[发明专利]风力涡轮机叶片和风力涡轮机

说明书

本发明涉及风力涡轮机叶片和风力涡轮机。一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括具有导电的第一纤维的支撑元件及具有导电的第二纤维的纤维材料，其中该纤维材料具有自由部分和重叠部分，该重叠部分至少部分地附接并电连接到该支撑元件，其中该第二纤维的延伸方向沿该第二纤维的延伸路径改变，其中，第一角度设置在该重叠部分中的第二纤维与第一纤维之间，其中第二角度设置在该自由部分中的第二纤维与第一纤维之间，并且其中第二角度大于第一角度。支撑元件和纤维材料之间的这种重叠部分在传导电流时避免了电弧形成，并因此避免了支撑元件中的分层。因此，当雷击被风力涡轮机叶片拦截时，可避免风力涡轮机叶片的损伤。

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片和包括这样的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。

背景技术

现代风力涡轮机的转子叶片由纤维增强塑料构建。转子叶片通常包括具有圆形的前缘和尖锐的后缘的翼型。转子叶片利用其叶片根部连接到风力涡轮机的轮毂。此外，转子叶片借助于变桨轴承（pitch bearing）连接到轮毂，该变桨轴承允许转子叶片的俯仰运动。长的转子叶片经受高风力。

转子叶片可以由连接到彼此的两个半壳体制成。此外，腹板，特别是抗剪腹板（shear web），可以被布置在这两个半壳体之间，以加强转子叶片。抗剪腹板可以被布置在两个梁或翼梁帽（spar cap）之间，并且可以被连接到该梁或翼梁帽。所述抗剪腹板、梁和/或翼梁帽可以在风力涡轮机叶片的纵向方向上延伸，并且可以包含碳纤维。

相对于雷击，转子叶片是风力涡轮机的最暴露的部分。因此，可以设置防雷系统（LPS）。防雷系统可以包括电引下线（down conductor），其可以被连接到腹板并且可以沿腹板的纵向方向延伸。该引下线可以被电连接到风力涡轮机叶片的接地系统。此外，接收器可以沿叶片表面布置并且电连接到引下线。当雷击被接收器拦截时，电流借助于引下线传输到接地系统。

EP 2 930 355 A1示出了一种风力涡轮机叶片，其具有碳梁、电导体和铜网，该铜网将电导体电连接到碳梁。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的风力涡轮机叶片。

因此，一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括具有导电的第一纤维的支撑元件，以及具有导电的第二纤维的纤维材料，其中，所述纤维材料具有自由部分和重叠部分，所述重叠部分至少部分地附接并电连接到所述支撑元件，其中，所述第二纤维的延伸方向沿所述第二纤维的延伸路径改变，其中，第一角度设置在所述重叠部分中的所述第二纤维与所述第一纤维之间，其中，第二角度设置在所述自由部分中的所述第二纤维与所述第一纤维之间，并且其中，所述第二角度大于所述第一角度。

本发明人发现，当电流从一种材料传导到另一种材料时，材料转变形成临界点。这些临界点可能由于重叠部分中的材料的不同电导率或不同电导率各向异性而产生。所提出的支撑元件和纤维材料之间的重叠部分在传导例如具有86kA的电流时避免了电弧形成或火花，并且因此，避免了支撑元件中的分层。因此，当雷击被风力涡轮机叶片拦截时，可以避免风力涡轮机叶片的损伤。

优选地，重叠部分中的导电不连续性、特别是重叠部分和支撑元件之间的附接和/或接合表面减小。这意味着支撑元件和纤维材料的各向异性电导率彼此适配。因此，改善了通过附接和/或接合表面的电流传递。该效果可能是附接和/或接合表面中的电导率各向异性的减小，这是因为沿纤维的延伸方向或路径的电导率与其他方向相比要高得多。

与第二纤维的延伸方向不沿第二纤维的延伸路径改变的状态相比，这可意味着重叠部分中的电阻的减小，特别是重叠部分和支撑元件之间的附接和/或接合表面的电阻的减小。此外，这可意味着在重叠部分中，特别是在重叠部分和支撑元件之间的附接和/或接合表面中，可减少或避免电弧。