关于风轮机叶片用的避雷系统的改进技术方案

一种制作结合有避雷系统的风轮机叶片部件的方法，该方法包括：提供模具表面；在所述模具表面上布置成形元件；提供导电层；在预定区域中增强所述导电层以创建增强区；将所述导电层布置在所述成形元件上，使得所述增强区叠置在所述成形元件上；在所述导电层上布置一个或者多个结构性部件；在真空下共固化所述结构性部件以形成叶片壳，所述叶片壳具有整合的邻近该叶片壳的外表面的导电层；从所述叶片壳移除至少部分所述成形元件以在所述叶片壳的所述外表面中限定凹口，从而暴露所述导电层的所述增强区；将所述增强区处的所述导电层电连接至邻近所述叶片壳的内表面定位的相应电气部件。本发明专利技术还延及在制造风轮机叶片中使用的预制部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关于风轮机叶片用的避雷系统的改进
本专利技术涉及用于改进风轮机叶片抗雷击能力的风轮机叶片结构以及相关的制造过程。本专利技术还延及用于这样的风轮机叶片中的预制部件以及用于制造这样的预制部件的方法。
技术介绍
风轮机易受雷电攻击，有时发生在塔架、机舱以及转子轮毂上，但是最常发生在风轮机的叶片上。雷击事件潜在地引起对风轮机叶片的物理损害，并且也潜在地引起对风轮机的内部控制系统的电损害。风轮机常安装在广阔的开放空间中，这使雷击屡见不鲜。因此，近年来，风轮机制造者非常尽力地设计风轮机，使得这些风轮机能够有效应对雷击过程中传给风轮机的能量以便避免叶片受损以及更换叶片过程中与风轮机停工时间相关的成本。公知风轮机叶片用的避雷系统。在一个实施例中，导电的雷电接收器元件布置在叶片的外表面上以接收雷击。因为接收器元件是导电的，所以对于叶片的相对不导电的材料而言，雷电更可能优先附着于接收器元件。接收器元件连接至缆线或者“引下线”，缆线或者“引下线”在叶片内部延伸至基部并且借助布置至轮毂、机舱以及塔架中的电荷转移路径的电枢装置从基部连接至地电位。因此这样的避雷系统使得雷电能够被从叶片安全引导至地电位，从而使损害的风险最小化。然而，离散的接收器元件在叶片制造过程中安装起来相对复杂，而且这些接收器元件留下很大一部分叶片区域面临遭受雷击的风险。这样的接收器装置提供会被雷电附着的离散的导电点。为了提高这样的系统的效用，US2011/0182731描述了一种具有导电层的风轮机叶片，导电层铺在叶片壳的外表面上从而与接收器元件接触。导电层增大叶片能接受雷电的面积，从而增大接收器元件能够安全捕获雷击的比率。尽管据称以此方式使用的导电层增大了避雷系统拦截雷击的能力，但是因为在制造叶片壳后必须将导电层附加至叶片，所以这样的系统可能制造复杂。这需要额外的耗时的制造步骤，因而增加了组装时间及成本。以此为背景设计出本专利技术。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供了一种制作结合有避雷系统的风轮机叶片部件的方法，该方法包括：提供模具表面；在模具表面上布置成形元件；提供导电层；并且在预定区域中增强导电层以创建增强区。然后，将导电层布置在成形元件上，使得增强区叠置在成形元件上；并且在导电层上布置一个或者多个结构性部件。结构层可以包括其他的诸如GRP织物之类的适当复合层。然后，在真空下共固化结构性部件以形成叶片壳，该叶片壳具有整合的邻近叶片壳的外表面的导电层，其中该方法包括从叶片壳移除至少部分所述成形元件以在叶片壳的外表面中限定凹口，从而暴露导电层的增强区。最后，将增强区处的导电层电连接至邻近叶片壳的内表面定位的相应的电气部件。在预定地带或者区域或者多个这样的地带中增强导电层的步骤优化了导电层与电气部件之间的电接触。为了简化装配过程，导电层可以被设置成用于布置在模具上的预制部件。在此情况下，成形元件也可以设置成预制部件的一部分。可以通过将诸如金属板或者盘之类的导电元件施加至导电层的一侧或者两侧而构建增强区。可以借助诸如通过例如钎焊、焊接或者铸造结合至导电层之类的适当技术施加导电元件。为了允许增强区获得电连接，成形元件可以设置有能移除的元件，在移除此该能移除的元件的情况下暴露底下的增强区。然而，在共固化阶段，该能移除的元件有利地防止导电层浸渍树脂。导电层可以是任一适当的诸如金属箔或者网之类的薄板状导体。然而，例如铜或者铝的延展金属箔取得导电性、稳健性、重量及成本之间的良好平衡。为了将导电层联接至电气部件，可以例如通过钻作为其通道的孔而接纳穿过导电层的连接器元件。连接器元件可以设置有用于与增强区的对应平坦表面匹配的平坦面，这使得产生稳健的电接触。如已经论述的，导电层可以形成为用于铺叠在适当的模具中的预制部件。因此，在第二方面中，本专利技术还涉及一种用于风轮机叶片的避雷系统的预制部件，其中，预制部件包括导电层，该导电层包括增强装置，该增强装置布置成在一个或者多个离散的增强区中增强导电层。所述增强装置可以包括至少一个增强元件，该至少一个增强元件在相应的一个或者多个位置中施加至导电层以形成一个或者多个增强区。通过将诸如焊料之类的导电材料施加至导电层而形成增强元件以在局部区域中加厚该导电层，或者另选的是，诸如金属板或者盘之类的增强元件可以结合或者合并至导电层。预制部件还可以包括叠置在增强区上的成形元件，该成形元件帮助将预制部件塑造为适于接纳接收器元件。成形元件可以包括可移除的塞，该塞密封增强区以防止树脂侵入。然而，可以移除此塞以允许接近底下的导电层。为了辅助技术人员在叶片形成时马上定位成形元件，成形元件可以包括定位装置，优选呈嵌入塞中的磁体的形式的定位装置，但是其他装置是可接受的。本专利技术的第一方面的优选以及/或者可选的特征可以与本专利技术的其他方面结合，反之亦然。本专利技术的被多个方面限定于所附独立权利要求中，有益特征被限定于所附的从属权利要求中。