專利名稱：改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)雷電保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件，還涉及包括雷電
保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
2002年由國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(B.McNiff，風(fēng)力渦輪機(jī)雷電保護(hù)項(xiàng)目 1999-2001，國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)，美國能源部，Golden, C0，美國)(B. McNiff， Wind Turbine Lightning Protection Projectl999—2001 ， National Renewable Energy laboratory (NREL) ， U. S. D印t. of Energy, Golden, C0， USA)公布的研究表 明，每100臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)中大約有8臺(tái)每年可能會(huì)意外遭受一次直接的雷擊。根據(jù) IECTR61400-24提供的統(tǒng)計(jì)，雷電引起的損壞有7-10%是轉(zhuǎn)子葉片(IEC TR61400-24， 風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，第24部分雷電保護(hù)，國際電工技術(shù)委員會(huì)，第一版2002-07) (IEC TR 61400-24， wind TurbineGenerator Systems, Part 24 :Lightning Protection, InternationalElectrotechnical Commission, First edition 2002-07)。 當(dāng)遭受雷擊時(shí)
由于玻璃纖維表現(xiàn)出高阻抗的行為，風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片很可能被損壞。即使碳纖維增強(qiáng)環(huán) 氧樹脂也不能從一個(gè)單獨(dú)的閃電中將大量的電流和熱量傳導(dǎo)出去。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片占風(fēng)
力渦輪機(jī)成本的15-20%，因此這里損壞的代價(jià)是非常高的(F.M Larsen， T. Sorensen，新 的大型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片雷電質(zhì)量鑒定試驗(yàn)程序，2002年)(F.M. Larsen， T. Sorensen， New Lightning Qualification Test Procedure for LargeWind Turbine Blades,2002)。
因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)通常豎立在廣闊的、地形平坦的、與雷暴活動(dòng)一致的區(qū)域內(nèi)，所 以易于遭受雷擊(B.Glushakow，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的有效雷電保護(hù)，電機(jī)工程師協(xié)會(huì)關(guān)于能 量轉(zhuǎn)換的會(huì)議論文，第22巻，第一期，2007年3月(B. Glushakow， Effective Lightning Protectionfor wind Turbine Generators, IEEE Transactions on Energyconversion， vol. 22， No. 1， March 2007))。 當(dāng)閃電擊中未受保護(hù)的結(jié)構(gòu)時(shí)，大約高達(dá)200kA的電流會(huì)尋找最小電阻的路徑。 直接影響典型地包括樹脂在直接打擊區(qū)域內(nèi)蒸發(fā)，并可能將層壓材料燒穿。當(dāng)結(jié)構(gòu)中的 磁場和電位差感測出瞬態(tài)電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生間接影響，瞬態(tài)電壓可以損壞并且甚至毀壞未經(jīng) EMF(電磁場)屏蔽或雷電保護(hù)的板載電子設(shè)備。復(fù)合結(jié)構(gòu)的保護(hù)需求已經(jīng)促進(jìn)了大量特殊 LSP(雷擊保護(hù))材料的發(fā)展。 有效的防雷電保護(hù)對(duì)于確保風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)完整、壽命、安全和效率是至 關(guān)重要的。普通的雷擊保護(hù)(LSP)技術(shù)需要在葉片的內(nèi)部使用大量的感受器和一個(gè)內(nèi)部 的向下的導(dǎo)體將電荷導(dǎo)出至塔架。這種方法對(duì)于長度大約在20至30米之間的葉片有 效。當(dāng)雷電擊中一個(gè)長度大約在40米以上的葉片時(shí)，電弧可能穿透表面并繼續(xù)向內(nèi)部的 避雷針前進(jìn)，或者沿著表面移動(dòng)至最近的感受器。穿透是非常危險(xiǎn)的并且通常意味著脫 層，此時(shí)電弧沿著表面的移動(dòng)會(huì)留下稱作漏電痕跡(tracking)的物理腐蝕(S. F. Madsen， J. Holboell， M. Henriksen， N. Bjaert，作為改良的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片雷電保護(hù)一部分的玻璃
3纖維加固聚合物(GRP)的漏電痕跡測試，關(guān)于雷電保護(hù)的國際會(huì)議，阿維尼翁，法國，2004 年)(S.F. Madsen，J. Holboell，M. Henriksen，N. Bjaert，Tracking tests of Glass fibre Reinforced Polymers(GRP)as partof improved lightning protection of wind turbine bladeds， International Conference on Lligthning Protection, Avignon， France,
2004) 。 LM Glassfiber A/S已經(jīng)介紹了它的LSP系統(tǒng)中的導(dǎo)流條(diverterstrp) (EP 1892797 Al)。這些已知的導(dǎo)流條由金屬或由聚合樹脂與金屬微粒的混合物制成。金屬材 料或金屬微粒因?yàn)樗鼈兊膫鲗?dǎo)特性而被使用。當(dāng)這些金屬的導(dǎo)電的微粒暴露在由雷擊產(chǎn)生 的強(qiáng)電場中時(shí)，由此制成的分段導(dǎo)流條使用許多小的、密集的空氣間隙，該間隙電離。這將 在導(dǎo)流條的微粒當(dāng)中產(chǎn)生短路，并且在這些微粒之上并且穿過被保護(hù)的表面的空氣當(dāng)中產(chǎn) 生一個(gè)導(dǎo)電的電離通道，引導(dǎo)電流，而不是傳導(dǎo)，至一個(gè)接受器，(L. B. Hansen, J. Korsgaard and I.Mortensen，改良的雷電保護(hù)系統(tǒng)加強(qiáng)多兆瓦葉片的穩(wěn)定性，LM GLasfiber A/S，2005 年10月)(L B. Hansen, J. Korsgaard and I. Mortensen， Improved LightningProtection System Enhances the Reliability of Multi-麗Blades, LM GLasfiber A/S， Octorber
2005) 。在葉片輪廓上方空氣動(dòng)力流動(dòng)的破裂和在空氣間隙之間滯留的灰塵被認(rèn)為是一些 不利條件。 單獨(dú)地和個(gè)別地，雷電消除和咨詢有限公司報(bào)道了在他們的包括等離子發(fā)生 器的雷擊收集器中空氣的電離改善了雷擊的引力(http:〃lecgloba1. com/solutions/ lightning/protection/ion_plasma_generator)。 隨著風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸繼續(xù)增加，遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)的增加，這就需要改良 的風(fēng)力渦輪機(jī)雷電保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展。 因此，用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的改良系統(tǒng)、方法和軟件，和包括上述雷電保 護(hù)改良系統(tǒng)的改良風(fēng)力渦輪機(jī)，將是有利的，并且特別是更加有效的和/或可靠的用于保 護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件，和包括上述更加有效的和/或可靠的雷電保 護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)，將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供包括導(dǎo)流條的改良的風(fēng)力渦輪機(jī)LSP系統(tǒng)，是通過使用 改良的LSP材料和/或裝置，例如航空和航天工業(yè)中使用的那些。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供包括LSP系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中LSP系統(tǒng)包括由改 良的LSP材料和/或裝置制成的或包含它們的導(dǎo)流條。 而本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭遇雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件， 以及包括上述LSP系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中葉片的導(dǎo)流條在雷擊之前被電離以便增加向著 葉片的其中一個(gè)導(dǎo)流條的雷擊引力，因此減少葉片其它(未被保護(hù))部分損壞的機(jī)會(huì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭遇雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件，以 及包括上述LSP系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中LSP系統(tǒng)包括用于在雷擊之前觸發(fā)葉片上的導(dǎo)流 條電離的雷電傳感器。