專利名稱：風(fēng)輪機(jī)葉片的雷電保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的風(fēng)輪機(jī)葉片，一種根據(jù)權(quán)利要求31的前序部分的風(fēng)輪機(jī)，一種為風(fēng)輪機(jī)葉片提供雷電接收器裝置的方法以及該方法的使用。
背景技術(shù)：
通常，風(fēng)輪機(jī)豎立在具有優(yōu)良風(fēng)力條件的地區(qū)例如僅包括少量高障礙物如樹木或建筑物的郊區(qū)。但是，由于豎立的風(fēng)輪機(jī)具有越來越高的塔架和轉(zhuǎn)子葉片以便最有效地利用風(fēng)力，并且由于風(fēng)輪機(jī)是該地區(qū)最高的物體，因此需要保護(hù)風(fēng)輪機(jī)免遭雷擊。
公知的用于風(fēng)輪機(jī)的雷電保護(hù)裝置在每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的梢部包含雷電接收器以便捕獲雷擊。經(jīng)由葉片內(nèi)的下引導(dǎo)體以及引擎艙和塔架內(nèi)的下引導(dǎo)體將雷電釋放到地電位。為了將雷電從旋轉(zhuǎn)葉片的下引導(dǎo)體傳送到靜止引擎艙的下引導(dǎo)體，雷電電流經(jīng)過轉(zhuǎn)子葉片的軸被引導(dǎo)到引擎艙。引擎艙包括連接到該軸并從而允許電流從該軸釋放并傳送到引擎艙的下引導(dǎo)體的裝置例如集電環(huán)。
已經(jīng)提出具有明顯改進(jìn)的捕獲雷擊的裝置的雷電系統(tǒng)。
EP專利申請No.1 154 537公開了一個(gè)示例，其中風(fēng)輪機(jī)葉片安裝有雷電接收器。該接收器是連接到葉片后緣的鋁制輪廓上的鋁制帽。該接收器由鋁箔或類似的薄鋁材料制成以便降低重量。
雷電系統(tǒng)的功能性在于由于朝向地電位的電阻較低，雷電更易于擊中較大的帽的表面。隨后雷電電流經(jīng)過鋁制輪廓被引導(dǎo)到地電位。
該EP專利申請的雷電保護(hù)裝置的一個(gè)問題是，雷電的能量產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致風(fēng)輪機(jī)葉片的位于帽下方的部分損壞。該損壞可能是玻璃纖維表面的裂紋或孔。
另一個(gè)問題是雷電能量使雷擊位置處的鋁蒸發(fā)，導(dǎo)致雷電保護(hù)的可靠性降低。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為風(fēng)輪機(jī)提供沒有上述缺陷的雷電接收器。
本發(fā)明的一個(gè)具體目的是提供可以承受多次雷擊而不需要檢查或維修風(fēng)輪機(jī)葉片和接收器的接收器。
另外，本發(fā)明的一個(gè)目的是為風(fēng)輪機(jī)提供易于結(jié)合和安裝在風(fēng)輪機(jī)葉片內(nèi)的雷電接收器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種包括雷電保護(hù)裝置的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中所述葉片的梢部的至少一個(gè)部分由實(shí)心金屬制成并且作為所述雷電保護(hù)裝置的一部分。
因此，得到一種風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片可在葉片梢部的實(shí)心金屬部分承受大量雷擊而不需要檢查或維修風(fēng)輪機(jī)葉片。特別地，實(shí)心金屬以及葉片梢部內(nèi)的溫升小于現(xiàn)有技術(shù)中的溫升，這是因?yàn)闊崃扛子谏l(fā)到周圍環(huán)境中。
具有較小阻抗的實(shí)心金屬可以確保即使在最壞的情況下，金屬也將僅受到很小的損害而不會影響風(fēng)輪機(jī)和雷電保護(hù)裝置的功能。另外，實(shí)心金屬使得更易于將雷電下引導(dǎo)體更牢固地連接到雷電接收器。雷電接收器以及連接到雷電下引導(dǎo)體的接收器連接件中的較小阻抗可確保雷電電流在風(fēng)輪機(jī)葉片梢部存積較少熱量。
用語“梢部的…由實(shí)心金屬制成的部分”應(yīng)理解為其中三維尺寸(長度、寬度和厚度)不能忽略的部分。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部由金屬制成。因此，整個(gè)葉片梢部都可以是雷電保護(hù)裝置的一部分。此外，葉片梢部易于耐受溫升而不需要經(jīng)常檢查或維修。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述金屬包括金屬合金。金屬合金對水尤其是鹽水具有非常好的耐腐蝕性。此外，金屬合金對于風(fēng)、雨和塵土形式的侵蝕具有非常好的抗侵蝕性。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述金屬包括銅合金例如CuSn10Zn2(青銅RG10)或CuSn5Zn5Pb5(青銅LG2)。因此可得到良好的導(dǎo)電性，例如13.8％IACS(相對于銅的相對導(dǎo)電率)。
