關于風輪機葉片用的避雷系統的改進的制作方法
【專利摘要】一種用于風輪機葉片的葉梢組件，該葉梢組件包括：導電的葉梢模塊；與所述導電的葉梢模塊間隔開的接收器裝置；聯接器，該聯接器將所述導電的葉梢模塊電聯接至所述接收器裝置；以及絕緣構件，該絕緣構件使所述聯接器絕緣。本發明也能表述成一種為風輪機葉片組裝葉梢組件的方法，該方法包括：提供葉梢模塊；為所述葉梢模塊提供聯接器以便將所述葉梢模塊電聯接至避雷系統的引下線；并且用絕緣構件包繞所述聯接器。
【專利說明】
關于風輪機葉片用的避雷系統的改進
技術領域
[0001]本發明涉及用于提高風輪機葉片抗雷擊能力的風輪機葉片結構以及相關的制造過程。
【背景技術】
[0002]風輪機易受雷電攻擊，有時發生在塔架、機艙以及轉子輪轂上，但是最常發生在風輪機的葉片上。雷擊事件潛在地引起對風輪機葉片的物理損害，并且也潛在地引起對風輪機的內部控制系統的電損害。風輪機常安裝在廣闊的開放空間中，這使雷擊屢見不鮮。因此，近年來，風輪機制造者非常盡力地設計風輪機，使得這些風輪機能夠有效應對雷擊過程中傳給風輪機的能量以便避免葉片受損以及更換葉片過程中與風輪機停工時間相關的成本。
[0003]公知風輪機葉片用的避雷系統。在一個實施例中，導電的雷電接收器元件布置在葉片的外表面上以接收雷擊。因為接收器元件是導電的，所以對于葉片的相對不導電的材料而言，雷電更可能優先附著于接收器元件。接收器元件連接至纜線或者“引下線”，纜線或者“引下線”在葉片內部延伸至基部并且借助布置至輪轂、機艙以及塔架中的電荷轉移路徑的電樞裝置從基部連接至地電位。因此這樣的避雷系統使得雷電能夠被從葉片安全引導至地電位，從而使損害的風險最小化。然而，離散的接收器元件在葉片制造過程中安裝起來相對復雜，而且這些接收器元件留下很大一部分葉片區域面臨遭受雷擊的風險。
[0004]風輪機葉片上雷擊作用的觀測揭示出:葉片葉梢處發生雷擊的比例最高。為了解決此問題，W02005/031158提出了一種具有實心金屬葉梢的風輪機葉片。盡管實心金屬葉梢提供穩健的導電體以承受多次雷擊，但是在一些情況下雷電可能仍擊中葉梢的葉片內側，從而潛在地使葉片受損。
[0005]W02013/007267中描述了另一中避雷裝置，其提出:將風輪機葉片劃分成多個不同的地帶，每個地帶設置有不同的保護措施，根據葉片地帶內預計的雷擊影響選擇保護措施。在此，諸如葉梢之類的高風險雷擊地帶可由諸如實心金屬葉梢之類的穩健保護措施保護，而低風險雷擊地帶中的保護措施可潛在性地被完全移除。
[0006]以此為背景設計出本發明。
【發明內容】
[0007]在第一方面中，本發明提供一種用于風輪機葉片的葉梢組件，該葉梢組件包括導電的葉梢模塊以及聯接器，該聯接器從所述葉梢模塊延伸以將所述葉梢模塊附接至引下線，其中絕緣構件包繞所述聯接器。
[0008]當安裝在風輪機葉片中時，所述葉梢組件可連接至下引系統，使得來自雷擊的電能被引導成離開梢端到達安裝在所述風輪機的塔架中的雷電應對系統。在風輪機的公知的導電葉梢中，據觀測，雷電可以被吸引到下引系統以及葉梢的僅葉片內側中的其他金屬部件，這可能導致葉片受損。因此，有利的是，本發明的葉梢組件集成有接收器裝置，該接收器裝置與葉梢模塊間隔開，要與葉梢模塊間隔開，使得這樣的葉梢組件用以“攔截”雷擊，當葉片水平取向時可能發生雷擊不傾向于附著至葉梢的現象。因此，形成葉梢組件的一部分的接收器裝置提供“容易的”電接地路徑，這防止雷電附著至葉片內部的金屬部件。
[0009]接收器裝置可包括導電的接收器基座，例如黃銅，該接收器基座呈板狀并且用作一個或多個接收器元件或者螺栓的附接點，接收器元件或者螺栓穿透葉片蒙皮以連接至接收器基座。在一個實施方式中，接收器是橫向于(即，翼弦方向)葉梢組件的縱軸線延伸的板。