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供現(xiàn)有技術(shù)的備選方案。 特別地，提供保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件，以及包括上述雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)來解決上面提及的現(xiàn)有技術(shù)的問題，也可以看做是本發(fā)明的一個(gè)目 的。 以上描述的目的和幾個(gè)其它目的試圖通過提供保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng) 從本發(fā)明的一個(gè)方面獲得，系統(tǒng)包括至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件，其形式例如是風(fēng)力渦輪機(jī)至 少一個(gè)葉片上的導(dǎo)流條；提供確定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)信息的裝置；以及當(dāng)在雷擊打擊之前提供確 定的信息時(shí)電離上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件或上述至少一個(gè)葉片的導(dǎo)流條的電離裝置。
在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的LSP系統(tǒng)的實(shí)施例中，上述至少一個(gè)雷擊保 護(hù)元件或?qū)Я鳁l是由顯示出比銅的導(dǎo)電率大得多的材料制成的，例如SWCNT(單壁碳納米 管)，麗CNT (多壁碳納米管)，巴克紙。 在另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的LSP系統(tǒng)的實(shí)施例中，上述LSP系統(tǒng)，和特 別地上述提供信息的設(shè)備，可以包括雷電感測裝置，用于在雷擊之前探測來臨雷擊并提供 觸發(fā)信號(hào)，在上述雷擊保護(hù)元件或?qū)Я鳁l電離觸發(fā)過程中，該觸發(fā)信號(hào)被所述電離裝置使 用。雷電感測裝置可以包括雷電傳感器并可以布置在例如風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的頂部。而且， LSP系統(tǒng)可以包括立即或剛好在雷擊被導(dǎo)出至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或釋放到大地后關(guān)閉電離裝 置的設(shè)備。 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了包括上述雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。 然而本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的方法，包括如下步
驟提供確定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)信息；和當(dāng)在雷擊打擊之前提供確定的信息時(shí)，電離至少一個(gè)雷
擊保護(hù)元件，，其形式可以是風(fēng)力渦輪機(jī)至少一個(gè)葉片上的導(dǎo)流條。立即或剛好/馬上在雷
擊被導(dǎo)出至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或釋放到大地后，關(guān)閉上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件或電離裝置
的電離。 在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)保護(hù)方法的實(shí)施例中還包括感測和探測來臨雷 擊，并提供(當(dāng)探測到來臨雷擊的時(shí)候)在雷擊之前觸發(fā)上述雷擊保護(hù)元件或?qū)Я鳁l電離 的過程中使用的觸發(fā)信號(hào)。 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或軟件或計(jì)算機(jī)可讀和/或可用的 在計(jì)算機(jī)可讀和/或可用的介質(zhì)上的代碼，其適合啟動(dòng)和/或管理和/或控制上述保護(hù)風(fēng) 力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)。 然而在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或軟件或計(jì)算機(jī)可讀和/或可用 的在計(jì)算機(jī)可讀和/或可用的介質(zhì)上的代碼，其適合利用和/或執(zhí)行上述保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī) 免遭雷擊的方法。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)是在獨(dú)立的權(quán)利要求中描述的。