引导雷电至雷电接收器制造技术

本发明专利技术涉及引导雷电至雷电接收器。本发明专利技术涉及一种将雷电引导至用于风力涡轮机的转子叶片的雷电接收器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：借助于旋涡发生器产生气流的旋涡，所述旋涡发生器位于转子叶片的表面处；通过旋涡吸引雷电；将雷电引导到雷电接收器。此外，本发明专利技术还涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片，其中，所述转子叶片包括：用于产生气流的旋涡的旋涡发生器，所述旋涡发生器位于转子叶片的表面处；以及用于从雷电接收电流的雷电接收器。旋涡发生器和雷电接收器相对于彼此被布置成使得雷电被通过旋涡发生器产生的旋涡引导到雷电接收器。最后，本发明专利技术涉及旋涡的吸引雷电的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将雷电引导至用于风力涡轮机的转子叶片的雷电接收器的方法。此外，本专利技术涉及一种具有改进的雷电保护装置的用于风力涡轮机的转子叶片。而且，本专利技术还涉及将旋涡用于吸引雷电。
技术介绍
风力涡轮机通常易于受雷电攻击。一方面，这可能是因风力涡轮机被安装在本身易于受雷电攻击的暴露场所处而引起。另一方面，风力涡轮机就其本身而言包括沿风力涡轮机的竖直方向、即沿风力涡轮机的重力方向的相当大的延伸部。这种沿竖直方向的延伸部可能显著地比周围建筑物和/或树木要大，使得与周围的建筑物和/或树木相比，雷电更可能攻击风力涡轮机。如果雷电攻击风力涡轮机，则经常会击中风力涡轮机的转子叶片。这是由于如下事实，即：对于具有至少三个转子叶片的水平轴线的风力涡轮机而言，相应的转子叶片的末端通常代表风力涡轮机在地面上方的最高的点或部段。因此，转子叶片、特别是转子叶片的末端部段易受雷击的影响和侵害。在现有技术水平下，雷电保护装置通常包括雷电接收器，其被集成在转子叶片的壳体中，并且通过导电材料与避雷针连接。避雷针被布置和准备成用于将来自雷击的电流传送至地面。这样的常规雷电接收器通常由具有高导电率的材料制成，并且具有几厘米的大小。它可相对于转子叶片的壳体的表面略微暴露，但是从空气动力学的观点来看，雷电接收器完全集成到叶片壳体中是优选的。常规的雷电保护装置的缺点在于，尽管在转子叶片上的突出和易受影响的位置处存在雷电接收器，但大量的雷击在离开雷电接收器一定距离处击中转子叶片。这可对转子叶片、特别是对可能由纤维复合材料制成的转子叶片的壳体造成相当大的损伤。由于雷击引起的对转子叶片的损伤从不需要立即维修的轻微损伤达到超过需要及时维修以避免水或灰尘进入转子叶片的内部结构的转子叶片的壳体的更严重的损伤，并且直至达到需要风力涡轮机停机的转子叶片的重大损伤。例如，国际专利申请WO2012/055418A1中公开了一种常规的风力涡轮机雷电保护系统。其中，附接在旋涡发生器条带上的多个旋涡发生器通过导电带连接到雷电保护系统的接收器。与只具有结合到转子叶片的壳体中的雷电接收器的常规基本系统相比，这是一种改进，只要雷电能够攻击沿导电的旋涡发生器条带的任何点并且随后被传导到雷电接收器。然而，这种雷电保护装置需要在雷电接收器的附近设置旋涡发生器条带或至少设置导电带。此外，仍有相当大的可能雷电在离开导电带或旋涡发生器条带一定距离处攻击或击中转子叶片。因此，将需要提供一种雷电保护装置以及与现有技术水平相比得到了改进的避免雷电击中并损坏用于风力涡轮机的转子叶片的方法。因此，能够实现降低雷击在离开雷电接收器一定距离处击中转子叶片的比率。
技术实现思路
此目标通过独立权利要求来解决。从属权利要求表示有利的发展和修改。根据本专利技术，提供了一种将雷电引导到用于风力涡轮机的转子叶片的雷电接收器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：-借助于旋涡发生器产生气流的旋涡，其中，所述旋涡发生器位于转子叶片的表面处；-通过旋涡吸引雷电；以及-将雷电引导到雷电接收器。换言之，本专利技术公开了如何将雷电引导到转子叶片上的适当位置、即雷电接收器所处的位置的概念。这通过简单且廉价的方式来实现。所述方法得益于如下技术效果，即：由于旋涡中心处的较低压力，雷电优选地被旋涡吸引。旋涡中心处增加的湿度是通过旋涡更有可能吸引雷电的另一个原因。换言之，雷电优选地在存在真空的区域中攻击转子叶片。在转子叶片附近不存在技术真空（technicalvacuum）。然而，由于转子叶片在空气中的移动和转子叶片的空气动力学形状，在空气压力上存在差异。因此，同样在不存在技术真空的情况下，雷电优先攻击处于低压的区域中的转子叶片。因此，本专利技术的一个关键方面是，到目前为止仅从空气动力学视角评估的旋涡发生器也可被用于雷电保护。在现有技术水平下，旋涡发生器已被用作例如失速还原装置，或者如果前缘被污染，用作用于增加转子叶片的效率的装置。在本专利技术中，在雷电保护的背景下，通过旋涡发生器产生的旋涡是有益的。因此，在存在旋涡的情况下，通过此旋涡并且通过小心地布置旋涡发生器和雷电接收器来吸引雷电，并且雷电被直接引导到雷电接收器并防止在别处击中转子叶片。在本专利技术的实施例中，所产生的旋涡位于转子叶片的末端部段处。通过旋涡发生器产生的旋涡具有第一旋转方向。转子叶片的末端部段的形状所产生的末端旋涡具有第二旋转方向。所述第一旋转方向和所述第二旋转方向是基本上等同的。换言之，如果通过旋涡发生器产生的旋涡的旋转方向和转子叶片的末端所产生的末端旋涡的旋转方向彼此相对应，则是有利的。这些旋转方向也被称为旋动方向（spinningdirection）。如果两个旋转方向彼此匹配，则通过旋涡发生器产生的通常较小的旋涡合并到转子叶片的末端部段所产生的通常较大的末端旋涡中。因此，降低了噪声并且提高了效率。与旋涡发生器和转子叶片的末端部段的旋涡反方向旋转的相反情况相比，这是有利的实施例。注意，转子叶片的末端部段所产生的末端旋涡是常规的转子叶片的众所周知的现象。在常规的工业型风力涡轮机中，末端旋涡在末端部段的下游可延伸数米。在本专利技术的另一个实施例中，旋涡发生器被改装到转子叶片。由于雷电保护装置的廉价和简单的设置，所以旋涡发生器能够容易地被改装在现有的转子叶片上。此转子叶片还可以被安装在风力涡轮机上，并且例如可以持续运转几年。因此，本专利技术是具有成本效益和吸引力的。可替代地，当然，本专利技术也可以被建立在新制造的转子叶片上。在本专利技术的另一个实施例中，雷电接收器被改装到转子叶片，并且雷电接收器被布置和准备成用于从雷电接收电流。雷电接收器被连接到避雷针，以便将电流传送到地面。因此，即使迄今为止在转子叶片上不存在任何雷电接收器，或者如果有意将另一雷电接收器添加到转子叶片，通过将雷电接收器添加和改装到现有的转子叶片，这能够容易地执行。显然，雷电接收器必须被连接到避雷针以便将电流传送到地面。因此，为了更高效地将雷电引导到雷电接收器和/或进一步将像这样的另一雷电接收器添加和集成到转子叶片，在通过旋涡发生器改装现有的转子叶片方面存在灵活性。在本专利技术的另一个实施例中，旋涡发生器特别是通过提高转子叶片的升阻比来附加地提高转子叶片的效率。应当注意的是，如到目前为止所述的旋涡发生器主要服务于为吸引雷电并且将雷电引导到雷电接收器而产生旋涡的目的。为了服务于这个目的，不一定需要顾及到空气动力学方面的考虑。因此，旋涡发生器例如可以被设计得相对较大。为了给出具体的示例：对于具有75米的总长度的风力涡轮机的常见的转子叶片而言，用于控制流动分离和/或与前缘污染有关的典型的旋涡发生器具有几毫米最多达一厘米或两厘米的竖直延伸部。此相对较小的尺寸的一个原因在于使旋涡发生器的阻力（drag）最小化，这些旋涡发生器通常数十个旋涡发生器成组地安装在转子叶片上。与这些常规的空气动力学旋涡发生器相比，用于吸引雷电的单旋涡发生器也能具有比上述给定数字大的尺寸。例如，具有几厘米的大小的旋涡发生器可能是最佳的。这是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将雷电引导到用于风力涡轮机（10）的转子叶片（20）的雷电接收器（41）的方法，其中，所述方法包括以下步骤：借助于旋涡发生器（31）产生气流的旋涡（32），所述旋涡发生器（31）位于所述转子叶片（20）的表面处，通过所述旋涡（32）吸引所述雷电，以及将所述雷电引导到所述雷电接收器（41）。

