[发明专利]一种风力机叶片雷电接闪器设计方法

摘要

本发明公开了一种风力机叶片雷电接闪系统的设计方法，通过设计金属叶尖、金属尾缘与圆柱状接闪器一体化的叶片接闪器系统，可以实现对叶片雷击电流的有效接闪。通过所提供的设计方法，在满足对雷电有效接闪效果同时，也保证接闪系统对叶片气动、结构性能的影响在允许范围内。

主权项

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。