本發(fā)明的其它特點(diǎn)在從屬的權(quán) 利要求中描述的。 通常地，在本發(fā)明中通過寫"它是優(yōu)點(diǎn)"和提到優(yōu)點(diǎn)，它必須理解為這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以 被看做是本發(fā)明提供的可能的優(yōu)點(diǎn)，但它也可以理解為本發(fā)明，特別地，但非排它地，有利 于獲得描述的優(yōu)點(diǎn)。 通常地，本發(fā)明不同的目的、方面和優(yōu)點(diǎn)可以在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)以任何一種 可能的方式進(jìn)行聯(lián)合和組合。 通過參考下文描述的實(shí)施例將明白和闡明本發(fā)明這些和其它的目的、方面、特點(diǎn) 和/或優(yōu)點(diǎn)。


參考附圖將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。附圖顯示實(shí)施本發(fā)明的一種方式但并不能認(rèn) 為它限制其它可能的實(shí)施例落入附加的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
圖1顯示風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上普通的雷電保護(hù)(現(xiàn)有技術(shù))；
圖2圖解說明根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)； 圖3圖解說明由EP1892797A1給出的導(dǎo)流條的一個(gè)導(dǎo)流條片段可能的形狀和樣 式； 圖4顯示在某種樣式下生成的碳納米管示例；
圖5顯示本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，在風(fēng)力渦輪機(jī)改良的雷電保護(hù)或LSP系統(tǒng)中，比現(xiàn)有LSP材料具有更 高傳導(dǎo)率的材料代替了在雷擊保護(hù)元件或?qū)Я鳁l(diverter strip)中的金屬材料或微粒。 候選材料包括單壁和/或多壁碳納米管或巴克紙(buckyp即er)。優(yōu)點(diǎn)如下
-比現(xiàn)有LSP材料具有更高傳導(dǎo)率的材料希望可以改善雷擊電荷的吸引和導(dǎo)向。
-由展現(xiàn)出更高傳導(dǎo)率的材料制成的條的厚度希望可以比現(xiàn)有導(dǎo)流條更薄，將葉 片輪廓周圍的空氣動(dòng)力流動(dòng)的中斷(disruption)降至最小。條的厚度將可能在大約100 微米級(jí)。然而，這些條并不限制在這些尺寸上。-當(dāng)前生產(chǎn)過程或葉片設(shè)計(jì)不需要變化。導(dǎo)流條可以應(yīng)用到現(xiàn)成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片上。 _可以使用用于生長碳納米管的傳統(tǒng)方法來產(chǎn)生新的碳納米管導(dǎo)流條樣式和/或 形狀。 以下的表1清楚地顯示碳納米管，例如單壁納米管(SWNT或SWCNT)或者多壁納米 管(麗NT)，與銅相比展示出相當(dāng)改良的傳導(dǎo)率。
表1 :不同電導(dǎo)材料的比較
材料電阻率密度 (kg/m3)熱導(dǎo)率 (Wm—10抗拉強(qiáng)度 (GPa)
銅1. 68X10—889203850. 07
鋁2. 65X10—827002370. 40
SWNT1. 72X10—115006600126
麗NT1. 70X10—813002500150 根據(jù)本發(fā)明改良的LSP系統(tǒng)電導(dǎo)率希望可以增加雷擊的引力，因此阻止和/或減
6會(huì)。象碳納米管這樣材料的其它優(yōu)點(diǎn)是與銅相比密度小得 多，與現(xiàn)有的LSP系統(tǒng)相比這就導(dǎo)致重量的節(jié)省。 根據(jù)本發(fā)明改良的雷電保護(hù)系統(tǒng)還可以包括用于提供確定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)信息的信 息裝置和適合于電離所述雷擊保護(hù)元件(多個(gè))或?qū)Я鳁l(多個(gè))的電離裝置，而且需要 的話還有感受器，當(dāng)在雷擊之前已經(jīng)提供了風(fēng)險(xiǎn)信息時(shí)。導(dǎo)流條(多個(gè))的預(yù)電離希望可 以增加向著導(dǎo)流條的雷擊的引力，因此減少損壞風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的其它(未保護(hù)的)部分 的機(jī)會(huì)。 另外，根據(jù)本發(fā)明用于風(fēng)力渦輪機(jī)的LSP系統(tǒng)的信息裝置可以包括用于探測來臨 雷擊和提供電離觸發(fā)信號(hào)的雷電感測裝置。雷電感測裝置可以包括雷電傳感器，用于在雷 擊之前觸發(fā)雷擊保護(hù)元件或帶的電離。配備雷電感測裝置的LSP系統(tǒng)的實(shí)施例，例如可以 包括雷電傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是雷擊保護(hù)元件的電離剛好在雷擊之前觸發(fā)，因此將LSP系統(tǒng)的 能量消耗減少到最小。