本發(fā)明涉及風力渦輪機葉片和用于制造風力渦輪機葉片的方法。

背景技術(shù)：

1、風力渦輪機葉片通常由纖維增強樹脂制成。為了方便制造，各個葉片部件通常預先制造，并且隨后彼此連接。例如，葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)殼體分別制造，并且隨后在前緣和后緣處彼此連接。此外，例如，抗剪腹板單獨制造，并且隨后被連接到葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)殼體。將預制葉片部件彼此連接的已知方法包括粘合過程以及在連接區(qū)域中用樹脂灌注干纖維鋪層。此外，us2020/0171768?a1公開了用于接合葉片部件的熱焊接。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的風力渦輪機葉片以及一種改進的用于制造風力渦輪機葉片的方法。

2、因此，提供了一種風力渦輪機葉片。所述風力渦輪機葉片包括：

3、第一葉片部件和第二葉片部件，它們在重疊區(qū)域中通過熱焊接彼此連接，

4、電阻元件，其作為所述熱焊接的殘余在所述重疊區(qū)域中布置在所述第一葉片部件與所述第二葉片部件之間，所述電阻元件具有第一端子和第二端子，

5、避雷導體，其與所述第一端子和所述第二端子中的每一個電連接，以及

6、浪涌保護裝置，其中，所述第一端子和所述第二端子中的一個經(jīng)由所述浪涌保護裝置與所述避雷導體電連接。

7、通過熱焊接連接第一和第二葉片部件提供了與層壓接頭相比更快的連接方法，因為不需要環(huán)氧樹脂的固化。此外，與膠合接頭相比，熱焊接的一個優(yōu)點在于可避免顯著增加葉片的重量的粘合劑。

8、此外，用于焊接過程并作為焊接過程的殘余留在葉片中的電阻元件可被集成到葉片的防雷系統(tǒng)中。通過將電阻元件在其第一和第二端子處連接到避雷導體，可防止閃電期間電阻元件和避雷導體之間的閃絡。特別地，在由葉片的雷擊引起避雷導體處的高電壓的情況下，浪涌保護裝置打開路徑，以供雷電流經(jīng)由電阻元件流動。因此，防止了電阻元件和避雷導體之間的大電壓差。因此，避免了電阻元件和避雷導體之間的不受控制的電流流動，例如閃絡和電弧。

9、風力渦輪機葉片是風力渦輪機的轉(zhuǎn)子的一部分。風力渦輪機是將風的動能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。例如，風力渦輪機包括：轉(zhuǎn)子，其具有各自連接到輪轂的一個或多個葉片；包括發(fā)電機的機艙；以及塔架，其在其頂端處保持機艙。風力渦輪機的塔架可通過過渡件連接到風力渦輪機的基礎(chǔ)，例如海床中的單樁或混凝土基礎(chǔ)。

10、風力渦輪機葉片，例如其根部部段，被固定地或可旋轉(zhuǎn)地連接到輪轂。除了(圓柱形)根部部段外，風力渦輪機葉片空氣動力學地形成。例如，風力渦輪機葉片包括壓力側(cè)(逆風側(cè))和吸力側(cè)(順風側(cè))。該壓力側(cè)和吸力側(cè)在前緣和后緣處彼此連接。該壓力側(cè)和吸力側(cè)以及前緣和后緣限定了風力渦輪機葉片的翼型。

11、風力渦輪機葉片具有例如由纖維增強樹脂制成的殼體。例如，葉片殼體通過如下方式來制造：將纖維鋪層布置在模具中，用樹脂灌注纖維鋪層，并且固化樹脂。葉片殼體例如圍繞葉片的內(nèi)腔。例如，風力渦輪機葉片還包括一個或多個抗剪腹板，其用于在葉片的內(nèi)腔中連接壓力側(cè)和吸力側(cè)的葉片殼體?？辜舾拱鍨槿~片提供剪切強度。

12、壓力側(cè)殼體、吸力側(cè)殼體、該一個或多個抗剪腹板和/或其他葉片部件可單獨預先制造。然后，預先制造的葉片部件(例如，第一葉片部件和第二葉片部件)可彼此接合，例如通過熱焊接。

