[发明专利]一种风力机叶片雷电接闪器设计方法

权利要求书

1.一种风力机叶片雷电接闪系统设计方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

SS1. 根据所配套的目标叶片型号及结构尺寸，建立雷电接闪系统的初始模型，所述雷电接闪系统的初始模型包括金属接闪器、下引线以及金属连接件，其中，所述金属接闪器至少包括金属叶尖、金属尾缘段和若干个圆柱接闪器，并且所述金属叶尖、金属尾缘段和所述若干个圆柱接闪器构造为一整体部件，所述若干个圆柱接闪器间隔布置在所述金属尾缘段的内侧安装段上，当所述雷电接闪器系统处于安装状态时，所述金属叶尖布置在叶片的尖端，所述金属尾缘段形成为叶片叶尖部分的叶片尾缘，所述圆柱接闪器的两个端面与叶片表面平齐并处于裸露状态，所述下引线及金属连接件布置在叶片的空腔中；

SS2. 根据导电性能需求，对所述雷电接闪系统各部位的尺寸进行初步预估；

SS3. 根据步骤SS2初步预估所确定的雷电接闪系统各部位尺寸，结合所要配套的目标叶片结构参数，建立包含雷电接闪系统及叶片其它结构的完整叶片有限元结构数值模型；

SS4. 根据叶片厂商所提供的目标叶片极限载荷，对步骤SS3所建立的叶片有限元结构数值模型进行分析，计算所述雷电接闪系统各部件的强度应力分布，同时计算所述金属接闪器与叶片其它部位连接结构的强度分布，以及计算由于安装了该金属接闪器，受其影响，叶片其他部位的强度分布情况；

SS5. 据步骤SS3所建立的叶片有限元结构数值模型，计算安装了所述雷电接闪系统后，叶片的固有频率与响应振型；

SS6. 利用步骤SS3所建立的叶片有限元结构数值模型，根据叶片厂商所提供的目标叶片的疲劳载荷，计算所述金属接闪器以及接闪器与叶片其他部分相连接部位的疲劳应力情况，并与所选用的金属材料疲劳性能参数相对照，计算出接闪器以及连接部位的疲劳损伤情况，以及计算安装了接闪器后，叶片其他部位受其影响后的疲劳应力分布情况以及疲劳损伤分布情况；

SS7. 根据对极限载荷下接闪器及叶片的强度分析、包含雷电接闪系统的叶片整体的模态分析结果、疲劳载荷下接闪器及叶片的疲劳分析结果，检验安装了接闪器后，接闪器与叶片在结构强度、振动特性、疲劳特性是否满足安全设计要求，如不符合，对接闪器各部位的结构参数进行调整，重复上述工作，直至满足安全设计要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS3中，所述叶片有限元结构数值模型为三维体模型与二维壳模型相结合的有限元模型，其中叶片接闪器结构为三维体模型，叶片其它部分在与接闪器相连接的位置也采用三维体模型进行过渡，其它叶片部分为二维壳模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS4中，所述极限载荷下强度计算，包括对接闪器中金属叶尖、金属尾缘、金属柱的应力分布计算，以及叶片其它部位与接闪器连接部位处的应力分布计算，还需计算叶片本体其它部位的应力分布计算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS6中，所述疲劳载荷下疲劳强度与疲劳寿命计算，包括对接闪器中金属叶尖、金属尾缘、圆柱接闪器的疲劳应力分布计算和疲劳寿命计算，以及叶片其它部位与接闪器连接部位处的疲劳应力分布计算和疲劳寿命计算，还需计算叶片本体其它部位的疲劳应力分布计算和疲劳寿命计算。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS7中，对接闪器与叶片强度、模态、疲劳性能的评估中，接闪器强度与疲劳性能根据所选用的金属材料的强度与疲劳寿命参数进行评估确定，叶片的强度、模态、疲劳性能评估按照叶片相关的行业规范的要求进行评估。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS7中，在接闪器结构参数调整过程中，需满足接闪器尺寸参数始终满足导电性能的要求，始终符合各部件尺寸不低于步骤SS1中所给出的尺寸要求。