如果LSP系統(tǒng)包括下面的裝置一旦雷擊已經(jīng)被引導(dǎo)至風(fēng)力渦輪機(jī) 塔架或釋放到大地或者就在其之后立刻關(guān)閉電離裝置，LSP系統(tǒng)的能量消耗將減少得甚至 更多。 本發(fā)明也描述了保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的方法，包括的步驟在雷擊之前，電離 風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個(gè)葉片上的至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件并向感受器引導(dǎo)雷擊電荷。在電離 步驟之前，該方法可以包括探測來臨雷擊的步驟。 一旦雷擊被引導(dǎo)至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或釋 放到大地，電離就關(guān)閉。 圖1顯示了普通的雷擊保護(hù)(LSP)技術(shù)，它需要在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片5內(nèi)使用大量 的感受器8和內(nèi)部的向下的導(dǎo)體9以將電荷導(dǎo)出至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架2。
圖2圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)l，包括布置在機(jī)座6上面的塔架2和 位于塔架2頂部的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙(nacelle) 3，其中風(fēng)力渦輪機(jī)還包括上述LSP系統(tǒng)(未 示出)，LSP系統(tǒng)包括風(fēng)力渦輪機(jī)1的葉片5上的至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件(未示出)，提供 確定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)信息的信息裝置(未示出)，和當(dāng)信息已經(jīng)提供并且在雷擊打擊之前觸發(fā) 上述雷擊保護(hù)元件電離的電離裝置(未示出)。包括至少三個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片5的風(fēng)力渦 輪機(jī)轉(zhuǎn)子4，例如通過一個(gè)延伸到機(jī)艙3前部外面的低速軸(未示出)，與機(jī)艙3連接。系 統(tǒng)，特別是信息裝置，可以包括雷電感測裝置7，用于探測來臨雷擊并提供電離觸發(fā)信號(hào)，其 中雷電感測裝置7可以例如布置在機(jī)艙3的頂部上。 上述LSP系統(tǒng)的雷擊保護(hù)元件可以是分段的(segmented)或帶樣式的 (patterned,帶圖案的)導(dǎo)流條。圖3顯示了上述分段的或帶樣式的導(dǎo)流條的導(dǎo)流條段的 不同的可能的形狀或樣式，其中黑色輪廓線圖解說明了導(dǎo)流條片段的LSP元件，它可以由 單壁或多壁碳納米管或巴克紙制成，而白色輪廓線圖解說明了導(dǎo)流條片段的小的空氣間隙 (cf. EP1892797 Al)。 上述分段的或帶樣式的導(dǎo)流條的導(dǎo)流條片段的形狀或樣式，如圖3所示，可以通 過用于生長碳納米管的現(xiàn)有技術(shù)容易地制造出來。在某一樣式中生成的碳納米管的例子如 圖4所示，其中右邊的b)(比例10 m)顯示了左邊a)(比例15 y m)的一部分，其是被擴(kuò)大 或放大的(cf. http://www. physorg. com/newman/gfx/news/麗CT3DCylinder. png)。
除了碳納米管的選擇生長(如圖3中所示的不同形狀和/或樣式)，碳納米管的高 度和方向也可以控制。典型地，碳納米管已經(jīng)生長，但其高度并不限制在大約O.Olmm至大
7約10mm之間。低高度是優(yōu)選的，因?yàn)檫@將葉片輪廓周圍的空氣動(dòng)力流動(dòng)的中斷降到最小。
如前面提到的，通過電離氣體或空氣可以加強(qiáng)雷電保護(hù)。來自被電離氣體的離子 使上述雷擊保護(hù)系統(tǒng)至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件周圍的大氣對(duì)于雷電電流變得更具傳導(dǎo)性，這 樣促使雷擊打擊所述雷電保護(hù)系統(tǒng)的LSP元件，從而減少或消除雷擊打擊風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) 未保護(hù)部分的威脅。因此，無論何時(shí)暴風(fēng)云在空中逼近，在雷電保護(hù)或LSP系統(tǒng)的雷擊保護(hù) 元件的附近產(chǎn)生電離的氣體都是有利的。 通常地，電離可以通過在葉片表面直接應(yīng)用電極(例如銅箔)來實(shí)現(xiàn)。通過電 池或其它電源給這些電極供電，可以電離周圍的空氣，產(chǎn)生等離子。典型的加載到電極上的 輸入電壓的交流頻率是但不限于5kHz。電極上的交流電壓幅值可以是但不限于7. 5kVp-p。 在本發(fā)明碳納米管用于分段的或帶樣式的導(dǎo)流條的實(shí)施例中，碳納米管的這些片段可以作 為電極。更加適合和恰當(dāng)?shù)碾婋x裝置實(shí)施例也是有可能的。 