附图说明为了更充分地理解本专利技术，现在将参照附图描述本专利技术的一些实施方式，在附图中：图1是配备有避雷系统的风轮机叶片的平面图；图2是图1中的风轮机叶片的一区域的放大图，该图示出了避雷系统的表面保护层；图3是沿线C-C经过图2中的风轮机叶片的前缘区域的剖面图；图4是沿线C-C经过图2中的风轮机叶片的后缘区域的剖面图；图5是分解形式下的表面保护层的放大立体图；图6是在图3上标出的区域A的放大图；图7a至图7e示出了使风轮机叶片壳结合有表面保护层的一系列制造步骤；以及图8a至图8d示出了表面保护层的预制部件的一系列制造步骤。具体实施方式参照图1，风轮机叶片2结合有避雷系统3。叶片2由具有两个半壳的叶片壳4形成。半壳通常由玻璃纤维加强塑料(称为“GFRP”或者简称为“GRP”)模制而成，该玻璃纤维加强塑料包括嵌入固化的树脂基体中的玻璃纤维织物。叶片壳4的精确构造不是本专利技术的核心，因而为了清楚起见省略更详细的描述。叶片包括根端6、梢端8、前缘10以及后缘12，叶片2可在根端6处附接至风轮机的转子轮毂。叶片2的第一表面14限定空气动力学轮廓表面，该表面在前缘10与后缘12之间延伸。叶片2还包括也在前缘10与后缘12之间延伸的第二表面，该第二表面未在图1的平面图中示出，但在例如图3与图4中标示成附图标记16。当叶片2附接至风轮机的转子轮毂时，气流撞击叶片2的表面16，因此表面16在本领域中也被称为“压力侧”或者“迎风侧”。相反，表面14也被称为“吸力侧”或者“背风侧”。转至避雷系统3，此避雷系统以“分区”概念为基础，其中，依据区域中受到雷击的可能性以及雷击的严重性，叶片2沿纵向或者“翼展”方向划分成区域或者“地带”。WO2013/007267中描述了类似的原理。在此实施方式中，为了避雷的目的，叶片2被分成三个地带，在图1中这些地带被示成地带A、B以及C。基于诸如峰值电流幅值、脉冲电流、特定能量、脉冲波形以及每个地带中期望叶片2承受的总电荷之类的一组雷击参数选择每个地带中使用的避雷设备。现在借助实施例简要说明不同的地带。地带A沿翼展方向从叶片的根端6延伸至叶片长度的约60％。在此地带中，叶片2受雷击的风险小，因而将被认为受雷击的发生率低，电流幅值低并且总电荷转移少，这对叶片结构性影响而言是可接受的。在此实施方式中，叶片2在此地带中没配备任何外部避雷装置。地带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作结合有避雷系统的风轮机叶片部件的方法，该方法包括：提供模具表面；在所述模具表面上布置成形元件；提供导电层；在预定区域中增强所述导电层以创建增强区；将所述导电层布置在所述成形元件上，使得所述增强区叠置在所述成形元件上；在所述导电层上布置一个或者多个结构性部件；在真空下共固化所述结构性部件以形成叶片壳，该叶片壳具有整合的邻近所述叶片壳的外表面的导电层；从所述叶片壳移除至少部分所述成形元件以在所述叶片壳的所述外表面中限定凹口，从而暴露所述导电层的所述增强区；将所述增强区处的所述导电层电连接至邻近所述叶片壳的内表面定位的相应的电气部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.17 GB 1318383.51.一种制作结合有避雷系统的风轮机叶片部件的方法，该方法包括：提供模具表面；在所述模具表面上布置成形元件；提供导电层；在预定区域中增强所述导电层以创建增强区；将所述导电层布置在所述成形元件上，使得所述增强区叠置在所述成形元件上；在所述导电层上布置一个或者多个结构性部件；在真空下共固化所述结构性部件以形成叶片壳，该叶片壳具有整合的邻近所述叶片壳的外表面的导电层；从所述叶片壳移除至少部分所述成形元件以在所述叶片壳的所述外表面中限定凹口，从而暴露所述导电层的所述增强区；将所述增强区处的所述导电层电连接至邻近所述叶片壳的内表面定位的相应的电气部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，具有增强区的所述导电层被设置成用于布置在模具上的预制部件。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电层与所述成形元件被一起设置成用于作为一个单元布置在模具上的预制部件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述导电层上的所述增强区包括将第一导电元件施加至所述导电层的第一侧。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述导电层上的所述增强区包括使第二导电元件与所述第一导电元件基本对齐地施加至所述导电层的第二侧。6.根据权利要求5所述的方法，该方法包括将所述第一导电元件以及/或者所述第二导电元件结合至所述导电层。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一导电元件以及/或者所述第二导电元件是金属板。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形元件包括能移除的元件，该能移除的元件布置成在所述结构性部件在真空下的共固化过程中密封所述导电层。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述成形元件包括定位装置，从而能确定所述成形元件在叶片内的位置。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电层是金属筛。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述金属筛是金属网或者延展的金属箔。12.根据权利要求1所述的方法，该方法包括在多个预定区域中增强所述导...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·怀特豪斯，R·贝克，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK