[发明专利]用于具有碳纤维叠层的风力涡轮机叶片的雷电保护系统

说明书

技术领域

本发明的主题是用于传递和接收风力涡轮机叶片中的雷电的保护系统。重要特征是叶片的该部分是碳纤维叠层。

背景技术

近期在风力涡轮机叶片的制造中使用了碳纤维，虽然在该领域的重要公司中它的使用是相当广泛的，但是关于防雷电保护方法的经验还是很有限，还没有任何公知常识展示出其技术的效用性。

风力涡轮机适用的管理和关于该主题的现有文献涉及保护玻璃纤维叶片防雷击的有效方法，其中包括基于临时接受器的雷电保护系统，接受器沿叶片的长度方向放置，还包括将所述接受器连接到叶片根部并穿过叶片内部的电缆。

在这一方面，可以引用以下专利，WO 96/07825提出了“用于风力涡轮机叶片的雷电保护”，其包括从叶片尖端延伸、穿过叶片的内部、终止在销杆中的叶片根部的电导体，销杆使叶片能旋转。该导体可以具有或不具有绝缘涂层，并有助于支撑叶片本身。

从WO 0177527中可知一种叶片，WO 0177527提出了用内部和外部的导体进行防雷电保护，这些导体相互连接并沿整个叶片分布。其还提出了一系列穿透点和一对用于叶片尖端和叶片其余部分的构造。

美国专利第6,612,810号提出了一种保护，其中叶片包括一对沿叶片表面纵向延伸的导体(其还结合了防冰加热元件)。叶片尖端具有连接到第三导体的冲击接受器，第三导体沿叶片的内部分布。所有的导体和加热器都相互连接。

关于雷电冲击的现有文献还表明需要使接受冲击的目标与雷电保护系统电位相等。换句话说，为了使所有的元件处于相同的电位，它们必须通过受保护区域中的导体电连接。

碳纤维，作为一种导电材料，必须保持与防雷电系统电位相等。关于导体元件绝缘的问题是当雷电通过防雷电系统时，在他们之间由于感应现象产生的高电位差。电位差可以引起电弧放电，这对由碳纤维叠层组成叶片的主电阻部分的情形是致命的。

不同金属底座系统试图防止在碳纤维化合物中引入电位差的问题，但是还没有一个显示出其对解决该问题有效。

发明内容

包括碳纤维叠层的叶片上的雷电保护系统，碳纤维叠层是本发明的主题，采用基于主电缆的雷电保护系统，向主电缆增加其他的分支以将主电缆直接连接到碳纤维叠层，使用该方法可以确保两个系统都是等电位的。

本发明的另一主题是提供一种新方法，用于改进在主电缆与叶片的碳纤维叠层之间的叶片防雷电系统中的连接电特性。该方法包括在连接的周围或紧邻连接以受控的方式施加基于纳米合成物的导电树脂。使用该方法，可以获得用于恰当操作叶片防雷电系统的最优电特性。

具体实施例可以包括到两个叠层中的每一个的两个连接，所述叠层安排在朝向称为翼面的叶片外壳的两个表面上。进行的连接一个在梁的根部区域另一个在尖端区域，以这种方式梁的翼面成为可选的雷电通路。

所使用的系统具有差分特性，由于辅助电缆的小零件使用螺纹连接接合到金属片状体，在主电缆和碳叠层之间进行连接的方法是采用主电缆的分支。金属片状体的任务是直接与碳连接。在梁的层叠处理期间放置片状体，且当随后层叠玻璃纤维层时，片状体与所使用的连续的碳纤维层直接接触。片状体在正常的叶片固化过程中固化，因此实现了与适当的碳纤维的电连接是具有机械强度的接合。

通过在接合区域使用导电树脂，能够额外地改进电连接。所使用的导电树脂是基于受控混合物的树脂，该树脂通常用于与碳纤维的纳米纤维或纳米管共同制造风力涡轮机叶片。增加这些碳纤维纳米纤维或纳米管使原来的树脂出现了多种幅值的电特性，这些特性不同于其原始特性。

该树脂的具体实施例预期在通常用于制造风力涡轮机叶片的环氧型树脂中增加特定数量的碳纳米纤维或纳米管，优选比例在3％-30％之间。而后，该导电树脂混合物施加到电缆外部连接和碳叠层周围的区域。

在使用金属片状体进行到碳的连接的具体实施例中，在组成部分层叠期间，在将要连接的金属部件和碳叠层之间和连接周围的区域施加基于纳米合成物的树脂，显著改进了电连接的特性，因为其改进了从金属部件到每一个碳纤维叠层的电流传输方式。

导电树脂的另一种应用是将其施加在需要降低叠层电阻的区域，例如将树脂施加到整个梁的外表面。

本发明的另一特征主题是正确地确定到叶片梁的连接的半径，以促进良好的电连接并避免由于感应现象导致的电弧放电。

附图说明

图1表示了碳翼面与穿过叶片截面内部的电缆之间的相对位置。

图2表示了使用辅助电缆连接碳纤维和分支的片状体。

图3详细表示了片状体与碳纤维及到主电缆的辅助电缆分支之间的连接。