專利名稱：風力渦輪機葉片的雷電保護裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括避雷器的玻璃纖維和/或碳素纖維風力渦輪機葉片。
背景技術：
雷擊在極短時間內包含10至200千安極強電流值。由于被封閉在葉片內的空氣爆炸性地膨脹，其膨脹效應是極強的，能使葉片炸裂。在葉片內植入纏結的鋼絞線的技術是已知的。此時在葉尖處設置一金屬集電器，所述金屬集電器具有預定的寬度，并用來載獲雷電和防止該部位被太強的加熱。
此外，借助碳素纖維涂層來增強葉片的技術也是已知的，可選擇地將紫銅箔敷貼于碳素纖維涂層上，以保護碳素纖維涂層。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是提供一種具有避雷器的增強的風力渦輪機葉片，它比迄今已知的葉片更簡單。
按照本發(fā)明的風力渦輪機葉片的特點在于避雷器由一條或多條碳素纖維增強塑料帶構成，可選擇地構成該玻璃纖維葉片的一部分。結果，這些扁長的碳素纖維增強塑料帶既增強了葉片，又轉移了雷電，同時衰減了隨雷電而來的反射電流。
而且，按本發(fā)明設有內部增強件的風力渦輪機的特點在于至少一些內部增強件由碳素纖維增強塑料制成。結果，葉片的強度改善了。
此外，這些扁長的碳素纖維增強塑料條按照本發(fā)明可借助于該碳素纖維增強塑料內部增強件相互連接。結果，這些避雷器電流以最佳可能的方式被分流，從而，如果有任何損害的話，也被減至最小程度。
并且，普通的避雷器鋼絞線可連接于這些碳素纖維增強塑料內部增強件。這種結構在頻繁經(jīng)受大量雷擊的地區(qū)是大為有利的。
附圖簡介下面參照在附圖中所示的實施例詳細說明本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明風力渦輪機葉片的縱剖視面，包括呈扁長的碳素纖維增強塑料條形式的避雷器；
圖2是圖1風力渦輪機葉片的橫剖視圖；圖3表示整個風力渦輪機；圖4表示碳素纖維涂層的電阻與寬度的關系；圖5表示能植入風力渦輪機葉片內的避雷器鋼絞線。
實施本發(fā)明的最佳模式由雷擊造成的風力渦輪機葉片的損壞可能是較容易理解的。在極短時間內包含10至200千安極大的電流值。所包含的功率不大，但其效應是非常強的，由于被封閉在葉片內的空氣爆炸性的膨脹，能引起葉片爆裂。在葉片內植入強度大的纏結的鋼絞線以轉移雷電是已知技術。此時在葉片處設置一特殊的受體，所述受體用于截獲雷電并防止該部位過度受熱。此外，借助碳素纖維涂層來增強各葉片是已知技術。在碳素纖維涂層上可選擇地貼敷一紫銅箔以保護該涂層。
按照本發(fā)明，將適量的碳素纖維物質附加葉片上，結果，使葉片本身能用作避雷器。作用避雷器的碳素纖維物質，按照本發(fā)明是由一條或多條碳素纖維增強塑料帶1、2、3構成的，它們最好構成葉片層壓材料的一部分。而且，在各葉片內部可設置一碳棒，而將扁長條1、2、3連接于所述內部碳棒。該葉片可設置內部增強件4。如果希望，可在該內部碳素導體上或在該內部增強件4之一上設置一普通的避雷器鋼絞線5。該普通的避雷器鋼絞線5可如圖5所示構造。然而，該末端是一特殊的構件。圖2表示這些扁長的導電帶是如何通過導體6能連接于該內部碳導體或內部避雷器鋼絞線5的。圖1還表示葉端處的受體7。
該葉片用兩半部制成隨后將它們沿邊緣粘結在一起。每個葉片半部采用玻璃材料、鑄造的方法碳素纖維層壓材料等在模具中來制造。該模子事先已涂以適當?shù)拿撃?，結果，在鑄造完成后很容易取出該鑄造制品。
按照本發(fā)明，可將該葉片的形狀制成這樣，使所述葉片的幾部分由扁長的碳素纖維增強塑料帶構成。
這些碳素纖維，例如可從挪威DeVold AMT A/S,6030 LangeVag買到，它們的特點是具有規(guī)定的導電率，很細并表現(xiàn)出高的抗拉強度。
由于碳素纖維的抗拉強度高，并高出玻璃纖維抗拉強度許多，因此，常常用預定量的碳素纖維來增強玻璃纖維構件，以提高其抗拉強度，如果希望，還可提高其剛度。