如前面提到的，有利的是根據(jù)本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)LSP系統(tǒng)的信息裝置包括用 于探測來臨雷擊的雷電感測或傳感器裝置，其中上述雷電感測裝置可以包括位于機(jī)艙頂 部上的雷電傳感器。所有用于探測來臨雷擊的適合方法和設(shè)備都應(yīng)該包括在內(nèi)。當(dāng)然， 如果使用了已知的用于探測來臨雷擊的設(shè)備和方法，它應(yīng)該適應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的LSP系 統(tǒng)。在W094/25752 Al、 JP 2004-311083和公開的美國專利申請No. 2005/0201865A1 上給出了雷電傳感器或探測器的例子，它由Guardian裝備公司公布(http: 〃www. guardian印uipment. com/pages/Warningsystems. html)。傳感器例如可以連續(xù)監(jiān)領(lǐng)lj大氣的 靜電能，例如達(dá)到大約15英里遠(yuǎn)，并且可以評(píng)估大約2英里半徑區(qū)域內(nèi)的雷電的可能性。當(dāng) 傳感器確定了危險(xiǎn)情況時(shí)，它可以通過無線或有線信號(hào)來觸發(fā)電離裝置。雷電傳感器可以 具有一定的感測半徑，在這個(gè)半徑范圍內(nèi)可以探測到暴風(fēng)或雷電云。觸發(fā)電離系統(tǒng)，電離雷 擊保護(hù)元件或?qū)Я鳁l上方的空氣，增加向著雷擊保護(hù)元件或?qū)Я鳁l的雷擊的引力，因此保 護(hù)葉片的其它部分免遭損壞。 具有這樣的雷電傳感器設(shè)備和電離裝置的優(yōu)點(diǎn)是葉片部件不需要不間斷地被電 離，但只是剛好在雷擊沖擊之前，將能源消耗減少到最小，然而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和LSP 系統(tǒng)的可靠性。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有這樣的裝置立即或剛好在雷擊被導(dǎo)出至風(fēng)力渦輪機(jī) 塔架或釋放到大地之后，關(guān)閉電離裝置。 圖5圖解說明了本發(fā)明的流程圖。更特別地，圖5圖解說明了本發(fā)明方法的一個(gè) 實(shí)施例和本發(fā)明系統(tǒng)工作過程或系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的方法或系統(tǒng)可以連 續(xù)對(duì)雷電感測100。感測程序100可以一直為開或可以根據(jù)一定的天氣情況切換開和關(guān)， 如舉例但不限于，空氣濕度和/或空氣壓力，和/或大氣靜電能等。如果沒有探測到雷電 110 "否"，則上述至少一個(gè)導(dǎo)流條沒有被電離120，而雷電感測過程100繼續(xù)。如果探測到 雷電110 "是"，則上述至少一個(gè)導(dǎo)流條被電離130。立即或剛好在雷擊被引導(dǎo)至風(fēng)力渦輪 機(jī)塔架或釋放至大地之后，電離裝置切換至關(guān)140，而雷電感測過程100繼續(xù)。
—方面，本發(fā)明涉及適合執(zhí)行和/或利用根據(jù)本發(fā)明保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的 方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。 另一方面，本發(fā)明涉及適合使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠管理和/或控制根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力 渦輪機(jī)LSP系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的CPU，該數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備與其相連。
本發(fā)明這個(gè)方面特殊的但不排它的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明可以由計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí) 現(xiàn)，當(dāng)下載或上傳至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，它使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行和/或管理和/或控制本發(fā)明LSP 系統(tǒng)的運(yùn)行。這樣的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以設(shè)置在任何一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或通過網(wǎng)絡(luò)提 供。 盡管本發(fā)明已經(jīng)連同特別的實(shí)施例一起加以描述，但它并不應(yīng)該被認(rèn)為是以任何 方式限制到已經(jīng)提出的例子。本發(fā)明的保護(hù)范圍根據(jù)附屬權(quán)利要求集加以解釋。在權(quán)利要 求的上下文中，術(shù)語"包含"或"包括"并不排除其它可能的元件或步驟。而且，像"一"等提 到的參考不應(yīng)該被認(rèn)為是排除多個(gè)。在權(quán)利要求中關(guān)于顯示在附圖中元件的附圖標(biāo)記的使 用也不應(yīng)該并認(rèn)為限制了本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在不同權(quán)利要求中的個(gè)別特性，也可能 被有利地結(jié)合起來，這些不同權(quán)利要求中特性的提及并不排除特性組合是不可能的或不利 的。