[0010]聯接器將葉梢模塊連接至接收器裝置，并且可與葉梢模塊一體形成。另選的是，聯接器可以是能從葉梢模塊拆卸的。盡管聯接器可采取多種形式，但是在一個實施方式中該聯接器是舌狀板，該舌狀板從葉梢模塊延伸并且被絕緣構件包繞。優選的是，絕緣構件是聚合物塊狀構件，該塊狀構件從葉梢模塊延伸并包繞聯接器及接收器裝置。優選的是，絕緣構件被直接模制到聯接器上。
[0011]盡管導電的葉梢模塊可以包括包繞在導電層中的芯構件，但是實心金屬模塊提供具有較高載流電容的舌形單元。原則上可接受的是葉梢模塊由任一金屬或者金屬合金制成，但是目前優選銅。
[0012]聯接器可以包括舌狀附接板，該附接板從葉梢模塊延伸，并且附接板可與葉梢模塊整合在一起或者借助適當的手段諸如一組螺栓之類附接至葉梢模塊，在此情況下聯接器可被接納在限定于葉梢模塊中的腔中。
[0013]在一個實施方式中，絕緣構件被直接模制至聯接器并且具有與在使用中接納該絕緣構件的葉片的外部翼弦輪廓類似的外部翼弦輪廓。絕緣構件的相對較大的尺寸確保葉梢組件與葉片之間的牢固連接。
[0014]在優選的實施方式中，葉梢模塊是實心金屬，并且絕緣構件還可以將接收器裝置包繞在其中。
[0015]本發明還延及一種用于為風輪機葉片組裝葉梢組件的方法，所述方法包括:提供葉梢模塊；向所述葉梢模塊提供聯接器以便將所述葉梢模塊電聯接至避雷系統的引下線；并且用絕緣構件包繞所述聯接器。
[0016]因此，有利的是，從葉梢模塊延伸并且用以連接至下引系統的聯接器被包繞在絕緣構件中。絕緣構件可以形成為適當的形狀，例如適于結合到風輪機的復合葉片的內部容積中的形狀。因此絕緣構件用作安裝點。
[0017]在將聯接器包繞在絕緣構件中之前，聯接器可在適當接頭處附接至引下線。因此，在組裝葉片的過程中，葉梢組件可與引下線一起作為一個單元安裝，這使得更便于制造。
[0018]作為另選，接收器基座可布置成使得接收器基座與葉梢模塊間隔開，并且在將連接器與接收器基座包繞在絕緣構件中之前將該接收器基座連接在聯接器與引下線之間。
[0019]要理解的是，本發明的第一方面的優選以及/或者可選的特征可以與本發明的其他方面結合，反之亦然。本發明的多個方面被限定于獨立權利要求中，有益特征被限定于從屬權利要求中。
【附圖說明】
[0020]為了更充分地理解本發明，現在將參照附圖描述本發明的一些實施方式，在附圖中:
[0021 ]圖1是配備有避雷系統的風輪機葉片的平面圖；
[0022]圖2是圖1中的風輪機葉片的一區域的放大圖，該圖更詳細地示出了關于避雷系統的設備；
[0023 ]圖3是沿線A-A剖取的圖2中的風輪機葉片的剖面；
[0024]圖4是沿線B-B剖取的圖2中的風輪機葉片的剖面；
[0025]圖5是圖1中的風輪機葉片的前緣沿線C-C的剖面圖；
[0026]圖6是類似圖2中的區域的葉片區域的視圖，但是該圖示出了避雷子系統的另選實施方式；以及
[0027]圖7是另選的葉梢組件的立體圖。
【具體實施方式】
[0028]參照圖1，風輪機葉片2結合有避雷系統3。葉片2由具有兩個半殼的葉片殼4形成。半殼通常由玻璃纖維加強塑料(稱為“GFRP”或者簡稱為“GRP”)模制而成，該玻璃纖維加強塑料包括嵌入固化的樹脂基體中的玻璃纖維織物。葉片殼4的精確構造不是本發明的核心，因而為了清楚起見省略更詳細的描述。
[0029]葉片包括根端6、梢端8、前緣10以及后緣12，葉片2可在根端6處附接至風輪機的轉子輪轂。葉片2的第一表面14限定空氣動力學輪廓表面，該表面在前緣10與后緣12之間延伸。葉片2還包括也在前緣10與后緣12之間延伸的第二表面，該第二表面未在圖1的平面圖中示出，但在例如圖3與圖4中標示成附圖標記16。
[0030]當葉片2附接至風輪機的轉子輪轂時，氣流撞擊葉片2的表面16，因此表面16在本領域中也被稱為“壓力側”或者“迎風側” ο相反，表面14也被稱為“吸力側”或者“背風側”。
[0031]轉至避雷系統3，此避雷系統以“分區”概念為基礎，其中，依據區域中受到雷擊的可能性以及雷擊的嚴重性，葉片2沿縱向或者“翼展”方向劃分成區域或者“地帶”。W02013/007267中描述了類似的原理。
