[发明专利]包括装配有雷达吸收材料的防雷系统的风力涡轮机叶片

说明书

本发明提供具有RAM和防雷系统的风力涡轮机叶片(10)，其设置为确保防雷系统的性能和RAM的完整性。该防雷保护系统包括位于尖端区域(12)的雷电接收器(21、21’、21”)和位于风力涡轮机叶片(10)内侧的用于将雷电电流驱逐到地面的一个或两个下导体(23、23’)。RAM覆盖除了该尖端区域(12)之外的整个风力涡轮机叶片(10)，并且包括至少功能层和通过辅助电缆(29、29’)连接至一个或两个下导体(23、23’)的反射层(33)。

技术领域

将雷达吸收材料(Radar Absorbing Material，RAM)包含在风力涡轮机的复合叶片中可以减小其雷达反射率，使得它们不会干扰雷达系统，诸如已知的空中交通管制系统、气象雷达系统或航海雷达系统。

背景技术

WO2010/122350 A1描述了一种合成浸渍(prepreg)材料，其包括第一层和第二层，浸渍有基体材料(matrix material)(诸如，主要用于风力涡轮机叶片的树脂)。第一层是RAM的功能层，第二层是包括用于促进合成浸渍材料结合到凝胶层的主要(keying)媒介的主要层(keying layer)。

US 2012/0207612 A1公开了一种包括多层复合结构的风力涡轮机叶片，该多层复合结构包括第一反射层和具有多个阻性电路模拟(circuit analogue，CA)元件的第二层。CA元件被调谐，以与第一层相互作用，从而在所需频率范围上吸收电磁(electromagnetic，EM)能量。可以改变CA元件的参数，以提供频率调谐并且不管层间隔的变化，都在特定频率范围保持吸收，同时确保CA层的机械特性适合集成到涡轮机叶片中。

WO 2015/061670 A1公开了一种合适的用于风力涡轮机的复合叠层材料，用于将S波段或X波段中的电磁辐射反射衰减至高达-20dB。该复合叠层材料尤其包括具有印刷电路的一个或多个功能层，用于吸收入射到复合叠层和导电层上的电磁辐射。

以上所述专利申请都没有提及RAM和防雷之间的关系。

US 2014/0118177 A1公开了一种风力涡轮机叶片，其中RAM包括接地平面，该接地平面在具有频率为1GHz及以上的电场中比在具有频率为10Ghz及以下的电场中的导电率和/或介电常数高。该接地平面可被调谐为在雷达频率上具有高反射率，并且在雷电放电频率上性能良好。

发明内容

本发明提供具有RAM和防雷系统的风力涡轮机叶片，它们被设置为确保防雷系统的性能和RAM的完整性。该防雷保护系统包括位于尖端区域(该尖端区域位于叶片末端和长度范围在叶片长度的80-90％之间的半径R处的截面之间)的雷电接收器(lightningreceptors)和位于风力涡轮机叶片内部的用于将雷电电流驱逐到地面的一个或两个下导体截面。RAM覆盖除了该尖端区域之外的整个风力涡轮机叶片，并且包括位于风力涡轮机叶片的每个外壳的叠层中的至少功能层和反射层。该反射层通过辅助电缆连接至在半径R1、R2处的截面中的上述一个或两个下导体，该半径R1、R2的长度范围分别在所述叶片长度的0-20％和80-90％之间。

在实施例中，移除了两对辅助电缆之间的下导体的部分。

在实施例中，风力涡轮机叶片还包括由碳纤维复合材料制成的罩，不论罩位于外壳内部区域还是叶片横梁中，罩都连接至辅助电缆。如果风力涡轮机叶片包括由玻璃纤维复合材料制成的罩，则罩不连接至辅助电缆。

有利地，反射层是由以下材料中的一种制成的金属网，该材料包括：铜、黄铜、铝、钢、不锈钢。

有利地，反射层和由碳纤维复合材料制成的罩包括嵌入在风力涡轮机叶片的外壳的复合叠层中的第一端子和第二端子(诸如，金属托架)，以便将其连接至辅助电缆。

在第一实施例中，外壳的叠层的外层是功能层。

在第二实施例中，外壳的叠层包括嵌入玻璃纤维复合材料层中的至少功能层和反射层。