[发明专利]具有雷电梢端接收器的风轮机叶片

说明书

一种风轮机叶片，包括：主叶片部分，该主叶片部分具有根端和梢端，其中前边缘和后边缘在所述根端和所述梢端之间延伸；导电的叶片梢端模块，该叶片梢端模块抵接所述主叶片部分的梢端；其中，所述导电的叶片梢端模块包括细长主体，其限定横向于叶片的翼展方向轴线的纵向轴线，并且其中，所述导电的叶片梢端模块在沿着所述纵向轴线的方向上的长度大于所述叶片梢端接口的弦长度。

技术领域

本发明涉及结合有雷电接收器部件的风轮机叶片，该雷电接收器部件可以在制作后装配至叶片

背景技术

风轮机容易被雷击，有时雷击发生在塔架、机舱和转子轮毂上，但最常见的是发生在叶片上。雷击事件可能对涡轮机叶片造成物理损坏，并且还可能对风轮机的内部控制系统造成电气损坏。风轮机通常安置在开敞的空间中，这使得雷击很常见。因此，近年来风轮机制造商已经做出很多努力来设计风轮机，使得它们能够有效地管理雷击期间施予它们的能量，以避免损坏叶片并且避免更换叶片期间涡轮机停工的相关成本。

用于风轮机叶片的防雷电系统是已知的。在一个实施例中，导电的雷电接收器元件布置在叶片的外表面上以接收雷击。因为接收器元件是导电的，所以雷电更可能优先于叶片的相对非导电材料附着到接收器元件。接收器元件连接至缆线或“引下线”，其在叶片内部延伸至根部并且从那里经由电枢装置连接至轮毂、机舱和塔架中的电荷传递路径至地电位。因此，这种防雷电系统允许雷电从叶片被安全地引导至地电位，从而最小化损坏的风险。然而，离散的接收器元件在叶片的制作期间安置相对复杂，而且它们使叶片区域的大部分暴露于雷击的风险中。

观察雷击对涡轮机叶片的影响已经发现雷击的最高比例发生在叶片梢端。为解决此问题，WO2005/031158A2提出了一种具有实心金属梢端的涡轮机叶片。以这种方式构造叶片的梢端使得梢端对频繁的高能量雷击具有高弹性，并且意味着需要较少的检查和维修事件。然而，这种构造的一个缺点是将金属梢端尽可能无缝地整合到叶片结构的其余部分中同时确保抵抗风化稳健性的挑战。WO2015/055213A1中描述了另一实施例，其中金属叶片梢端模块借助插入构件附接至风轮机叶片，该插入构件在制造期间内置于叶片的梢端。

已证明这些梢端接收器有效地吸引雷击，从而保护叶片的易损材料免受损坏。然而，已经观察到梢端接收器和叶片之间的接头易受过度磨损，并且随着时间的推移，梢端接收器开始显示出热侵蚀。正是在这种背景下设计了本发明。

发明内容

在此背景下，本发明的实施方式提供了一种风轮机叶片，包括：主叶片部分，该主叶片部分具有根端和梢端，其中前边缘和后边缘在所述根端和所述梢端之间延伸；以及导电的叶片梢端模块，该叶片梢端模块连接至所述主叶片部分的所述梢端处的叶片梢端接口；其中，导电的所述叶片梢端模块包括细长主体，其限定横向于叶片的翼展方向轴线的纵向轴线，并且其中，导电的所述叶片梢端模块在沿着所述纵向轴线的方向上的长度大于所述叶片梢端接口的弦长度。

导电的所述叶片梢端模块用作叶片的梢端处的雷电接收器。

叶片梢端模块的长度意味着其鼻部和/或其尾部从叶片的前边缘和后边缘移位，结果是雷电不太可能附着或“跳跃”到叶片的复合结构上。因此，有利地，叶片梢端模块相比现有技术的梢端接收器更好地捕获雷击。

而且，由于叶片梢端模块的空气动力学形状(像鱼雷)，叶片梢端模块的鼻部和尾部比成形为类似于叶片梢端的梢端接收器的薄后边缘更稳健。

叶片梢端模块在弦向方向上比叶片的梢端长，使得叶片梢端模块的鼻部和尾部与叶片的在叶片梢端接口处的前边缘和后边缘分开预定距离。换句话说，叶片梢端模块的前边缘或鼻部延伸超过叶片在叶片梢端接口处的前边缘，并且另选地或另外地，叶片梢端模块的后边缘或尾部延伸超过叶片在叶片梢端接口处的后边缘。在一个实施方式中，叶片梢端模块的前边缘可以延伸超过叶片在叶片梢端接口处的前边缘至少10mm。同样地，叶片梢端模块的后边缘可以延伸超过叶片在叶片梢端接口处的后边缘至少约10mm。然而，距离可以小于10mm，例如在一些实施方式中为5mm。在一个实施例中，叶片梢端模块延伸超过前边缘和后边缘15mm。