； 所述盖与所述接收器块绝缘体之间限定一室；并且 所述室被位于所述盖的内侧上的、位于所述帽的内侧表面上的、位于所述接收器块的面向所述室的表面上的以及所述接收器块绝缘体的面向所述室的表面上的导电涂层围绕。
2.根据权利要求1所述的接收器组件，还包括位于所述室中的不导电的填充材料。
3.根据权利要求2所述的接收器组件，其中所述填充材料是环氧树脂。
4.根据权利要求2所述的接收器组件， 还包括帽，所述帽接合所述盖； 其中当用所述填充材料填充所述室时，所述帽充当容器。
5.根据权利要求4所述的接收器组件，其中所述导电涂层还位于所述帽的内侧表面上。
6.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器盘与所述接收器块以螺接的方式接合。
7.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器盘是所述接收器组件的唯一的从外部可接近的导电部件，同时所述接收器和所述接收器块绝缘体阻止接近所述接收器组件的其它导电部分。
8.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器盘与所述接收器块以螺接的方式接合。
9.根据权利要求8所述的接收器组件，其中所述接收器盘的表面和所述接收器块的表面彼此齐平。
10.根据权利要求1所述的接收器组件， 还包括接头，所述接头被接纳在所述盖的开口中； 其中所述接头被电联接到所述接收器和所述接收器块。
11.根据权利要求10所述的接收器组件，还包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件将所述接头机械地联接到所述接收器块。
12.根据权利要求11所述的接收器组件，其中所述导电涂层的一部分处于所述接头与所述接收器块之间，以在所述接头与所述接收器块之间形成电连接。
13.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器具有背对所述接收器块的盘状表面。
14.根据权利要求13所述的接收器组件，其中所述接收器盘具有围绕所述盘状表面的周缘的弯曲的边缘，所述边缘具有从0.4mm到2mm的曲率。
15.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器块绝缘体是围绕所述接收器块模制的模制塑料件。
16.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器块绝缘体具有圆形周缘；并且 所述接收器块绝缘体在所述帽接合所述接收器块绝缘体的位置外侧具有多个突出部，并且所述突出部有助于当所述接收器组件被安装在风力涡轮叶片的内壁上时防止所述接合器组件移出。
17.根据权利要求1所述的接收器组件，其中所述接收器块绝缘体具有多边形的周缘。
18.根据权利要求1所述的接收器组件，所述接收器组件与安装有所述接收器组件的风力涡轮叶片相结合。
19.一种风力涡轮叶片,包括: 风力涡轮叶片本体；以及 安装在所述风力涡轮叶片本体上的雷电接收器组件，其中所述雷电接收器组件包括导电的接收器盘，并且所述接收器盘的面是所述接收器组件的能够从外部接近袭击所述风力涡轮叶片的雷电的唯一的导电部分； 其中在所述接收器盘与所述风力涡轮叶片本体中的接收器容纳开口之间具有间隙。
20.一种在设备上安装接收器组件的方法，该方法包括: 将定位螺钉螺接到安装插塞上，所述安装插塞接着被固定到模具，其中所述安装插塞具有与所述定位螺钉螺纹接合的插塞螺纹孔； 围绕所述安装插塞，在所述模具上形成所述设备的壁； 将定位销放置在插塞螺纹孔中； 将接收器块绝缘体和所述设备的接收器块附接到所述设备上，其中所述附接包括围绕所述定位销放置所述接收器块，所述定位销位于所述接收器块的接收器块螺纹孔中； 从所述模具去除所述设备； 在所述插塞螺纹孔内旋转所述定位螺钉，所述旋转包括:1)将所述定位销抵靠接收器块组件的螺钉而推到底；以及2)在所述定位销被推到底之后，排出所述安装插塞，从而在所述设备中留出接收器腔；以及 将接收器盘插入到所述接收器腔中，其中所述插入包括将所述接收器盘与所述接收器块螺纹孔以螺接的方式接合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述接收器块绝缘体具有圆形周缘； 所述接收器块绝缘体具有多个突出部；并且 所述附接包括使用玻璃纤维条和/或松散的粗纱，所述玻璃纤维条和/或松散的粗纱横跨所述接收器块绝缘体的表面和所述设备的壁的内表面。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述设备是风力涡轮叶片。
全文摘要
一种用于物体(如风力涡轮叶片)的雷电保护的接收器组件，其包括接收器盘，构造成放置在物体的表面上；接收器块绝缘体，具有一体的接收器块；盖，接合接收器块绝缘体；以及帽，接合盖。接收器盘和接收器块可由导电材料制成，该盖、该帽以及该接收器块绝缘体可限定它们之间的室，该室与导电涂层吻合，该导电涂层夹在相对高的电介质之间，以电力地隔离和防护接收器组件的内部部分不会直接受到雷击。
文档编号F03D11/00GK103154507SQ201180036110
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年7月23日
发明者马修·弗莱明, 马修·卡耶, 伊桑·凯, 尼古拉斯·J·安布罗焦 申请人:爱瑞柯国际公司