此外，可實(shí)現(xiàn)高熔融溫度850℃。熔融溫度是在雷擊期間材料去除率的主導(dǎo)因素。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分包括從頂端觀察的前緣和/或后緣的初始的曲線或彎曲部分。雷電更可能擊中這些部分，利用實(shí)心金屬部分來有利地保護(hù)這些部分。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的長度小于總?cè)~片長度的1％，并且優(yōu)選地在總?cè)~片長度的0.1％-0.5％之間。由于葉片梢部的部分由實(shí)心金屬制成，所以重量是需要考慮的對象，因此葉片梢部的長度需要在不喪失接收雷擊的能力的條件下盡可能地小。由于雷電經(jīng)常擊中前緣和/或后緣的曲線或彎曲部分，所以葉片梢部的長度超出風(fēng)輪機(jī)葉片的這些部分延伸是有利的。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部利用連接桿安裝到風(fēng)輪機(jī)葉片頂部的開口內(nèi)。因此，允許例如通過使用不同數(shù)量的桿或不同尺寸的桿來實(shí)現(xiàn)葉片的變型。
使用多個(gè)連接桿的連接還可確保牢固的連接，這一點(diǎn)因?yàn)轱L(fēng)輪機(jī)葉片受到的力而變得非常重要。具體地，葉片梢部的重量要求牢固連接。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述連接桿由非導(dǎo)電材料如玻璃纖維制成，例如擠拉成形的玻璃纖維桿。因此可以確保雷電不會擊中葉片梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片之間的連接區(qū)域。
還可實(shí)現(xiàn)良好的拉伸和彎曲剛度。連接桿可使用結(jié)構(gòu)粘合劑接合在金屬梢部和玻璃纖維葉片內(nèi)，并通過在接合之前砂磨或拋光連接桿使連接桿適合于特定的葉片。
此外，玻璃纖維桿的使用可確保在重量較小的情況下實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。此外，葉片和桿的玻璃纖維表面之間的連接由于類似的材料特性例如材料強(qiáng)度而變得有利。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，葉片梢部被漆成例如白色或灰色。給梢部涂漆以便使梢部的金屬從太陽吸收的熱量最小。通過將梢部漆成白色，大大減少了將被吸收的太陽輻射量。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，葉片梢部是包括用于雷電下引導(dǎo)體的連接開口和至少一個(gè)用于所述連接桿的安裝孔的單個(gè)部件。由此可獲得簡單而堅(jiān)固的風(fēng)輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，葉片梢部包括外梢部和內(nèi)梢部。因此，可在單獨(dú)的操作中將內(nèi)梢部和外梢部連接到風(fēng)輪機(jī)葉片上，這將簡化葉片梢部的安裝過程。從而提高了抵抗連接故障的安全性。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部包括外梢部和內(nèi)梢部，其中內(nèi)梢部可在外梢部之前安裝到風(fēng)輪機(jī)葉片上。這使得例如將雷電下引導(dǎo)體連接到葉片梢部的安裝更簡單，并且對于執(zhí)行該過程的人而言更輕松。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述外梢部限定葉片梢部的輪廓。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述外梢部的底部包括基本對應(yīng)于所述內(nèi)梢部的形狀的凹部，并且為所述內(nèi)梢部提供保持區(qū)域。由此在已將內(nèi)梢部安裝到風(fēng)輪機(jī)葉片上之后可容易地將外梢部向下滑動到內(nèi)梢部上。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述內(nèi)梢部包括用于雷電下引導(dǎo)體的連接區(qū)域和至少一個(gè)用于所述連接桿的安裝孔。因此，可容易地在內(nèi)梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片之間建立牢固連接。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述連接區(qū)域還包括用于雷電下引導(dǎo)體的保持裝置例如保持塊。由此可在內(nèi)梢部和雷電下引導(dǎo)體之間建立牢固連接。特別地，使用包括多個(gè)分隔開的凹槽的區(qū)域可確保將導(dǎo)體保持在一個(gè)位置，在該位置例如由于導(dǎo)體的彎曲或扭曲而產(chǎn)生的張力較小。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部是包括用于雷電下引導(dǎo)體的連接開口的單個(gè)部件。由此可實(shí)現(xiàn)更簡單的葉片梢部結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述單個(gè)部件的葉片梢部包括至少一個(gè)用于所述連接桿或安裝螺栓的安裝孔。由此可實(shí)現(xiàn)葉片梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片之間的牢固連接。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部包括從風(fēng)輪機(jī)葉片的前緣到后緣分割開的兩個(gè)半部。由此可獲得特別易于圍繞連接裝置定位和隨后安裝到葉片上的葉片梢部。