[0032]在此實施方式中，為了避雷的目的，葉片2被分成三個地帶，在圖1中這些地帶被示成地帶A、B以及C。基于諸如峰值電流幅值、特定能量、脈沖波形以及每個地帶中期望葉片2承受的總電荷之類的一組雷擊參數選擇每個地帶中使用的避雷設備。現在借助實施例簡要說明不同的地帶。
[0033]地帶A沿翼展方向從葉片的根端6延伸至葉片長度的約60%。在此地帶中，葉片2受雷擊的風險小，因而將被認為受雷擊的發生率低并且電流幅值低，這對葉片結構性影響而言是可接受的。在此實施方式中，葉片2在此地帶中沒配備任何外部避雷裝置。
[0034]地帶B沿翼展方向從地帶A的端部延伸至葉片長度的約90%。在此地帶中，葉片2受雷擊的風險適中，并被認為承受適度頻率的直接雷擊附著，這些雷擊附著具有增大的脈沖電流、峰值電流以及總電荷轉移。因此，葉片2設置有呈表面保護層形式的第一避雷子系統
20 ο
[0035]最后，地帶C從地帶B的端部延伸至葉片2的梢端8。在此地帶中，葉片2受雷擊的可能性尚，并被認為承受超過200kA的峰值電流幅值以及超過300庫倫的總電荷轉移，而且受雷擊的發生率高。為向葉片提供所需水平的保護，地帶C包括另外兩個避雷子系統。第一，設置一系列接收器(下文的“接收器陣列”)22;第二，設置葉梢組件24。接收器陣列22與葉梢組件24兩者都電連接至下引系統26，該下引系統包括沿葉片2的長度從梢端8延伸至根端6的第一引下線28與第二引下線30，第一引下線28與第二引下線30分別大體鄰近葉片2的前緣10與后緣12布置。稍后將描述接收器陣列22、葉梢組件24以及下引系統26的細節。
[0036]如已經提及的，地帶B包括表面保護層20，該表面保護層是形成在葉片2的上半殼與下半殼兩者的表面上或者結合到葉片2的上半殼與下半殼兩者中的導電層。導電層20可以是金屬篩或者金屬網，但優選是展開的金屬箔，該金屬箔用以在葉片的大范圍上招引雷擊并且該金屬箔以將要描述的方式連接至下引系統26。導電層20的厚度不得影響葉片2的空氣動力學輪廓，因而導電層的厚度優選在Imm到5_之間。表面保護層20的精確結構不是本發明的核心，因而本文將不更詳細地描述此表面保護層。
[0037]現在將參照圖2至圖7更詳細地描述葉梢組件24與接收器陣列22。圖2示出了地帶C中葉片2的放大部分，從而更詳細地示出了葉梢組件24與接收器陣列22。葉片2在本文被示成使葉梢組件24附接至此。然而，應理解，葉梢組件24可在制造過程中作為單元安裝到葉片2中。
[0038]葉梢組件24包括導電的葉梢模塊32以及絕緣構件，在此實施方式中，該絕緣構件是聯接至葉梢模塊32的不導電的插入構件34。葉梢模塊32優選由實心金屬形成以便在葉片2的最梢端提供極耐用的接閃器，葉梢模塊32能夠承受大量的直接雷電附著而不受損壞并且無需頻繁維修以及/或者檢查。葉梢模塊32優選是實心銅或者諸如青銅之類的銅合金，并且鑄造成為葉片2(尤其是前緣與后緣的對雷擊附著特別具有吸引力的高曲率區域)提供空氣動力學梢端輪廓的形狀。以實心金屬形成葉梢模塊32獲得了高熔點而高熔點是避免在雷擊過程中受損的主要因素，還提供了到下引系統的良好導電性。要理解的是，除了銅以外的金屬及合金也是適宜的。
[0039]優選的是，葉梢模塊32足夠長以包繞葉片的前緣10與后緣12的高曲率區域，盡管由于實心金屬葉梢相對高的質量，通常意圖在不降低將雷電吸引至葉梢的能力的情況下將葉梢設計成盡可能小。因此，一般來說，葉梢模塊32的長度小于葉片總長度的1%，更優選的是，在葉片總長度的0.5%以下。舉例來說，對于長度為60m的葉片而言，葉梢的長度可以約為10cm。
[0040]葉梢模塊32借助本文所示的作為附接板的聯接構件或者“聯接器”36附接至插入構件34。板36具有矩形形狀，并且借助位于其一端的螺栓35固定至設置在葉梢模塊32的附接面38處的對應成形的腔37。板36是導電的，并且優選是諸如不銹鋼之類的實心金屬，但是其他金屬(例如銅)或者金屬合金也是可以的。