【技术特征摘要】
2014.11.13 EP 14193039.61.一种将雷电引导到用于风力涡轮机（10）的转子叶片（20）的雷电接收器（41）的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
借助于旋涡发生器（31）产生气流的旋涡（32），所述旋涡发生器（31）位于所述转子叶片（20）的表面处，
通过所述旋涡（32）吸引所述雷电，以及
将所述雷电引导到所述雷电接收器（41）。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所产生的旋涡（32）位于所述转子叶片（20）的末端部段（22）处，
通过所述旋涡发生器（31）产生的所述旋涡（32）具有第一旋转方向（34），
所述转子叶片（20）的末端部段（22）的形状所产生的末端旋涡（51）具有第二旋转方向（52），以及
所述第一旋转方向（34）和所述第二旋转方向（52）是基本上等同的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述旋涡发生器（31）被改装到所述转子叶片（20）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述雷电接收器（41）被改装到所述转子叶片（20），
所述雷电接收器（41）被布置和准备成用于从所述雷电接收电流，以及
所述雷电接收器（41）被连接到避雷针，以便将所述电流传送到地面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，所述旋涡发生器（31）特别是通过提高所述转子叶片（20）的升阻比而附加地提高了所述转子叶片（20）的效率。
6.一种用于风力涡轮机（10）的转子叶片（20），
其中，所述转子叶片（20）包括：
用于产生气流的旋涡（32）的旋涡发生器（31），所述旋涡发生器（31）位于所述转子叶片（20）的表面处，以及
用于从雷电接收电流的雷电接收器...

【专利技术属性】
技术研发人员：PB埃内沃尔德森，K奥尔森，K希布斯拜，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE