[发明专利]风力涡轮机叶片以及电位均衡系统

说明书

本公开涉及一种包括承载结构、壳体本体和雷电防护系统的风力涡轮机叶片。风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿纵向方向延伸。承载结构由纤维增强聚合物材料制成，并包括多个堆叠的纤维层。堆叠的纤维层包括导电纤维，如，碳纤维。雷电防护系统包括雷电接收器，所述雷电接收器布置为在壳体本体中或壳体本体上可自由接近。雷电防护系统包括雷电引下导体，其电连接到雷电接收器并进一步配置为电连接到接地连接。风力涡轮机叶片进一步包括电位均衡系统，其提供承载结构的一些导电纤维与雷电防护系统之间的电位均衡连接件。电位均衡系统包括由导电材料制成的耗散元件。耗散元件包括至少一个横向连接器，所述横向连接器布置为横向延伸穿过堆叠的纤维层的厚度，并配置为耗散。

技术领域

本公开属于风力涡轮机叶片的领域，更具体地，属于包括雷电防护系统的风力涡轮机叶片。本公开涉及风力涡轮机叶片以及电位均衡系统。

背景技术

风力涡轮机叶片通常包括承载结构。承载结构一般使用纤维增强材料来制造。纤维增强材料通常堆叠形成多个堆叠的纤维层。如今，纤维层大多选自玻璃纤维或碳纤维或混合材料。

在碳纤维叶片中，有必要使碳纤维与雷电防护系统电位均衡。否则，静电电荷可能会积累起来，或者雷击产生的雷电流可能会无意中跳进承载结构的碳纤维中。

铜网可以跨越部分或在整个承载结构上放置。网将含碳层压结构与雷电防护系统接地连接。然而，大电流测试表明在网与承载结构的碳层压结构之间的界面区域中发生局部损坏。这些损坏可能引起在区域内的承载结构分层，从而导致叶片的严重疲劳损坏和失效。

WO 2007／062659公开了一种具有雷电防护系统的风力涡轮机叶片，所述雷电防护系统具有内部避雷装置和布置在叶片尖端处的雷电接收器。

EP 1 112 448公开了一种具有碳纤维增强承载结构的风力涡轮机叶片，其与雷电防护系统的内部引下导体电位均衡。

EP 1 664 528也公开了一种风力涡轮机叶片和一种碳纤维增强承载结构。风力涡轮机叶片设置有具有内部避雷装置的雷电防护系统。碳纤维与内部避雷装置电位均衡。可以使用铜网来向碳纤维提供大的接触表面。

需要一种解决方案来最小化或防止风力涡轮机叶片的这种分层和失效。

发明内容

本公开的目的是提供一种风力涡轮机叶片以及一种电位均衡系统，其克服或改进了现有技术中的至少一个缺点，或提供了有用的替代。

本公开涉及一种包括承载结构、壳体本体和雷电防护系统的风力涡轮机叶片。风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿纵向方向延伸。承载结构由纤维增强聚合物材料制成，并包括多个堆叠的纤维层。堆叠的纤维层包括导电纤维，如，碳纤维。雷电防护系统包括雷电接收器，所述雷电接收器布置为在壳体本体中或壳体本体上可自由接近。雷电防护系统包括雷电引下导体，其电连接到雷电接收器并进一步配置为电连接到接地连接。风力涡轮机叶片进一步包括电位均衡系统，其提供承载结构的一些导电纤维与雷电防护系统之间的电位均衡连接件。电位均衡系统包括由导电材料制成的耗散元件。耗散元件包括至少一个横向连接器，所述横向连接器布置为横向延伸穿过堆叠的纤维层的厚度，并配置为耗散。

因此，本公开提供一种防止由高雷电流引起的分层损坏的风力涡轮机叶片。当雷电流由雷电接收器主要捕获并由引下导体向下传导到地面时，雷电打击损坏承载结构的层压结构的风险降低，同时承载结构的导电纤维与雷电防护系统之间的电位差由电位均衡系统均衡，所述电位均衡系统具有穿过堆叠的纤维层的厚度耗散能量的横向连接器。横向连接器允许穿过承载结构中的多个层直接电接触，由此由雷击产生的能量可以耗散到更大体积的碳纤维中。