從結構上講，碳素纖維的導電性能可表現(xiàn)出其優(yōu)點和缺點兩個方面。換句話說，當希望獲得，例如抗靜電的導電環(huán)氧樹脂鋪面板時，可能在該產(chǎn)品中摻混碳素纖維件，以獲得所述性能。另一方面，當希望增強一個要裝到戶外的大玻璃纖維構件因而包含雷電危險時，這些導電的碳素纖維能構成雷電分流的活躍部分。然而，后者包含局部加熱的危險。但當在該結構中采用足夠量纖維時，所述纖維能被積極的利用。然而必須知道這些碳素纖維的電特性。材料的電阻率通常系指具有1平方毫米橫截面積的1米材料在20℃時歐阻。
但是，不可能獲得1平方毫米橫截面的碳素纖維，因此選擇描述某些實際試驗的結果。將用人造樹脂粘接的厚度為1厘米的碳素纖維板切成各種寬度，此后測量這些電阻。長度為1米的材料在20℃1平方厘米的電阻率R被測定為300歐。
當材料的寬度大于上述時，電阻小于上述數(shù)字。該電阻與材料的橫截面積成反比，這由圖4中的曲線表示。圖4中的該曲線表明電阻R對1厘米恒定厚度和1米恒定長度的材料的各種寬度的關系。如該曲線表示的，電阻R相對于大橫截面是相當?shù)偷?。然而，大區(qū)間適合于金屬的導電率。
一些纖維適用于各種纖維涂有金屬膜如鎳膜的場合，因此電阻顯著降低，使所述纖維有趣味。換言之，能以普通纖維和防雷金屬涂層纖維兩種形式來有效地利用這些纖維。即或者當纖維量足夠多而厚度和寬度足以保證低的總電阻時作為一直活躍的下導體(downconductor)，或者作為一并聯(lián)的下導體。這種并聯(lián)下導體的有效和成體系的等電位結構使它能利用它的下導體功能和它的與雷電電流有關的反射阻尼功能。
附加的避雷器鋼絞線為，例如，圖5中所示的形式。該主導體12包圍一內填充物(11)，所述主導體12包括若干并置的紫銅線。這樣布線這些紫銅線使其圍繞填充物(11)稍微扭歪。半導體層13包圍導體層12，聚乙烯絕緣層14包圍所述半導體層13。另一半導體層15包圍該聚乙烯層14，一紫銅屏蔽物16包圍所述附加的半導體層15。這種結構的優(yōu)點是每單位長度的電感被降至最小?？缭戒摻g線的最終電壓降被降至最小，從而使雷擊中損壞風力渦輪機其它部件避免到某種程度。該屏蔽物的末端與由spc SCANPOCON ENERGI提供的引線相符合。這些引線被分別稱作關于避雷鋼絞線上端的“三芯上端指示”("Tricore Upper Termination Instruction")和關于避雷鋼絞線下端的“三芯下端指示”。此外，“cold shrinkTMand siliconcRubbcr Termination"引線用于鋼絞線的最上端。
圖3圖示了整個風力渦輪機。該三葉片固定于一可旋轉輪轂。該輪轂經(jīng)一軸和一齒輪箱連于一發(fā)電機，所述發(fā)電機被容納在風力渦輪機的旋轉殼體內。
參照優(yōu)先實施例已說明了本發(fā)明。然后，可以用許多方法來修改本發(fā)明，而不偏離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1．一種包括一避雷器的玻璃纖維和/或碳素纖維風力渦輪機葉片，其特征在于該避雷器由一條或多條可選擇地構成部分玻璃纖維葉片的扁長的碳素纖維增強塑料帶(1、2、3)構成。
2．按權利要求1的風力渦輪機葉片，其特征在于至少一些內部增強件(4)由碳素增強塑料制成。
3．按權利要求2的風力渦輪機葉片，其特征在于至少一些扁長的碳素纖維增強塑料帶被此連接。
4．按權利要求2或3的風力渦輪機葉片，其特征在于將普通的避雷器鋼絞線(5)固定于內部增強件(4)中的至少一個。
5．按權利要求4的風力渦輪機葉片，其特征在于將避雷器鋼絞線(5)的形狀制成能使每單位長度的電感減至最小。
全文摘要
一種帶有避雷器的風力渦輪機葉片，所述避雷器由一條或多條扁長的碳素纖維增強塑料帶(1,2,3)制成，這些纖維帶最好構成風力渦輪機葉片的一部分。扁長的碳素纖維增強塑料帶(1,2,3)以此方式增強了葉片并使雷電分流。
文檔編號F03D11/00GK1317072SQ99810500
公開日2001年10月10日 申請日期1999年9月9日 優(yōu)先權日1998年9月9日
發(fā)明者K·奧爾森, P·格拉保, F·莫勒拉森 申請人:Lm玻璃纖維制品有限公司