專利名稱：風(fēng)輪機保護的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
、用于保護渦輪葉片的系統(tǒng) [5，6，7，8，9,10]、甚至用于保護整個風(fēng)輪機的系統(tǒng)[11，12，13，14。因此，雖然常規(guī)的雷電保護系統(tǒng)常常要比完全沒有保護的 好，但是對于采用這種常規(guī)雷電保護系統(tǒng)的風(fēng)輪機的葉片而言，當(dāng)它 們受到雷電沖擊時，它們的尾緣遭受分層和/或遭受掃射沖擊所帶來的 損壞的情況并非罕見。 相應(yīng)的，仍舊存在要求提供保護風(fēng)輪機葉片免受雷電沖擊 的改進的系統(tǒng)和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
申請人:發(fā)現(xiàn)，通常常規(guī)的風(fēng)輪機雷電保護系統(tǒng)并沒有設(shè)計 成解決了風(fēng)輪機是轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的事實，而是通常意識中按照風(fēng)輪機靜止 的靜電特性進行設(shè)計。例如，由于當(dāng)葉片處在第一位置"A"時的靜電 場電勢不必要與當(dāng)葉片處在第二位置"B"時的靜電場電勢相等，所 述靜電場電勢可能會隨著時間變化。因此，根據(jù)本發(fā)明的不同方面， 申請人:通過考慮了雷電與活動風(fēng)輪機葉片作用時風(fēng)輪機系統(tǒng)的動態(tài)電 學(xué)特性，解決了這種常規(guī)系統(tǒng)的缺點。 通過提供超出渦輪葉片的尾緣的雷電接受器，為移動中的 葉片尾緣提供了保護。另外，這種雷電接受器的不同實施例可用于將 靜電荷從葉片上排出。它們還可用于控制圍繞葉片的動態(tài)靜電場電勢 的形狀，由此實現(xiàn)了用于將雷電沖擊引出活動葉片的受控放電路線。 這種雷電接受器可例如被嵌在葉片的外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)或者可安裝在表面 上，后者對于現(xiàn)存渦輪葉片而言更容易改進。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于風(fēng)輪機葉片的雷電保 護系統(tǒng)。所述雷電保護系統(tǒng)包括用于安裝在渦輪葉片的表面處的傳導(dǎo)性雷電接受器。所述雷電接受器具有基本細長的形狀，并且構(gòu)造為安 裝成使雷電接受器的最大尺寸基本平行于渦輪葉片的設(shè)計移動方向設(shè) 置。 通過提供具有基本細長形狀的雷電接受器，所述雷電接受 器構(gòu)造為安裝成使雷電接受器的最大尺寸基本平行于渦輪葉片的設(shè)計 移動方向設(shè)置，提供了沿葉片的表面移動的掃射沖擊的保護。
0014例如，相對薄的金屬線狀或須狀結(jié)構(gòu)可用作雷電接受器， 并且這些接受器可設(shè)置在葉片上的位置上，由此它們基本上與葉片轉(zhuǎn) 動時所預(yù)定的弓形路線相切展開，或者基本上沿這種弓形路線的路線 的至少一部分展開。而且，這種雷電接受器的相對薄或窄的細長結(jié)構(gòu) 的釆用提供了另外的優(yōu)點，即沒有明顯增大的表面摩擦力施加到葉片 上。由于這種雷電接受器隨著時間逐步發(fā)展，使得當(dāng)葉片移動時任何 雷電沖擊不易引發(fā)未受控的掃射沖擊，因此還進一步改善了靜電場電 勢的可靠性。
0015] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了用于風(fēng)輪機的渦輪葉片。 所述渦輪葉片包括設(shè)有一個或多個由導(dǎo)電材料制造的雷電總線的成形 葉片結(jié)構(gòu)和安裝在渦輪葉片表面并電連接到一個或多個雷電總線的根 據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的雷電保護系統(tǒng)。本發(fā)明的不同實施例將采 用多個這種設(shè)置在渦輪葉片內(nèi)的雷電總線。這就提供了電線冗余，這 將進一步提高可靠性，增大維修間隔，并且增長這種葉片的整個操作 壽命。
0016] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于發(fā)電的風(fēng)輪機。所述 風(fēng)輪機包括支撐塔架結(jié)構(gòu)，所述塔架包括雷電導(dǎo)體，用于在其一端 電連接到接地級；由塔架支撐的機艙；容納在機艙內(nèi)的發(fā)電機；機械 連接到發(fā)電機的可轉(zhuǎn)動轂；和機械連接到所述轂的至少一個根據(jù)本發(fā) 明第三方面的渦輪葉片。所述至少一個的渦輪葉片的一個或多個雷電 總線穿過可轉(zhuǎn)動轂電連接到雷電導(dǎo)體的第二端，由此雷電保護系統(tǒng)電 連接到雷電導(dǎo)體的第一端。
0017例如，正如現(xiàn)有技術(shù)所公知的，雷電導(dǎo)體的第一端可經(jīng)由 埋入土壤內(nèi)的地面/接地板連接到接地級，第二端可終止于連接到渦輪 葉片雷電總線的滑動環(huán)連接器處的轂內(nèi)。在不同實施例中，雷電導(dǎo)體 可提供用作固定到或設(shè)置在塔架結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)部或外部引下線。 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了發(fā)電的方法。該方法包括 操作根據(jù)本發(fā)明第四方面的風(fēng)輪機，將產(chǎn)生的電供應(yīng)給電網(wǎng)，供消費 者隨后消費。這種方法的一個優(yōu)點在于提高了供電的可靠性，特別是 在風(fēng)暴天氣和雷電條件下。


圖1顯示了才艮據(jù)本發(fā)明實施例的風(fēng)輪機； [0021圖2顯示了常規(guī)風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子葉片；圖5顯示了沿穿過圖4中轉(zhuǎn)子葉片的B-B平面的橫剖視
圖；圖8顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子葉片的又一實
施例的橫剖視圖； 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的風(fēng)輪機100。該風(fēng)輪機100 包括機艙102、塔架104、設(shè)有至少一個轉(zhuǎn)子葉片108的轉(zhuǎn)子106和可 轉(zhuǎn)動轂IIO。機艙102安裝在塔架104上，并且還容納有發(fā)電機112。 轉(zhuǎn)子葉片108固定到轂110上并且當(dāng)風(fēng)強度足夠大轉(zhuǎn)動葉片108時轉(zhuǎn)動 轂IIO。轂110通過可包括齒輪結(jié)構(gòu)的連接機構(gòu)114 (圖中未示)機械 連接到發(fā)電機112上，由此轂110的轉(zhuǎn)動促使發(fā)電機112運轉(zhuǎn)，從而發(fā) 電。 塔架104結(jié)構(gòu)包括在其第一端處電接通地級的雷電導(dǎo)體或 引下線。所述雷電導(dǎo)體的第一端經(jīng)由埋入土壤118內(nèi)的地面/接地板116 連接到地級，第二端在滑動環(huán)連接器(為了清楚起見，圖中未示)處 終止于轂IIO。正如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，滑動環(huán)連接器將引下線的第二 端連接到渦輪葉片108的各個雷電總線215 (圖5中示出)。 接著，渦輪葉片108的每個雷電總線215電連接到根據(jù)本 發(fā)明實施例的各個雷電保護系統(tǒng)200 (圖5中示出)。為了解釋，下文 將詳細描述這種雷電保護系統(tǒng)的各個實施例。 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的風(fēng)輪機葉片108。葉片108 的結(jié)構(gòu)本身與常規(guī)葉片8的相似點在于轉(zhuǎn)子葉片108由設(shè)有中空的 中心部216的機翼形狀的GRP結(jié)構(gòu)形成。該轉(zhuǎn)子葉片也設(shè)有由GRP 材料相對薄的部分形成的前沿209和尾緣210(例如與為該結(jié)構(gòu)的其余 部分提供的兩個GRP材料相對應(yīng)，提供單個GRP片)。使用GRP材 料是因為它相對輕并且具有良好的強度重量比. 在不同實施例中，采用層壓的GRP材料。例如，可采用 GRP材料的交叉層，GRP層設(shè)有PVC中間層.申請人還想到為葉片 提供使用碳加強塑料(CRP)，這是因為由于GRP不能很輕松的將可 能產(chǎn)生的熱量驅(qū)散，GRP (是絕熱器)的使用會導(dǎo)致增大的穿孔或分 層的風(fēng)險，伴隨著它可能開始燃燒的風(fēng)險。
這三個雷電接受器201、 202、 203僅僅是通過示例顯示， 應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明的各個不同實施例可采用位于渦輪轉(zhuǎn)子葉片的吸力和/ 或壓力面上的一個或多個這種雷電接受器進行操作。然而，在特定實 施例中，由于雷電接受器確實為渦輪葉片108的整個長度提供增強的 保護，因此提供多個雷電接受器是優(yōu)選的。
0042圖5顯示了沿穿過圖4中轉(zhuǎn)子葉片108的B-B平面的橫 剖視圖。每個雷電接受器201、 202、 203經(jīng)由各個連接器214電連接到 設(shè)置在葉片108中空的中心部216內(nèi)的雷電總線215。所述雷電總線215 通過內(nèi)部支架213支撐，所述支架用于加強和保持葉片108的形狀， 并且可連接到設(shè)置在靠近葉片108根端的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)100內(nèi)的雷電引下 線。所述支架213由GRP或CRP材料形成，它或者與葉片108的機 翼形狀結(jié)構(gòu)整體形成，或者作為固定在其中的單獨構(gòu)件。 所述雷電接受器201、 202、 203由狹窄形狀的細長金屬導(dǎo) 電材料(例如防腐銅、鋼鐵或鋁)形成，并設(shè)有超過渦輪葉片108的
尾緣210伸出的錐形端203,例如，雷電接受器201可包括超出渦輪葉 片108的尾緣210伸出的部204，所述部在B-B平面內(nèi)具有從雷電接 受器201總體長度的大約5%到大約20%、 30%、 40%、 50%等等的長 度，雷電接受器201、 202、 203的總體長度依賴于它們在根到尖的方 向上沿葉片108的半徑的相對引用位置。這種突出部204的長度可以 至少為幾厘米，由此它可用作雷擊的最終擊穿位置。 圖6顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片308的另一實施例 的橫剖視圖。在該實施例中，支架313形成為單獨的注塑GRP或/和 CRP構(gòu)件，并且不作為葉片308的結(jié)構(gòu)整體的一部分。支架313通過 采用環(huán)氧樹脂的粘合固定到葉片308結(jié)構(gòu)和雷電接受器205上。。
0052雷電接受器201由防腐導(dǎo)電材料制造，例如銅或鋼鐵，并 設(shè)有固定裝置218。所述固定裝置218可以是例如螺釘、螺栓、鉚釘、 焊接等，其可穿過葉片108的表面固定到設(shè)置在其中的連接器214上， 由此提供雷電接受器201和連接器204之間的電連接。 圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的雷電接受器208。所 述雷電接受器208基本上呈細長形狀并設(shè)有錐形端229。所述錐形端 203設(shè)計為伸出葉片的尾緣。所述雷電接受器208還在形狀上基本沿弧 220彎曲，當(dāng)葉片沿箭頭222的方向轉(zhuǎn)動時，葉片設(shè)計為沿所述弧前行。 參考文獻
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如果許可，通過參引上述參考文獻整體，它們的內(nèi)容因此也包含 在這篇申請中。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)輪機葉片的雷電保護系統(tǒng)(200)，該雷電保護系統(tǒng)(200)包括用于安裝在渦輪葉片(108)的表面(212)處的傳導(dǎo)性雷電接受器(201)，由此當(dāng)安裝在所述表面(212)時，該雷電接受器(201)的一部分(204)伸出渦輪葉片(108)的尾緣(210)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在于所述雷 電接受器(201)具有基本細長的形狀，并且構(gòu)造為安裝成使雷電接受 器(201)的最大尺寸基本平行于渦輪葉片(108)設(shè)計移動的方向設(shè) 置。
3. —種用于渦輪葉片(108)的雷電保護系統(tǒng)(200)，該雷電保護 系統(tǒng)(200)包括用于安裝在渦輪葉片(108)的表面(212)處的傳導(dǎo) 性雷電接受器(201)，其中所述雷電接受器(201)具有基本細長 的形狀，并且構(gòu)造為安裝成使雷電接受器(201)的最大尺寸基本平行 于渦輪葉片(108)設(shè)計移動的方向設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在于當(dāng)安裝 在其中的所述表面(212)時，該雷電接受器的一部分(204)伸出渦 輪葉片(108)的尾緣(210)。
5. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在 于所述雷電接受器(201， 208)是線狀或者須狀。
6. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在 于所述雷電接受器(201， 208， 211)具有至少一個錐形端(203, 228， 229)。
7. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在 于所述雷電接受器(206,207)延伸到渦輪葉片(408， 508)的前沿(409， 509) D
8. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200)，其特征在 于所述雷電接受器(207)基本上圍繞葉片(508)的橫剖面環(huán)繞或 延伸。
9. 根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200),包括一個 或多個附加的雷電接受器(202， 203， 208, 211 )。
10. —種用于風(fēng)輪機(100)的渦輪葉片(108)，該渦輪葉片(108) 包括 成形葉片結(jié)構(gòu)，設(shè)有一個或多個由導(dǎo)電材料制造的雷電總線(215);和安裝在渦輪葉片(108)表面并電連接到一個或多個雷電總線的根 據(jù)任意前述權(quán)利要求的雷電保護系統(tǒng)(200)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的渦輪葉片(108)，其特征在于所述葉片 結(jié)構(gòu)包括玻璃強化塑料(GRP)和/或碳強化塑料(CRP)。
12. —種用于發(fā)電的風(fēng)輪機(100),該風(fēng)輪機(100)包括 支撐塔架結(jié)構(gòu)(104)，該支撐塔架結(jié)構(gòu)(104)還包括雷電導(dǎo)體，用于在其一端(116)電連接到接地級；由所述塔架結(jié)構(gòu)(104)支撐的機艙(102);容納在該機艙(102)內(nèi)的發(fā)電機(112);機械連接到該發(fā)電機(112)的可轉(zhuǎn)動轂(110);和機械連接到所述轂(110)的根據(jù)權(quán)利要求10或11的至少一個渦 輪葉片(108),其中該至少一個的渦輪葉片(108)中的一個或多個 雷電總線(215)穿過可轉(zhuǎn)動轂(110)電連接到雷電導(dǎo)體的第二端， 由此該雷電保護系統(tǒng)(200)電連接到雷電導(dǎo)體的第一端(116)。
13. —種發(fā)電的方法，該方法包括 操作權(quán)利要求12的風(fēng)輪機(100 );和將由發(fā)電機(112)產(chǎn)生的電供應(yīng)給電網(wǎng)，供消費者隨后消費。
14. 一種用于保護風(fēng)輪機免受雷電沖擊的方法，該方法包括為現(xiàn)存 風(fēng)輪機更新裝配根據(jù)權(quán)利要求1 - 9中任意一項的雷電保護系統(tǒng)(200 )， 通過將至少一個的雷電接受器(201, 202， 203)中每一個都電連接到 現(xiàn)存風(fēng)輪機的各個渦輪葉片的各自雷電總線；和將至少一個的雷電接受器(201， 202， 203)中每一個都安裝在現(xiàn) 存風(fēng)輪機的各個渦輪葉片的各自表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)輪機保護。用于風(fēng)輪機(100)的風(fēng)輪葉片(108)的雷電保護系統(tǒng)(200)可包括用于安裝在渦輪葉片(108)的表面(212)處的傳導(dǎo)性雷電接受器(201)，由此當(dāng)安裝在所述表面(212)時，該雷電接受器(201)的一部分伸出渦輪葉片(108)的尾緣(210)和/或所述雷電接受器(201)具有基本細長的形狀，并且構(gòu)造為安裝成使雷電接受器(201)的最大尺寸基本平行于渦輪葉片(108)設(shè)計移動的方向設(shè)置。
文檔編號F03D11/00GK101354016SQ20081013436
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者B·萊夫克, S·克雷默, Y·M·埃爾南德斯 申請人:通用電氣公司