[0041]板36提供這樣一種機構，插入構件34可借助該機構附接至葉梢模塊32。在此實施方式中，插入構件34繞板36注射成型，在成型過程開始之前，附接或者不附接葉梢模塊32的情況下將板36放置在模具中。
[0042]模制成的插入構件34提供這樣的實心基座，在制造過程中，葉梢組件24可借助該實心基座結合到葉片2中。例如，在鋪疊葉片的過程中，適當的葉片蒙皮以及其他諸如玻璃纖維層或者預浸坯料之類的結構部件可布置在截頭葉片模具中，該葉片模具不具有成形成限定葉梢的模具表面。然后，可相對于所述模具布置葉梢組件24，使得插入構件34鄰近預備的葉片蒙皮部件放置并且葉梢模塊抵接所述模具的截頭端定位。然后，按照傳統的方式，插入構件34可在樹脂浸注過程中結合到葉片2中，使得固化后，葉梢組件24形成葉片2的一體部分，插入構件34提供結合面以將整個組件保持在葉片殼中。
[0043]在此實施方式中，插入構件34是聚合物，并且優選的是，該材料具有高介電強度(例如超過25kV/mm)，以約1mm的最小厚度包圍內部的金屬部件。聚氨酯會是合適的材料。
[0044]如能根據圖2理解到的，插入構件34相對較寬，并且寬度大于葉片2的對應截面的寬度的50%。插入構件34的輪廓通常對應葉片2的空氣動力學輪廓。
[0045]板36可移除地附接至葉梢模塊32，因而在葉片2的壽命期間允許移除或者更換葉梢模塊32。然而，板36可另選在鑄造過程中形成葉梢模塊32的一體部分。
[0046]為了將來自葉梢模塊32上的雷擊的能量引導至葉片根端6，葉梢組件24連接至下引系統26。在一個實施方式中，如圖7中所示，下引系統26的單根抑制電暈的導線借助諸如放熱式焊接之類的合適的連接方法直接連接至板36。因此在板36與下引系統26之間提供穩健的導電聯接。在這樣的布置中，優選但非必要的是，纜線在插入構件34模制在板36上之前焊接至板36，在此情況下，纜線為了葉片制造工藝之目的與葉梢組件24形成單元。
[0047]然而，在所示的實施方式中，下引系統26以不同方式連接至葉梢組件24。如圖2中所示，葉梢組件24還包括接收器裝置40，在此實施方式中該接收器裝置呈細長的塊狀接收器基座42的形式，該接收器基座由導電材料(優選諸如黃銅之類的金屬材料)形成。接收器基座42橫向于(S卩，沿翼弦方向)葉梢組件24的縱軸線延伸并在插入構件34的遠端處(沿翼展方向)與葉梢模塊32隔開。
[0048]接收器基座42借助導電鏈43電鏈接至葉梢模塊32，在此實施方式中此導電鏈是包在抑制電暈的材料中的纜線以便抑制由纜線43引發的流光及電暈。與圖7的實施方式相反，在此實施方式中下引系統26的第一引下線28與第二引下線30直接連接至接收器基座42。如前所述，引下線28、30優選在形成插入構件34之前焊接至接收器基座42以將這些部件封裝在該插入構件中，使得插入構件34封裝板36以及至少部分接收器裝置。因此，要理解的是板36、纜線43以及接收器基座42使金屬梢端與下引系統26電聯接。應注意，原則上，梢端與下引系統之間的聯接器可由任一數量的電氣部件形成。
[0049]接收器基座42形成用于一組接收器元件44的接收點，接收器元件44穿透葉片2的殼并且聯接至接收器基座42。如圖3中最佳示出的，接收器元件44呈螺栓的形式，該螺栓具有:桿部44a，此桿部延伸到葉片2中并且被形成在接收器基座42中相應的插口 42a接納；以及頭部44b，此頭部埋頭到殼中使得頭部44b的上表面與葉片2的周圍表面齊平以便不影響葉片的空氣動力學。
[0050]為了避免雷擊過程中螺栓頭部44b與附近的葉片蒙皮的任一內部導電部件之間的潛在“飛弧”，頭部44b設置有絕緣的防護擋圈46，該防護擋圈優選由適當的諸如PEEK(聚醚醚酮)之類的工程塑料形成。此外，防護擋圈在雷擊接收器元件的過程中提供對葉片蒙皮的附帶熱損害的防護。
[0051]絕緣構件34夾在背風表面14的內部與迎風表面16的內部之間。粘合劑(未示出)位于絕緣構件34與背風表面14和迎風表面16的內部之間以將絕緣構件粘合到葉片的內部。絕緣構件34基本填滿葉片的梢端處背風表面14與迎風表面16之間的中空容積。絕緣構件34沿翼弦方向從葉片的前緣朝葉片的后緣延伸，并且沿翼展方向從導電的葉梢8朝葉片的根部延伸。在此實施例中，絕緣構件34是包住聯接器36與接收器基座42的單體塊。“單體塊”的使用是指:接收器基座42與聯接器36能以單個模塊提供，此單個模塊使得能夠容易地安裝到葉片中。
[0052]接收器元件44可在其與葉梢組件24—起制造就位后安裝在葉片2上。完成葉片2后，在葉片2的殼中創建適當的孔隙并在接收器基座42中創建適當的錐形孔以便將接收器元件44固定就位。為了防止接收器元件44松動，可設置適當的鎖定裝置(未示出)，該鎖定裝置可采取塑料球或者補片的形式，塑料球或者補片接納在與接收器基座42接合的桿部44a的下部中。
[0053]在此實施方式中，設置兩個接收器元件44，兩者均位于葉片2的背風表面14上。然而，要理解的是，如果期望的話也可以在葉片2的背風側上設置更多的接收器元件。
[0054]根據以上論述，要明白的是，葉梢組件24為雷電附著提供兩個接收器點:第一是金屬的葉梢模塊32;第二是接收器裝置40。此有益之處在于，雷擊將被吸引至接收器元件44而不附著于下引系統26或者系統的其他內部金屬部件。作為進一步的說明，在高電場環境條件恰好領先于雷擊期間，葉片2的梢端處的增大的電場會誘發大氣的電離并且電荷從葉梢模塊32轉移，從而在特定狀況下導致“空間電荷”圍繞梢端8。此空間電荷的存在會在特定環境下變更葉梢周圍的電場，因而使返回的雷擊轉離導電的葉梢模塊32，使得雷電附著于葉片內的導電部件，例如下引系統26的部件。葉梢組件24的接收器裝置40提供策劃的、鄰近梢端的流光發射點，并且此流光發射點可用以“攔截”雷擊，雷擊恰當地附著于接收器元件44和接收器基座42而不附著于葉片2的其他屏蔽弱的部件。這在很大程度上從多種葉片角度減小了葉片受損害的風險。
[0055]現在轉至梢端接收器陣列22。如上文提及的，葉梢組件24連接至包括第一引下線28與第二引下線30的下引系統26，引下線28、30沿葉片2的翼展長度延伸至葉片的根端6。下引系統26還連接至葉片2的梢端接收器陣列22，這將更詳細地描述。
[0056]如圖2中所示，梢端接收器陣列22包括多個接收器部件50，這些接收器部件鄰近前緣10與后緣12分布在葉片2的背風表面14上。在此實施方式中，設置八個接收器部件50，并且每個接收器部件50均聯接至設置在葉片的背風表面14上的第一接收器元件52以及設置在葉片的迎風表面16上的第二接收器元件54。應注意的是，圖2中未示出迎風接收器元件54，但在圖4中示出了該元件。
[0057]現在參照圖4，該圖更詳細地示出了接收器部件50以及接收器元件52、54的結構，每個接收器部件50均包括塊狀接收器基座56以及封裝接收器基座56的絕緣構件58。
[0058]接收器基座56是導電的，并且優選是黃銅。絕緣構件58被直接模制至接收器基座56并用以在高電荷環境條件下抑制自接收器基座56的引線的啟用，從而防止雷擊直接作用到接收器基座56上而不是接收器元件52、54上。每個接收器基座56均包括相應的凹口60，弓丨下線28、30穿過這些凹口以將接收器基座56連接到下引系統26中。因此，接收器基座56的封裝部還封裝下引系統26與接收器基座56之間的接頭。絕緣構件58由合適的具有高介電強度的聚合物形成，并且構想該絕緣構件將會是聚氨酯，但是其他絕緣材料也是可接受的。
[0059]絕緣構件58夾在背風表面14的內部與迎風表面16的內部之間。粘合劑(未示出)位于絕緣構件58與背風表面14和迎風表面16的內部之間以將絕緣構件粘合到葉片的內部。應理解的是，圖4示出了穿過絕緣構件58的截面并且接收器基座56完全被絕緣構件58封裝。絕緣構件58沿翼展方向的寬度可以約為15cm。