13、例如，熱焊接包括諸如熱塑性樹脂或可焊接熱固性樹脂的可焊接樹脂的熱樹脂焊接。熱焊接例如是熱塑性焊接。

14、電阻元件特別地是導電元件。電阻元件可借助于施加到電阻元件并在電阻元件的第一端子和第二端子之間流動的電流來產(chǎn)生熱。電阻元件特別地是加熱元件。由電阻元件產(chǎn)生的熱取決于電阻元件的電阻以及施加到電阻元件的電流和/或電壓的量。

15、電阻元件可由金屬制成。例如，電阻元件由銅制成?？商娲?，電阻元件可由碳纖維制成。

16、電阻元件布置在葉片部件之間，使得其在重疊區(qū)域中被夾在葉片部件之間。

17、重疊區(qū)域是第一葉片部件的一部分與第二葉片部件的一部分重疊的區(qū)域。重疊區(qū)域是第一葉片部件和第二葉片部件的接合區(qū)域。

18、在制造期間，熱塑性樹脂或可焊接熱固性樹脂可在重疊區(qū)域中放置在第一和第二葉片部件之間，例如，與第一和/或第二葉片部件和/或電阻元件的表面接觸。當通過電阻元件施加電流使電阻元件加熱時，熱塑性樹脂或可焊接熱固性樹脂會熔化和/或軟化并接合葉片部件。

19、避雷導體是葉片的防雷系統(tǒng)的引下線。避雷導體例如布置成與葉片的縱向方向平行。在風力渦輪機的制造狀態(tài)下，避雷導體例如在其第一端處與地電位電連接，并且在其第二端處與防雷系統(tǒng)的一個或多個接閃器元件連接。

20、第一端子和第二端子中的一個經(jīng)由浪涌保護裝置與避雷導體電連接意味著，僅第一端子和第二端子中的一個經(jīng)由浪涌保護裝置與避雷導體電連接。第一端子和第二端子中的另一個在沒有插入的浪涌保護裝置的情況下與避雷導體電連接。

21、電阻元件的第一端子特別是與避雷導體的第一連接部分電連接。此外，電阻元件的第二端子與避雷導體的第二連接部分電連接，該第一連接部分和第二連接部分彼此分開。

22、根據(jù)一個實施例，浪涌保護裝置被構(gòu)造成：

23、當施加到浪涌保護裝置的電壓超過閾值電壓時，在電阻元件的相應端子和避雷導體之間提供閉合的電連接，以用于避雷保護，并且

24、當施加的電壓處于或低于閾值電壓時，在電阻元件的相應端子和避雷導體之間提供電隔離，以用于第一葉片部件和第二葉片部件的熱焊接。

25、因此，在葉片的制造期間，特別是在熱焊接過程之前，可已經(jīng)建立用于避雷保護的電阻元件與避雷導體的電連接。盡管如此，電阻元件仍然可在制造期間用作熱焊接過程的加熱元件。

26、在雷擊期間施加到浪涌保護裝置的電壓通常超過閾值電壓，使得浪涌保護裝置充當電連接器。

27、此外，在熱焊接過程期間施加到浪涌保護裝置的電壓通常遠低于閾值電壓，使得浪涌保護裝置充當電隔離器。

28、避雷導體例如布置在葉片殼體的內(nèi)腔中。避雷導體例如布置在第一葉片部件和/或第二葉片部件處和/或葉片的抗剪腹板處。

29、根據(jù)另一實施例，僅第一端子和第二端子中的一個經(jīng)由浪涌保護裝置連接到避雷導體，并且第一端子和第二端子中的另一個通過電線連接到避雷導體。

30、特別地，第一和第二端子中的另一個僅通過電線連接到避雷導體，即沒有插入的浪涌保護裝置。

31、根據(jù)另一實施例，電阻元件是沿縱向方向延伸并且相對于其縱向方向具有第一端和第二端的細長元件，并且第一端子布置在第一端處，并且第二端子布置在第二端處。

32、在葉片中具有細長的電阻元件(即，細長的導電元件)承擔了在閃電狀況期間電阻元件的第一端和第二端之間的大電壓差的風險。通過將細長電阻元件的第一端和第二端與避雷導體連接，可更好地防止電阻元件和避雷導體之間的閃絡。

33、電阻元件在縱向方向上的長度例如為3米或更長、5米或更長、7米或更長和/或10米或更長。

34、根據(jù)另一實施例，第一葉片部件和第二葉片部件的重疊區(qū)域是平行于葉片的縱向方向布置(即，延伸)的細長區(qū)域，和/或電阻元件是平行于葉片的縱向方向布置(即，延伸)的細長元件。