在另一個(gè)實(shí)施例內(nèi)，將連接裝置安裝到風(fēng)輪機(jī)葉片的開口內(nèi)，隨后將兩個(gè)半部安裝到連接裝置和雷電下引導(dǎo)體上。
在本發(fā)明的一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部的半部的內(nèi)表面包括半孔，從而可通過將兩個(gè)半部相互壓緊來牢固地和均勻地保持連接裝置和雷電下引導(dǎo)體。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述半孔限定用于連接桿和雷電下引導(dǎo)體的開口。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述葉片梢部的重量至少為5千克并且通常大于10千克，例如對于32米的風(fēng)輪機(jī)葉片重大約12千克。由此在重量(確保連續(xù)的良好的雷電接收器品質(zhì))和引入到葉片梢部上的力(通過與風(fēng)輪機(jī)葉片的連接來支承)之間實(shí)現(xiàn)有利的關(guān)系。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面內(nèi)，所述雷電下引導(dǎo)體的端部利用導(dǎo)體連接器例如形狀對應(yīng)于葉片梢部內(nèi)的至少一個(gè)開口的導(dǎo)體套管被夾緊。由此可加強(qiáng)與葉片梢部的連接，并從而減小連接電阻。
本發(fā)明還涉及一種風(fēng)輪機(jī)，其中所述至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片的每個(gè)梢部的至少一個(gè)部分由實(shí)心金屬制成并且作為所述雷電保護(hù)裝置的一部分。
由此可獲得具有改進(jìn)的雷電保護(hù)裝置——例如在承受大量雷擊而不需要檢查或維修風(fēng)輪機(jī)葉片和雷電接收器的能力方面——的風(fēng)輪機(jī)。


下面將參照

本發(fā)明，在附圖中圖1示出具有三個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片的大型現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)，圖2示出具有根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片，
圖3示出下引導(dǎo)體與根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的連接，圖4示出葉片梢部的外梢部的優(yōu)選實(shí)施例，圖5示出葉片梢部的內(nèi)梢部的優(yōu)選實(shí)施例，圖6a和6b分別示出從側(cè)面和底部觀察的外梢部的優(yōu)選實(shí)施例，圖7a到7e以多個(gè)不同視圖示出內(nèi)梢部的優(yōu)選實(shí)施例，圖8示出外梢部的不同的橫截面視圖，圖9示出內(nèi)梢部的不同的橫截面視圖，圖10示出安裝在外梢部的保持區(qū)域內(nèi)的內(nèi)梢部，圖11示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的另一個(gè)實(shí)施例，圖12示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的又一個(gè)實(shí)施例，以及圖13示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的再一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有塔架2和位于塔架頂部的風(fēng)輪機(jī)引擎艙3的現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)1。包括三個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片5的風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子通過低速軸連接在該引擎艙上，該低速軸延伸出該引擎艙的前部。在風(fēng)輪機(jī)葉片的相對端延伸有梢部6。
如圖所示，超過一定級別的風(fēng)將由于在葉片上形成的升力而致動轉(zhuǎn)子，并使該轉(zhuǎn)子沿垂直于風(fēng)的方向旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動被轉(zhuǎn)換成電能，該電能被供應(yīng)給用電網(wǎng)。
圖2示出具有根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的風(fēng)輪機(jī)葉片，該葉片梢部緊鄰葉片設(shè)置。風(fēng)輪機(jī)葉片可以是任何類型的標(biāo)準(zhǔn)葉片，例如由復(fù)合材料如玻璃纖維制成的風(fēng)輪機(jī)葉片。
該葉片梢部在大小和形狀上幾乎與風(fēng)輪機(jī)葉片的標(biāo)準(zhǔn)梢部一致，并且包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分。此外，該葉片梢部還作為風(fēng)輪機(jī)的雷電保護(hù)裝置的一部分。
圖中還示出，葉片梢部具有安裝在葉片梢部的開口內(nèi)的四個(gè)連接桿。該連接桿優(yōu)選由非導(dǎo)電材料例如玻璃纖維制成，例如擠拉成形的玻璃纖維桿。
圖中示出連接桿具有不同的直徑，其中連接桿直徑對應(yīng)于連接桿所在位置處的風(fēng)輪機(jī)葉片的厚度——較厚的葉片位置對應(yīng)于較粗的連接桿。連接桿直徑優(yōu)選在5-50毫米的范圍內(nèi)選擇，例如10、20或30毫米。
連接桿的長度可根據(jù)不同連接桿在它們的位置所受的負(fù)荷而改變。連接桿的長度優(yōu)選地從150毫米到800毫米，其中連接桿的40-200毫米之間的部分插入葉片梢部的開口，而連接桿的110-600毫米之間的部分插入葉片的開口。
連接桿的數(shù)量也可根據(jù)葉片梢部的安裝位置處的風(fēng)輪機(jī)葉片的寬度改變，例如在3-6個(gè)連接桿之間，如4或5個(gè)連接桿。
連接桿的優(yōu)選數(shù)據(jù)尤其與標(biāo)準(zhǔn)的32米風(fēng)輪機(jī)葉片匹配。較小或較大的葉片可能需要改變數(shù)據(jù)。但是，圖中所示的具有實(shí)心金屬部分的葉片梢部的實(shí)施例的重量大于5千克并且通常大于10千克，例如對于所述的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)輪機(jī)葉片為12千克。
圖中所示的葉片的端部不具有葉片梢部，其中葉片可能是以這種方式制造的，或者可能在制造葉片之后已經(jīng)去除了標(biāo)準(zhǔn)葉片梢部。甚至，該去除操作可能是對已經(jīng)使用并且從所述風(fēng)輪機(jī)拆除的風(fēng)輪機(jī)葉片的改型(改裝、改進(jìn))過程的一部分。該去除操作可以例如利用角磨機(jī)(angle grinder)或類似的切削工具執(zhí)行。
去除的葉片梢部在葉片的頂端留下開口。對葉片中的該開口的內(nèi)表面進(jìn)行清洗、除油污、研磨和/或磨光以便得到清潔的和可接近的表面。
此外，例如通過將PVC泡沫或PVC泡沫塊填充在葉片內(nèi)部的期望的位置而使葉片的內(nèi)部在連接桿的范圍以下和以外被密封，以便限定一個(gè)空間。隨后用強(qiáng)粘合材料例如單組分或雙組分的環(huán)氧膠填充該空間。環(huán)氧膠可通過將葉片的內(nèi)表面粘接到連接桿上來將葉片梢部固定到風(fēng)輪機(jī)葉片的其余部分上。粘合材料也可用于將連接桿粘接到葉片梢部。
優(yōu)選地，可將葉片梢部制成為在底部稍小于風(fēng)輪機(jī)葉片，從而允許葉片梢部稍微進(jìn)入葉片的開口。在葉片梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片的其余部分之間粘接之后，在葉片梢部和連接區(qū)域執(zhí)行精加工。精加工還包括對葉片梢部和連接區(qū)域進(jìn)行最后的涂漆。
根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部還連接到風(fēng)輪機(jī)葉片的雷電下引導(dǎo)體并從而連接到地電位。
圖2還示出包括風(fēng)輪機(jī)葉片和風(fēng)輪機(jī)葉片的上部的放大部分。風(fēng)輪機(jī)葉片和葉片梢部在葉片的任意給定位置具有弦長(cord)c、厚度t和t/c比例關(guān)系。葉片梢部的t/c比例關(guān)系通常在0-14％(分別在頂端和葉片連接處)之間。
風(fēng)輪機(jī)葉片梢部通常還被限定為風(fēng)輪機(jī)葉片的一部分，其中前緣和后緣離開基本平直的方向并開始朝向風(fēng)輪機(jī)葉片的頂端彎曲。
圖3示出雷電下引導(dǎo)體10與根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部6的連接。另外，還示出葉片梢部分為兩個(gè)部分內(nèi)梢部13和外梢部15。內(nèi)梢部在外梢部的底部結(jié)合到外梢部內(nèi)。
所示的雷電下引導(dǎo)體是在導(dǎo)體的連接區(qū)域14處伸入葉片梢部的導(dǎo)體。該連接區(qū)域形成為內(nèi)梢部的表面內(nèi)的三個(gè)凹槽，其中每個(gè)凹槽能夠接收延伸出葉片開口的導(dǎo)體。該導(dǎo)體配備有導(dǎo)體連接器，例如夾緊在延伸端的金屬電纜套管。具有連接器的延伸端被放入最適合于該導(dǎo)體的凹槽內(nèi)。
通過將扁平塊24用力向下壓緊在導(dǎo)體10的頂部而使該導(dǎo)體保持在連接區(qū)域14中。扁平塊的尺寸對應(yīng)于用于凹槽的雷電下引導(dǎo)體的連接區(qū)域14，并且通過穿入該塊和內(nèi)梢部的緊固螺栓而壓緊在導(dǎo)體上。
該導(dǎo)體優(yōu)選為直徑在50-120mm2之間的金屬的編織的銅或鋁制繩索或電纜，例如鍍錫的銅電纜。
圖4示出葉片梢部的外梢部15的優(yōu)選實(shí)施例。
外梢部包括在葉片梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片的頂端18終止的前緣11a和后緣11b。特別地，后緣11b最后形成急劇的彎曲以便從風(fēng)輪機(jī)葉片邊緣的先前基本上平直的曲線與頂端相交。
包括頂端和前緣及后緣的葉片梢部的表面19形成雷電接收器的有效區(qū)域。
在外梢部的底部示出用于內(nèi)梢部的空的保持區(qū)域16。該保持區(qū)域包括對稱的六邊形(該圖中未示出)。圍繞保持區(qū)域的邊包括多個(gè)對應(yīng)的安裝孔17a、17b。在將內(nèi)梢部放置到保持區(qū)域16中后，將螺栓安裝到該孔內(nèi)以保持內(nèi)梢部。
圖5示出葉片梢部的內(nèi)梢部13的優(yōu)選實(shí)施例。
內(nèi)梢部具有基本對應(yīng)于外梢部15的保持區(qū)域16的形狀的六邊形形狀。此外，內(nèi)梢部中的安裝孔22在位置和數(shù)量上對應(yīng)于外梢部的安裝孔17a、17b。
內(nèi)梢部還在一側(cè)包括安裝槽21，以允許在將內(nèi)梢部安裝到外梢部的保持區(qū)域期間壓縮該側(cè)。內(nèi)梢部的安裝槽確保安裝后在內(nèi)梢部和外梢部之間的壓配合。
內(nèi)梢部還包括用于連接桿的四個(gè)孔20a-20d。這些孔穿過內(nèi)梢部并且具有對應(yīng)于不同連接桿的不同直徑。
最后，內(nèi)梢部包括具有用于雷電下引導(dǎo)體的三個(gè)凹槽的連接區(qū)域14。凹槽從內(nèi)梢部的前部延伸到后部。這三個(gè)凹槽之間的兩個(gè)壁包括孔23，從而允許通過將扁平塊24向下壓在導(dǎo)體的頂部并將螺栓插入扁平塊和該壁內(nèi)的孔來固定該導(dǎo)體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可在將下引導(dǎo)體定位在凹槽內(nèi)之后，用焊錫或類似的導(dǎo)電接合材料填充連接區(qū)域14。
內(nèi)梢部和外梢部優(yōu)選地由相同金屬合金制成，以避免發(fā)生電接觸的不同金屬之間的電化腐蝕。該金屬可以是銅或銅合金例如CuSn10Zn2(青銅RG10)、CuSn5Zn5Pb5(青銅LG2)或黃銅。但是，也可使用具有相關(guān)材料特性的其它金屬或金屬合金，例如鋁或錳青銅或類似的鋁和錳合金。
內(nèi)梢部和外梢部優(yōu)選地使用鑄造技術(shù)例如砂型鑄造制成。
圖6a和6b分別示出從側(cè)面和底部觀察的外梢部15的優(yōu)選實(shí)施例。
該視圖特別示出內(nèi)梢部的保持區(qū)域16的輪廓以及朝向風(fēng)輪機(jī)葉片頂端的前緣和后緣的曲線。如圖可見，保持區(qū)域的形狀對應(yīng)于內(nèi)梢部的六邊形形狀。此外可以看到，后緣如何急劇地彎曲以便與葉片梢部進(jìn)而風(fēng)輪機(jī)葉片的頂端相交。
圖7a到7e以多個(gè)不同的視圖示出內(nèi)梢部的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖7b和7c可見，用于下引導(dǎo)體的凹槽和用于連接桿的孔延伸穿過內(nèi)梢部。此外，從圖中可見內(nèi)梢部具有朝向安裝槽的錐形形狀。
圖7d示出從側(cè)面觀察的內(nèi)梢部，其中明顯看出內(nèi)梢部的錐形形狀。
圖7e示出在連接區(qū)域被向下壓在導(dǎo)體頂部的扁平塊24。
圖8示出外梢部以及外梢部的多個(gè)不同的橫截面視圖。
首先，圖8(A-A)的橫截面視圖示出居中地穿過保持區(qū)域的橫截面。如圖可見，圍繞該區(qū)域的金屬材料在前緣和后緣之后較厚。
圖8(B-B)的橫截面視圖示出保持區(qū)域朝向葉片梢部的頂端終止。此外，在前緣和后緣后面的實(shí)心金屬部分變得更多。
隨后，圖8(A-A，B-B)的橫截面視圖示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的兩個(gè)實(shí)心部分分別位于前緣和后緣后面的部分以及保持區(qū)域前面的部分。
圖8(C-C，D-D)的橫截面視圖示出葉片梢部的最后部分也由實(shí)心金屬材料制成。特別地，實(shí)心金屬材料部分位于前緣和后緣的急劇彎曲處周圍。
圖8(E-E)的橫截面視圖示出保持區(qū)域16的部分包括相應(yīng)的孔17a、17b。
圖9示出內(nèi)梢部沿其橫向(H-H，A-A到C-C)和縱向(D-D到G-G)的不同的橫截面視圖。
圖10示出安裝在外梢部15的保持區(qū)域16內(nèi)的內(nèi)梢部13。圖中示出內(nèi)梢部完全結(jié)合在外梢部15的保持區(qū)域內(nèi)。此外，可見安裝孔17a已備用于通過螺栓將內(nèi)梢部固定到葉片梢部的其余部分上。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的另一個(gè)實(shí)施例。圖中示出葉片梢部僅是具有用于連接桿和雷電下引導(dǎo)體的穿孔或開口的單個(gè)部件。連接桿插入該開口并例如通過使用如上文的優(yōu)選實(shí)施例中所述的單組分或雙組分的環(huán)氧膠固定。雷電下引導(dǎo)體的端部也插入所選擇的開口并例如通過建立機(jī)械連接固定?？赏ㄟ^從梢部的表面鉆孔到雷電下引導(dǎo)體的開口內(nèi)來建立機(jī)械連接?？稍诶纂娤乱龑?dǎo)體的端部插入開口之后將螺栓向下擰入并抵靠在該端部上。螺栓頭優(yōu)選地被置入埋頭孔，并且隨后用填充材料填充表面內(nèi)的孔。
除了例如通過鑄造和鉆孔形成的用于連接桿和下引導(dǎo)體的穿孔或開口之外，葉片梢部可以為實(shí)心金屬。但是，可以在必需的開口旁邊鉆出另外的開口以便從葉片梢部除去金屬。此外，實(shí)心部分可連接到金屬板或被金屬板包圍，從而形成局部空心的葉片梢部結(jié)構(gòu)，例如包括焊接到沿前緣和后緣的實(shí)心部分的金屬板的葉片梢部結(jié)構(gòu)。
圖12示出上述單個(gè)部件的葉片梢部的又一實(shí)施例。葉片梢部的表面包括朝向葉片梢部的底部垂直地延伸的多個(gè)凹槽25。隨著凹槽接近葉片梢部的底部，凹槽在表面內(nèi)越來越深。凹槽恰好在底部之前終止，從而允許形成一種凸緣。該凸緣被螺栓孔26穿過，從而在葉片梢部的底部13的周邊形成多個(gè)孔。
在安裝和固定葉片梢部時(shí)，將多個(gè)螺栓從上方穿過凹槽和孔插入開口。螺栓可插入填充有膠的開口和/或擰入葉片內(nèi)的安裝壁內(nèi)。此外，螺栓可用作唯一的葉片梢部固定裝置或者如上文所述與連接桿相結(jié)合。在將葉片梢部固定到葉片上之后可用填充材料填充該凹槽。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的再一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例包括兩個(gè)部分28a、28b。每個(gè)部分是葉片梢部6在沿從前緣到后緣的方向分割時(shí)形成的一部分，并且這兩個(gè)部分共同形成葉片梢部的完整形狀。朝向另一部分的一個(gè)部分的內(nèi)表面30包括多個(gè)半孔29a、29b，當(dāng)兩個(gè)部分連接時(shí)對應(yīng)的兩個(gè)半孔形成一個(gè)孔。用于連接桿和雷電下引導(dǎo)體的孔或開口的數(shù)目對應(yīng)于該優(yōu)選實(shí)施例中所述的開口的數(shù)目。
將連接桿定位在一個(gè)部分的半孔內(nèi)，通過使用穿過安裝孔17a的螺栓將另一部分固定到該部分的上面。當(dāng)擰緊螺栓時(shí)這兩個(gè)部分?jǐn)D壓連接桿和雷電下引導(dǎo)體并從而將它們保持在適當(dāng)位置。螺栓擰緊后將葉片梢部固定到葉片上。
圖11到13示出在某些方面與圖3到圖10的實(shí)施例不同的根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的實(shí)施例。但是，如果沒有特別指出不同，則至少某些選擇，例如葉片梢部的材料、任何連接桿或粘合材料、部件數(shù)量和尺寸的選擇可以相同。
上文已參照葉片梢部和風(fēng)輪機(jī)葉片的特定示例說明了本發(fā)明。但是，應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于上述特定示例而是可以改變例如尺寸和形狀。此外，應(yīng)理解，特別是葉片梢部可在如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出各種變型。此外，將葉片梢部接合到風(fēng)輪機(jī)葉片上的方法以及將雷電下引導(dǎo)體固定到葉片梢部上的方法都可改變。
此外，應(yīng)強(qiáng)調(diào)，實(shí)心金屬部分的數(shù)量、尺寸和位置可改變。
最后，應(yīng)強(qiáng)調(diào)，根據(jù)本發(fā)明的葉片梢部的部分可由非金屬材料例如具有良好的耐高溫能力的材料如碳纖維制成。特別地，內(nèi)梢部可由非金屬材料或者金屬與非金屬材料的組合制成。
列表1風(fēng)輪機(jī)2風(fēng)輪機(jī)塔架3風(fēng)輪機(jī)引擎艙4風(fēng)輪機(jī)輪轂5風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片6轉(zhuǎn)子葉片梢部7雷電8葉片梢部或雷電接收器9連接桿10 雷電下引導(dǎo)體11a、11b 前緣和后緣12 地電位13 內(nèi)梢部14 用于雷電下引導(dǎo)體的連接區(qū)域15 外梢部16 用于內(nèi)梢部的保持區(qū)域17a、17b 在葉片梢部的外梢部內(nèi)或者就在葉片梢部內(nèi)的安裝孔18 葉片梢部或雷電接收器的頂端19 葉片梢部或雷電接收器的表面20a-20d 用于連接桿的孔21 安裝槽22 在內(nèi)梢部內(nèi)的安裝孔23 用于雷電下引導(dǎo)體的固定孔24 用于雷電下引導(dǎo)體的固定塊25 用于螺栓的安裝凹槽26 用于螺栓的安裝孔27 葉片梢部的底部
28a、28b第一和第二葉片梢部部分29a、29b形成孔的相應(yīng)半孔30 第二葉片梢部部分的內(nèi)表面c 風(fēng)輪機(jī)葉片的弦長t 風(fēng)輪機(jī)葉片的厚度t/c 弦上最厚位置處的比例關(guān)系
權(quán)利要求
1.包括雷電保護(hù)裝置的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片的梢部(6)的至少一個(gè)部分由實(shí)心金屬制成，并作為所述雷電保護(hù)裝置(8、10、12)的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部(6)由金屬制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述金屬包括金屬合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述金屬包括銅合金例如CuSn10Zn2(青銅RG10)、CuSn5Zn5Pb5(青銅LG2)或黃銅或鋁合金例如鋁青銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分包括從頂端(18)觀察的前緣(11a)和/或后緣(11b)的初始的曲線或彎曲部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分包括在該葉片梢部的前緣(11a)和/或后緣后面的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分包括在該葉片梢部的表面后面的所有部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分包括作為一體的部分或作為單獨(dú)的部分的前緣(11a)、后緣(11b)和頂端(18)的初始的曲線或彎曲部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分沿風(fēng)輪機(jī)葉片縱向的長度小于總?cè)~片長度的1％，并且優(yōu)選地在總?cè)~片長度的0.1％-0.5％之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部的厚度/弦長的比例關(guān)系小于14％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，葉片梢部被漆成例如白色或灰色。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部(6)在底部(27)處的尺寸允許利用連接桿(9)安裝到風(fēng)輪機(jī)葉片頂部處的開口內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述連接桿(9)由非導(dǎo)電材料如玻璃纖維制成，例如擠拉成形的玻璃纖維桿。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述連接桿(9)的長度范圍在150-800毫米之間，優(yōu)選地，40-200毫米之間的部分插入葉片梢部的開口，而110-600毫米之間的部分插入葉片開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述連接桿(9)的直徑在5-50毫米之間，例如10、20或30毫米。
16.根據(jù)權(quán)利要求12到15中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述連接桿(9)的數(shù)量在3-6之間，例如4或5個(gè)桿。
17.根據(jù)權(quán)利要求12到16中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，葉片的內(nèi)部在所述連接桿(9)的范圍以下和/或以外通過泡沫材料例如PVC泡沫形成的隔壁被密封。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，由所述隔壁限定的空間利用強(qiáng)粘合材料例如單組分或雙組分環(huán)氧膠填充。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部包括外梢部(15)和內(nèi)梢部(13)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述外梢部(15)限定葉片梢部(6)的輪廓。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述外梢部(15)的底部包括基本對應(yīng)于所述內(nèi)梢部(13)的形狀的凹部，并且為所述內(nèi)梢部提供保持區(qū)域(16)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19到21中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述內(nèi)梢部(13)包括用于雷電下引導(dǎo)體(10)的連接區(qū)域(14)和至少一個(gè)用于所述連接桿(9)的安裝孔(20a-20d)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述連接區(qū)域(14)還包括用于雷電下引導(dǎo)體的保持裝置例如保持塊(24)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部是包括用于雷電下引導(dǎo)體(10)的連接開口(14)的單個(gè)部件。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述單個(gè)部件的葉片梢部包括至少一個(gè)用于所述連接桿(9)或安裝螺栓的安裝孔(20a-20d，26)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部包括從風(fēng)輪機(jī)葉片的前緣到后緣分割開的兩個(gè)半部(28a、28b)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部的半部的內(nèi)表面(30)包括半孔(29a、29b)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述半孔(29a、29b)限定用于連接桿(9)和雷電下引導(dǎo)體(10)的開口。
29.根據(jù)權(quán)利要求1到28中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述葉片梢部(6)的重量至少為5千克并且通常大于10千克，例如對于32米的風(fēng)輪機(jī)葉片重大約12千克。
30.根據(jù)權(quán)利要求1到29中任一項(xiàng)的風(fēng)輪機(jī)葉片(5)，其特征在于，所述雷電下引導(dǎo)體(10)的端部通過導(dǎo)體連接器例如形狀對應(yīng)于葉片梢部內(nèi)的至少一個(gè)開口(14)的導(dǎo)體套管被夾緊。
31.風(fēng)輪機(jī)(1)，包括靜止裝置，例如引擎艙(3)和塔架(2)，旋轉(zhuǎn)裝置，例如包括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的轉(zhuǎn)子，所述靜止裝置和旋轉(zhuǎn)裝置包括連接到地電位(12)的雷電保護(hù)裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片的每個(gè)梢部(6)的至少一個(gè)部分由實(shí)心金屬制成并且作為所述雷電保護(hù)裝置的一部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的風(fēng)輪機(jī)(1)，其特征在于，所述葉片梢部的厚度/弦長比例關(guān)系小于14％。
33.為具有雷電保護(hù)裝置的風(fēng)輪機(jī)葉片設(shè)置雷電接收器裝置的方法，所述方法包括以下步驟形成準(zhǔn)備安裝葉片梢部的風(fēng)輪機(jī)葉片，將包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的葉片梢部定位在葉片的梢部位置，將所述梢部連接到葉片的雷電保護(hù)裝置，以及利用連接桿將包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的所述葉片梢部連接到風(fēng)輪機(jī)葉片。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其特征在于，用包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的所述葉片梢部來代替風(fēng)輪機(jī)葉片的標(biāo)準(zhǔn)葉片梢部。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34的方法，其特征在于，包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的所述葉片梢部對風(fēng)輪機(jī)葉片的標(biāo)準(zhǔn)葉片梢部進(jìn)行了改型。
36.根據(jù)權(quán)利要求33到35中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，準(zhǔn)備安裝包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的葉片梢部的風(fēng)輪機(jī)葉片是通過利用切割工藝除去標(biāo)準(zhǔn)的葉片梢部形成的。
37.根據(jù)權(quán)利要求33到36中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，葉片內(nèi)部在連接桿的范圍以下和/或以外通過泡沫材料形成的隔壁被密封。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征在于，由所述隔壁限定的空間利用強(qiáng)粘合材料例如單組分或雙組分環(huán)氧膠填充。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38的方法，其特征在于，將包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的所述葉片梢部的連接桿插入風(fēng)輪機(jī)葉片的所述空間內(nèi)。
40.根據(jù)權(quán)利要求37到39中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的所述葉片梢部的底部也插入風(fēng)輪機(jī)葉片的所述空間內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求37到40中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，對風(fēng)輪機(jī)葉片進(jìn)行精加工，并且將葉片梢部漆成例如白色或灰色。
42.根據(jù)權(quán)利要求33到41中的任一項(xiàng)的方法在對風(fēng)輪機(jī)葉片改型以形成包括至少一個(gè)由實(shí)心金屬制成的部分的葉片梢部方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括雷電保護(hù)裝置的風(fēng)輪機(jī)葉片。所述葉片的梢部的至少一個(gè)部分由實(shí)心金屬制成并且作為所述雷電保護(hù)裝置的一部分。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)輪機(jī)，一種用于為風(fēng)輪機(jī)葉片提供雷電接收器裝置的方法以及該方法的使用。
文檔編號H02G13/00GK1839259SQ03827131
公開日2006年9月27日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者P·希巴德, C·克里斯坦森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司