[0060]盡管圖4中未示出，但是接收器部件50也可以借助間隔元件安裝在位于葉片2的內部中的適當位置中，這些間隔元件隔開各個接收器部件50并將其保持在相對于葉片殼的預定位置中。
[0061]如所提及的，每個接收器基座56均連接至兩個接收器元件:葉片2的背面表面14和迎風表面16的每一者上各一個。此布置減少了所需的接收器基座的數量，這減少了成本以及整個葉片的重量。此外，在葉片組裝過程中，接收器基座僅需要安裝在其中一個葉片半殼中，這加速了制造時間并且簡化了制造過程。接收器部件50借助諸如環氧粘合劑之類的粘合劑附接至葉片半殼。
[0062]每個接收器元件52、54呈具有桿部61與頭部62的螺栓的形式。桿部61延伸到葉片2中，接合到接收器基座56中的插口64中。頭部62抵靠葉片殼放置并且埋頭到葉片殼中，使得頭部62的上表面與葉片2的周圍表面齊平。與設置在葉梢組件24上的接收器元件44相似，梢端接收器陣列22的接收器元件52、54也設置有聚合物擋圈66以防止雷擊過程中的表面飛弧。此外，防護擋圈在雷擊接收器的過程中提供對葉片蒙皮的附帶熱損害的防護。
[0063]因為接收器部件50安裝在葉片2的具有相對較淺深度的區域中，接收器元件52、54優選沿葉片的翼展方向相互偏置或者“交錯”的結合至接收器基座56(如圖4中所示)。這避免了對置的接收器元件52、54的桿部61在安裝時彼此接觸。
[0064]在圖4的實施方式中，接收器部件50包括連接至設置在葉片2的背風表面14和迎風表面16上的兩個接收器元件52、54的單件式接收器基座56。構想了接收器部件的不同構造，現在將參照圖5描述這樣的一個實施例。
[0065]圖5是沿線C-C穿過圖1中的葉片2的截面，因此該圖示出了如上所述的表面保護層20的截面。
[0066]如已經論述的，表面保護層20包括導電篩，該導電篩提供了相當大的表面積以捕獲雷擊，能量可被從該導電篩安全引導到下引系統26中而不損害葉片2的不導電的復合結構。注意，表面保護層20設置在葉片2的背風表面14與迎風表面16兩者上。
[0067]為了將表面保護層20連接至下引系統26，設置了一組接收器部件70。總共有四個接收器部件，表面保護層20的每個角落處各一個，但是圖5中僅示出了接收器部件70中的一者。
[0068]在圖5中，接收器部件70鄰近葉片2的前緣10定位。接收器部件70成形成更有效地填充葉片2的此區域的相對深的輪廓中(與梢端接收器陣列22的區域中的相對淺的輪廓相比)的容積。
[0069]接收器部件70包括第一接收器基座72與第二接收器基座74，這些接收器基座被大體呈環形的絕緣構件76封裝。更具體地說，在此實施方式中絕緣構件76呈C形形狀，此形狀由從軛部76c的每個端部延伸的第一臂部76a與第二臂部76b限定。接收器基座72、74中的每一者都由臂部76a、76b中相應的一者封裝，接收器基座72、74以此方式抵靠葉片2的相應背風表面14和迎風表面16定位在預定位置中。
[0070]第一接收器元件80使位于迎風表面16上的表面保護層20電聯接至第一接收器基座72。以與上文所論述的實施方式的相似方式，接收器元件80呈螺栓的形式，該螺栓具有桿部80a與頭部80b:桿部80a延伸穿過葉片2并與第一接收器基座72接合;頭部80b布置成與表面保護層20的周圍表面齊平。提供相同的布置以將位于背風表面14上的表面保護層20聯接至第二接收器基座74。
[0071]導電鏈82被設置成使第一接收器基座72電連接至第二接收器基座74，在此實施方式中，導電鏈82是鍍鋅銅編線。盡管編線不是必要的，但是從制造角度來看編線是有用的，因為編線是柔韌性的從而在封裝之前能適當成形成在第一接收器基座72與第二接收器基座74之間延伸。
[0072]絕緣構件76夾在背風表面14的內部與迎風表面16的內部之間。粘合劑(未示出)位于絕緣構件76與背風表面14和迎風表面16的內部之間以將絕緣構件粘合到葉片的內部。應理解的是，圖5示出了穿過絕緣構件76的截面并且第一接收器基座72、第二接收器基座74以及導電鏈82完全被絕緣構件76封裝。絕緣構件76沿翼展方向的寬度可以約為15cm。
[0073]通過將第一接收器基座72焊接至相應的引下線而使第一接收器基座72連接至下引系統26，如所示，所述相應的引下線是靠近葉片2的前緣10的第一引下線28。為了有效組裝，在繞這些部件鑄造絕緣構件76之前，導電鏈82與引下線28可以相對于第一接收器基座72和第二接收器基座74以預定樣式布置并且通過放熱式焊接連接到那以確保連接的電氣完整性。以此方式，接收器部件70可與下引系統26—起作為一個單元安裝。焊接是用于連接電氣部件的一種選擇，但是其他諸如機械夾緊之類的適當技術是可接受的。
[0074]在此實施方式的一種變型例中，構想包括第一引下線28和第二引下線30的下引系統26可以與和梢端接收器陣列22關聯的接收器部件50以及和表面保護層20關聯的接收器部件70—起作為一個單元是絕緣的。圖6示出了此構想，并且可以看到，第一引下線28和第二引下線30以及與梢端接收器陣列22關聯的接收器部件50被形成單元式絕緣殼體的細長絕緣元件90封裝。絕緣元件90可以代替接收器基座56的絕緣元件58，但是目前構想絕緣元件90是除封裝的接收器基座56之外的進一步絕緣措施并且也是引下線28、30的電暈減少屏障。因此，在此實施方式中，葉片2內的整個電氣系統能在安裝之前被充分封裝，并且能在葉片鋪疊階段作為像導線外的絕緣套管一樣的單個單元安裝到葉片半殼中。下引系統26在電絕緣聚合體中的封裝通過增大系統的介電擊穿強度而減少雷擊直接附著至引下線28、30的可能性。
[0075]第一引下線28和第二引下線30本身是抑制高電壓電暈纜線型的絕緣纜線，這些絕緣纜線借助交聯聚合物或者硅膠絕緣。然后這些絕緣纜線被封裝到細長絕緣元件90中。
[0076]絕緣元件90可以由聚氨酯形成。在【具體實施方式】中，聚氨酯的硬度可以沿葉片的長度變化，使得下引系統26在葉片的若干部分中比在其他部分中更具柔性。例如，期望絕緣元件90在葉片的梢端區域中是柔性的，而朝向葉片根部絕緣元件90可以更硬些，其中葉片的梢端區域是葉片在風載作用下偏轉最大的區域。
[0077]技術人員要理解的是，可以按照權利要求說明的在不脫離本發明理念的情況下對所闡明的實施方式做出變更。上文已經描述了關于所闡明的實施方式的若干變型例。現在將描述其他變型例。
[0078]在具有所謂“結構殼”構造的風輪機葉片的背景下描述了本發明，其中縱向碳肋或者拉擠成型件在鋪疊階段整合到上下半殼中。然而，本發明也可以應用至根據諸如結構翼梁構造之類的不同設計宗旨構建的葉片。
[0079]葉梢組件24被描述成了包括實心金屬的葉梢模塊32。盡管這出于導電性及抗葉片雷擊能力的原因是優選的，但是葉梢組件24也可以由具有導電外層的不導電芯形成，不過穩健性會受到不利影響。
[0080]在上述絕緣布置中，插入構件34被描述成了單個零件。然而，應理解，插入構件也可以由多個零件制造而成。
[0081]在上述實施方式中，描述成出于雷電防護的目的，葉片被分成A、B以及C三個地帶。要理解的是，這僅是針對雷電防護如何構造葉片的一個實施例，并不意圖進行限制。例如，葉片可以構造成省略A地帶。因此，實際上沿葉片的全長保護葉片，而不是留下相對地不能免受雷擊的地帶。
【主權項】
1.一種用于風輪機葉片的葉梢組件，該葉梢組件包括導電的葉梢模塊以及聯接器，該聯接器從所述葉梢模塊延伸以將所述葉梢模塊附接至引下線，其中絕緣構件包繞所述聯接器。2.根據權利要求1所述的葉梢組件，其中，所述聯接器能從所述葉梢模塊拆卸。3.根據權利要求1或者2所述的葉梢組件，其中，所述聯接器能被接納在限定于所述葉梢模塊中的腔中。4.根據權利要求1至3所述的葉梢組件，其中，所述聯接器呈細長板的形式。5.根據權利要求1至4所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件被模制至所述聯接器。6.根據權利要求1至5所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件包括在翼弦截面中的翼型輪廓。7.根據權利要求1至6所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件是聚氨酯。8.根據權利要求1至7所述的葉梢組件，其中，所述葉梢模塊是實心金屬葉梢。9.根據權利要求1至8所述的葉梢組件，所述葉梢組件還包括與導電的所述葉梢模塊間隔開的雷電接收器裝置，其中，所述聯接器使導電的所述葉梢模塊電聯接至所述接收器裝置。10.根據權利要求9所述的葉梢組件，其中，所述接收器裝置包括導電的接收器基座，雷電接收器元件能附接至該接收器基座。11.根據權利要求10所述的葉梢組件，其中，所述接收器基座是黃銅。12.根據權利要求10或者11所述的葉梢組件，其中，所述接收器基座呈板狀。13.根據權利要求12所述的葉梢組件，其中，所述接收器基座橫向于所述葉梢組件的縱軸線延伸。14.根據權利要求9至13所述的葉梢組件，其中，所述聯接器包括導電鏈，該導電鏈連接在所述接收器裝置與導電的所述葉梢之間。15.根據權利要求14所述的葉梢組件，其中，所述導電鏈是纜線。16.根據權利要求9至15所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件在所述接收器裝置與導電的所述葉梢模塊之間延伸。17.根據權利要求9至16所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件封裝所述聯接器以及至少部分的所述接收器裝置。18.根據權利要求9至17所述的葉梢組件，其中，所述接收器裝置在遠離所述葉梢模塊的位置被包繞在所述絕緣構件內。19.根據權利要求18所述的葉梢組件，其中，所述絕緣構件是包繞所述聯接器與所述雷電接收器裝置的單體塊。20.—種包括前述任一項權利要求所述的葉梢組件的風輪機葉片，該風輪機葉片包括迎風殼與背風殼。21.根據權利要求20所述的風輪機葉片，其中，所述絕緣構件夾在所述迎風殼與所述背風殼之間。22.根據權利要求20或者21所述的風輪機葉片，其中，所述絕緣構件沿翼弦方向從所述風輪機葉片的前緣朝所述風輪機葉片的后緣延伸，并且沿翼展方向從導電的所述葉梢模塊朝所述風輪機葉片的根部延伸。23.—種用于為風輪機葉片組裝葉梢組件的方法，所述方法包括: 提供葉梢模塊； 向所述葉梢模塊提供聯接器以便將所述葉梢模塊電聯接至避雷系統的引下線;并且 用絕緣構件包繞所述聯接器。24.根據權利要求23所述的方法，該方法包括在用所述絕緣構件包繞所述聯接器與接頭之前在所述接頭處將引下線附接至所述聯接器。25.根據權利要求24所述的方法，該方法還包括布置與所述葉梢模塊間隔開的接收器基座，并且在將所述接收器基座與所述聯接器包繞在所述絕緣構件中之前將所述接收器基座連接至所述聯接器。26.根據權利要求25所述的方法，該方法包括在將所述接收器基座與所述聯接器包繞在所述絕緣構件中之前將引下線附接至所述接收器基座。27.根據權利要求23至26所述的方法，其中，所述聯接器能移除地附接至所述葉梢模塊。28.根據權利要求23至27所述的方法，其中，包繞所述聯接器的步驟包括通過模制形成所述絕緣構件。
【文檔編號】F03D80/30GK105829708SQ201480068823
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年10月15日
【發明人】D·懷特豪斯, R·貝克
【申請人】維斯塔斯風力系統有限公司