35、細長電阻元件例如被布置成使得其與避雷導體平行延伸。

36、根據(jù)另一實施例，風力渦輪機葉片包括在其相應的第一和/或第二端子處串聯(lián)地電連接到彼此的兩個或更多個電阻元件。

37、通過使用多于一個電阻元件，可通過熱焊接實現(xiàn)第一和第二葉片部件之間在大結(jié)合線上的接合。此外，通過使用多于一個電阻元件，可將加熱電阻元件中相應的一個所需的電壓保持為小(例如，處于或低于690v和/或220v)。

38、風力渦輪機葉片還可包括多于一個浪涌保護裝置。

39、根據(jù)另一實施例，該兩個或更多個電阻元件中的兩個相鄰電阻元件中的每一個在其相鄰端子處彼此電連接，并且所述相鄰端子通過共同的導線和/或通過共同的浪涌保護裝置與避雷導體電連接。

40、因此，可減少導線、導電連接和/或浪涌保護裝置的數(shù)量。

41、根據(jù)另一實施例，風力渦輪機葉片包括偶數(shù)n個電阻元件和數(shù)量p個浪涌保護裝置，其中，p是滿足方程p＝(n/2)的偶數(shù)，或者p是滿足方程p＝(n/2)+1的奇數(shù)。

42、優(yōu)選地，p滿足方程p＝(n/2)，因為在這種情況下需要較少數(shù)量的浪涌保護裝置。

43、根據(jù)另一實施例，風力渦輪機葉片包括奇數(shù)m個電阻元件和數(shù)量q個浪涌保護裝置，其中，q是滿足方程q＝[(m–1)/2]+1的偶數(shù)。

44、根據(jù)另一實施例，第一葉片部件和/或第二葉片部件包括葉片半殼體、下部葉片殼體、上部葉片殼體、壓力側(cè)殼體、吸力側(cè)殼體、結(jié)構(gòu)元件、加強梁、腹板和/或抗剪腹板。

45、根據(jù)另一實施例，閾值電壓為1.5kv或更大、2kv或更大、2.5kv或更大、3kv或更大、10kv或更大和/或30kv或更大。

46、根據(jù)另一方面，提供了一種用于制造風力渦輪機葉片的方法。所述方法包括以下步驟：

47、a)布置第一和第二葉片部件，使得它們在重疊區(qū)域中彼此重疊，其中，電阻元件在所述重疊區(qū)域中布置在所述第一和第二葉片部件之間，所述電阻元件具有第一和第二端子，避雷導體被布置成使得其與所述第一和第二端子中的每一個電連接，并且所述避雷導體經(jīng)由浪涌保護裝置電連接到所述第一和第二端子中的一個，以及

48、b)通過熱焊接將所述第一和第二葉片部件連接到彼此，包括在所述電阻元件的第一和第二端子之間供應電流，以用于加熱所述電阻元件。

49、在步驟a)中，可在第一葉片部件與第二葉片部件之間布置可焊接樹脂，例如熱塑性樹脂或可焊接熱固性樹脂。

50、根據(jù)該另一方面的一個實施例，在步驟b)中施加在所述浪涌保護裝置處的電壓處于或低于閾值電壓，使得：

51、所述浪涌保護裝置在所述電阻元件的第一和第二端子中的所述一個與所述避雷導體之間提供電隔離，并且

52、用于加熱所述電阻元件的電流通過所述電阻元件的第一和第二端子中的另一個與所述避雷導體之間的電連接供應。

53、根據(jù)該另一方面的另一實施例，所述第一和第二端子中的每一個在步驟b)中與電源電連接，以用于在所述第一和第二端子之間供應所述電流。

54、根據(jù)該另一方面的另一實施例，所述方法包括以下步驟：在步驟b)之后移除所述第一和第二端子中的每一個與所述電源之間的電連接。

55、參考本發(fā)明的風力渦輪機葉片描述的實施例和特征加以必要的修改也適用于本發(fā)明的方法。

56、本發(fā)明的其他可能的實施方式或替代方案還涵蓋上文所述或下文關(guān)于實施例所述的特征的本文未明確提及的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可向本發(fā)明的最基本形式添加個別或孤立的方面和特征。