[发明专利]翼梁帽、风力涡轮机叶片以及用于制造其的方法

说明书

本发明涉及翼梁帽、风力涡轮机叶片以及用于制造其的方法。一种用于风力涡轮机叶片(3)的翼梁帽，其包括主体(10)以及至少一个金属导体(13、28)，该主体(10)包括导电部分(11)，其中金属导体(13)包括端子部分(15、26)以及至少一个连接部分(14)，其中金属导体(13)的连接部分(14)由导电且条形的碳纤维垫(16)的第一端部(17)缠绕，该导电且条形的碳纤维垫(16)借助第二端部(18)至少部分邻接主体(10)的导电部分(11)。

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其包括主体以及至少一个金属导体，该主体包括导电部分，其中金属导体包括端子部分以及至少一个连接部分。此外，本发明涉及一种风力涡轮机、一种用于制造翼梁帽的方法以及一种用于制造风力涡轮机叶片的方法。

背景技术

风力涡轮机及其转子叶片的尺寸呈指数不断增加。转子叶片或风力涡轮机叶片的不断增加的大小需要风力涡轮机叶片的特殊设计，以在风力涡轮机的操作期间维持并确保其机械稳定性和完整性。适于大型涡轮机叶片的设计的材料例如是基于纤维的复合材料，如纤维增强塑料，因其具有大刚度重量比。用于风力涡轮机叶片的机械稳定性和完整性的重要部件是所谓的翼梁帽（spar cap），其可适于从风力涡轮机叶片转移主要的空气动力学翼面向弯曲载荷。仅一部分载荷被转移到基部。翼面向载荷的主要部分作为转矩通过轮毂被转移到发电机以产生电力。通常使用单向纤维增强塑料来设计翼梁帽。

与玻璃纤维增强塑料相比，碳纤维增强塑料的使用承受如下挑战：碳纤维导电，并且当风力叶片拦截雷击时可以与风力涡轮机的防雷系统相互作用。为避免损坏结构，需要将基于碳纤维增强塑料的零部件适当整合到风力涡轮机的防雷系统，否则来自主要下导体的直击雷和/或闪络可能导致风力涡轮机叶片的损坏和/或故障。

EP 2 930 355 A1描述一种风力涡轮机的转子叶片，其中包含碳纤维的导电部分通过使用铜网连接到防雷系统的导体以使该导电部分与导体连接在一起以便建立电位均衡。

US 2015/0292479 A1公开一种用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽组件，其用碳纤维增强并且包括避雷导体，该避雷导体通过使用至少一个电位均衡元件连接到翼梁帽。为建立电连接，电位均衡元件的一部分靠在翼梁帽的第一层碳纤维上并且由翼梁帽的第二层碳纤维覆盖，其中第二层高达到避雷导体。碳纤维的导电顶层改善翼梁帽与避雷导体之间的电接触。

这些技术易受金属导体、翼梁帽和防雷系统的导体之间的故障连接的影响，因为连接数量通常被保持在最小值以有利于风力涡轮机叶片的可制造性。因此，单个故障连接可能导致风力涡轮机叶片的不充分电位均衡和闪络以及可能灾难性故障。另外，电连接的实施在叶片的制造期间仅允许小容差。小容差特别地对于较大结构并且在故障难以检测并且修复昂贵的情况下难以实现。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其在翼梁帽的导电部分与防雷系统之间提供可靠的电位均衡，并且有利于翼梁帽和整个风力涡轮机叶片的制造。

根据本发明，此目的通过最初描述的翼梁帽实现，其中金属导体的连接部分由导电且条形的碳纤维垫的第一端部缠绕，该导电且条形的碳纤维垫借助第二端部至少部分地邻接主体的导电部分。

本发明具有如下优点：通过将导电且条形的碳纤维垫缠绕到金属导体周围来实现金属导体与翼梁帽的主体的导电部分之间的极良好和可靠的电接触。而且，碳纤维垫可以在大区域中邻接导电部分，使得金属导体与导电部分之间的接触电阻、并且因此整体电阻减小。此外，由于金属导体的整合，因此有利于翼梁帽的制造和包括至少一个根据本发明的翼梁帽的风力涡轮机叶片的制造，因为翼梁帽的金属导体到风力涡轮机叶片的防雷系统中的整合允许相对大的容差。这尤其有利于较大风力涡轮机叶片的制造，因为其通过将预铸翼梁帽用于风力涡轮机叶片的制造而容许较大制造和定位误差。