[发明专利]风力发电用叶片的雷电保护结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电用叶片的雷电保护结构，该雷电保护结构防止风力发电所利用的叶片由于雷电袭击而被损坏。

背景技术

当前地使用的风力发电用叶片主要由玻璃纤维增强塑料(GFRP)制成，并且叶片自身是绝缘体并且不具有导电性。相应地，在小型风力发电机时期，认为叶片不受雷电袭击。然而，随着风力发电机的尺寸变大，受到雷电袭击的叶片的损坏加重。相应地，将由金属制成的构件(雷电接受器)联接到叶片并且将引线(引下线)连接到金属钩件和地面的方法已经得到普及。各种形状或者类型的雷电接受器已经被提出并且投入实际使用。

例如，在特许文献1中，公开了一种风力发电的雷电保护系统，该雷电保护系统包括被设置在叶片上的导体环和被设置于在其中配备有风力发电机的转子外壳中的非线性电阻体或者氧化锌类型避雷元件，其中非线性电阻体或者氧化锌类型避雷元件面对导体环。

在特许文献2中，公开了一种雷电保护结构，除了被电绝缘的风轮机叶片，该雷电保护结构能够通过在设备上方安装早期的流光发射式避雷导体而改进雷电保护效果。

而且，为了保护由GFRP制成的叶片，在特许文献3中，公开了一种能够防止叶片受到雷击的用于风轮机的避雷器设备，其中一个或更多个电极板被联接在叶片的末端和根部之间以使得雷电流从电极板流动到电极板或者从电极板直接在叶片表面上沿面放电。在毂中收集的雷电流从毂通过吊舱和塔架而被引导到地面，从而能够完全地防止叶片燃烧。

在特许文献4中，公开了一种用于风力涡轮发电机的避雷器，其中在与叶片的下端间隔开的位置处与叶片的下端相对的金属构件被联接到风轮机塔架，并且金属构件位于主要地围绕金属构件旋转的叶片的末端附近，从而对于叶片的每一次旋转，在叶片上的电荷被排放到靠近该叶片的金属构件，从而防止雷电袭击叶片。

在特许文献5中，公开了一种避雷保护装置，其中用于突出的由耐热传导材料制成的避雷针的安装基座被装配到驱动发电机的风轮机的叶片的末端从而覆盖该末端，然后吸收由霹雳产生的光/热能并且被热熔合的突出的避雷针被以可拆卸方式安装到用于突出的避雷针的安装基座。该突出的避雷针从用于突出的避雷针的安装基座的外表面以抛物线形式凸出，用于突出的避雷针的安装基座和在叶片的中央部分处的传导毂被布置在叶片中的雷电保护导体电连接，被热熔合的放电管本体被以可拆卸方式安装到在毂的发电机侧处的端面，通过放电间隙与放电管本体对正的传导放电环被装配到在吊舱的风轮机侧处的端部，并且然后放电环通过雷电保护引线而被接地。

引用列表

专利文献

特许文献1：JP-A-2000-265938

特许文献2：JP-A-2001-123934

特许文献3：JP-A-2002-227757

特许文献4：JP-A-2003-282295

特许文献5：JP-A-2005-302399

发明内容

技术问题

然而，利用在特许文献1和4中公开的构造，如果叶片变大，则在叶片的末端和非线性电阻体或者雷电导体之间的距离延长，从而充分地防止叶片的末端被雷电袭击是不可能的。

此外，在根据如在特许文献2、3和5中所公开的相关技术的金属芯片末端的雷击保护设备中，在金属部分和FRP部分之间存在边界部分，接受雷电引起温度突然地增加，并且在一些情形中，叶片受到损坏。另外，电场很可能在边界部分上集中，从而难以说雷电接受频率是低的。而且，因为进行风轮机的叶片的维护需要很高的成本，所以需要一种不再需要定期维护的设备。

已经鉴于上述问题实现了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种雷电保护结构，其中突起被设置于在雷电接受器和叶片本体之间的边界附近以抑制边界被雷电袭击。

问题的解决方案

即，根据本发明的第一方面，提供一种根据本发明的风力发电用叶片的雷电保护结构，包括：雷电接受器，所述雷电接受器被构造为形成风力发电用叶片的表面的一部分；和雷电接受突起，所述雷电接受突起被构造为从所述雷电接受器的表面向外突出，其中所述雷电接受突起被设置于在叶片本体和所述雷电接受器之间的表面边界，并且被构造为防雷电的所述表面边界位于一个圆的半径方向内侧，所述圆以所述雷电接受突起的末端为中心，并且所述圆具有是所述雷电接受突起的长度的两倍的半径。

根据本发明，电场强烈地在雷电接受突起而非在雷电接受器和叶片本体之间的表面边界上集中。雷电在表面边界之前由雷电接受突起接受。相应地，能够抑制雷电袭击表面边界，由此防止叶片受到损坏。