權(quán)利要求
一種用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)，包括位于至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件；提供已經(jīng)確定雷擊風(fēng)險(xiǎn)的信息的裝置；以及電離裝置，在雷擊打擊之前當(dāng)所述信息已經(jīng)提供時(shí)，電離上述至少一個(gè)葉片的所述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件是導(dǎo)流條。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述導(dǎo)流條具有至少一種樣式或形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件由 碳納米管制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述系統(tǒng)還包括雷電感測裝置，用于探測來臨雷擊并提供觸發(fā)信號(hào)，其中在雷擊之前，在觸發(fā)上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元 件的電離的過程中，所述觸發(fā)信號(hào)被上述電離裝置使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述雷電感測裝置包括探測來臨雷擊的 雷電傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述雷電傳感器布置在風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙 的頂部上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述系統(tǒng)還包括下面的裝置 立即或剛好在雷擊已經(jīng)被引導(dǎo)至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或釋放到大地后關(guān)閉電離裝置。
9. 一種用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的方法，包括如下步驟 -提供雷擊風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)被確定的信息，-在雷擊打擊之前，當(dāng)信息已經(jīng)被提供時(shí)，借助于電離裝置，電離位于至少一個(gè)風(fēng)力渦 輪機(jī)葉片上的至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件，禾口-立即或剛好在雷擊已經(jīng)被引導(dǎo)至風(fēng)力渦輪機(jī)塔架或釋放到大地后關(guān)閉上述至少一個(gè) 雷擊保護(hù)元件的電離。
10. 權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟感測或探測來臨雷擊，并提 供觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)用于在雷擊之前觸發(fā)上述至少一個(gè)雷擊保護(hù)元件的電離。
11. 包括權(quán)利要求1至8中任一所述的系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
12. 計(jì)算機(jī)可讀的和/或可用的介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀的和/或可用的代碼，適于啟動(dòng)和 /或控制權(quán)利要求1至8中任一所述的系統(tǒng)。
13. 計(jì)算機(jī)可讀的和/或可用的介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀的和/或可用的代碼，適于執(zhí)行權(quán) 利要求9至10中任一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)免遭雷擊的系統(tǒng)、方法和軟件，以及包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中至少一個(gè)上述LSP系統(tǒng)的雷擊保護(hù)元件在雷擊之前被電離，因此減少了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片未被保護(hù)部分損壞的機(jī)會(huì)。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101787955SQ20091100009
公開日2010年7月28日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者E·M·沃特森, S·那拉希馬盧, Y·原口 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司