一种风电叶片雷电防护系统

技术领域

本申请涉及风电叶片制造领域，具体而言，涉及一种风电叶片雷电防护系统。

背景技术

现有技术中，风电叶片的主梁通常采用碳纤维材质，该材质导电性能较差，受到雷电的袭击后不能瞬间将雷电流传导到大地，会对叶片结构造成严重的损坏，从而带来巨大的维修成本。

基于此，技术人员在风电叶片中增设雷电防护系统，以便将风电叶片上的雷电流及时传导至地面，以实现保护风电叶片的目的。

但是，现有的雷电防护系统存在自身结构容易受损的问题，进而导致风电叶片还是容易被雷电破坏。

发明内容

本申请的目的在于提供一种风电叶片雷电防护系统，能够在一定程度上解决雷电防护系统自身结构容易受损的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种风电叶片雷电防护系统，包括金属接闪系统单元、传导网单元以及主梁传导单元。金属接闪系统单元包括金属引下线组件、叶身侧防雷组件、叶尖侧防雷组件以及叶片外接闪组件，金属引下线组件分别与叶身侧防雷组件、叶尖侧防雷组件以及叶片外接闪组件电连接；传导网单元与叶尖侧防雷组件以及叶身侧防雷组件均电连接，传导网单元与位于叶片根部的金属引下线组件电连接；主梁传导单元与叶身侧防雷组件以及传导网单元均电连接，主梁传导单元与位于叶片根部的金属引下线组件电连接。

上述技术方案中，风电叶片雷电防护系统同时含有金属接闪系统单元、传导网单元以及主梁传导单元三条雷电流传递通路，其中，叶尖处，金属接闪系统单元与传导网单元二者共存，能够对叶尖处受到的雷电流进行分流并传递，当传导网单元上的雷电流传递至叶身侧时，金属接闪系统单元、传导网单元以及主梁传导单元三者共存，能够对雷电流进一步分流并传递，通过三条通路的共同作用，能够及时将风电叶片受到的雷电流传递至叶片根部，从而有效避免叶片被雷电破坏；并且，相较于常规的雷电防护系统(通常只有金属接闪系统单元一条雷电流通路)，本申请实施例提供的雷电防护系统由于存在三条并联的通路，能够将雷电流及时分流，从而有效避免雷电防护系统本身由于受到较强的电流而受到损坏，同时，还能提高雷电流的传递效率。

在一些可选的实施方案中，金属引下线组件包括从叶片尖部延伸至叶片根部且与叶片根部电连接的主导线，叶片外接闪组件包括叶尖接闪器和叶身外第一接闪器，叶尖接闪器与主导线电连接，叶尖侧防雷组件包括尖部侧接收器底座，尖部侧接收器底座与主导线电连接，传导网单元包括第一导流元件和第一网元件，传导网单元与叶尖侧防雷组件对应的区域内，在叶片的厚度方向上，叶身外第一接闪器、第一网元件、第一导流元件以及尖部侧接收器底座依次层叠设置且相互之间电连接。

上述技术方案中，在传导网单元与叶尖防雷组件对应的区域内，叶身外第一接闪器、第一网元件、第一导流元件以及尖部侧接收器底座依次层叠设置且相互之间电连接能够实现传导网单元与叶尖防雷组件的电连接，以此对经过叶尖处的雷电流进行及时分流。

在一些可选的实施方案中，在叶片的厚度方向上，尖部侧接收器底座用于靠近第一导流元件的一侧开设有第一限位槽，第一导流元件与第一限位槽卡接配合。

上述技术方案中，尖部侧接收器底座和第一导流元件通过卡接的形式进行电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，卡接配合的形式还方便对二者进行拆装，以便其中一者出现故障或破损时对其进行更换。

在一些可选的实施方案中，叶片外接闪组件还包括叶身外第二接闪器，传导网单元还包括第一紧固元件、第二网元件以及第二导流元件，在叶片的厚度方向上，第一紧固元件与尖部侧接收器底座电连接，且第一紧固元件依次贯穿叶身外第二接闪器、第二网元件以及第二导流元件。上述技术方案中，传导网单元与叶尖防雷组件对应的区域内，传导网单元还增设有第二条电流通路(即第一紧固元件与尖部侧接收器底座的电连接实现的传导网单元的电流通路)，相较于传导网单元在该处仅设置一条通路(即第一网元件与尖部侧接收器底座的电连接实现的传导网单元的电流通路)，能够进一步将雷电流进行分流，以使每条通路中的雷电流强度进一步降低，从而能够更好的保护雷电防护系统在此处的对应结构单元，同时，还能进一步提高雷电流的传递效率。

在一些可选的实施方案中，第一紧固元件为螺栓，叶身外第二接闪器、第二网元件、第二导流元件以及尖部侧接收器底座均开设有与螺栓对应的通孔。

上述技术方案中，采用螺栓与通孔配合的形式，将传导网单元中的多个功能元件与尖部侧接收器底座实现电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，该连接形式也便于对此处的众多功能元件进行拆装。

在一些可选的实施方案中，在叶片的长度方向上，叶身侧防雷组件间隔设置有多个。

上述技术方案中，沿叶片的长度方向设置多个叶身侧防雷组件，是由于叶身侧对应的面积较大，相较于仅设置一个叶身侧防雷组件，能够将叶身侧不同区域受到雷击后产生的雷电流及时地传递到叶片根部，从而更好的保护风电叶片。

在一些可选的实施方案中，金属引下线组件还包括支导线，支导线与主导线连接，每个叶身侧防雷组件中，叶身侧防雷组件包括与支导线电连接的叶身侧接收器底座，传导网单元还包括第三导流元件、第三网元件以及第四导流元件，传导网单元与叶身侧防雷组件对应的区域内，在叶片的厚度方向上，叶身外第一接闪器、第一网元件、第四导流元件、第三网元件、第三导流元件以及叶身侧接收器底座依次层叠设置且相互之间电连接，且第三网元件与主梁传导单元电连接。

上述技术方案中，上述设置形式能够使得风电叶片雷电防护系统在叶身侧防雷组件对应的区域内存在双层三联式的电连接方式(即同时存在三条电流通路)，其中，包括第三导流元件与叶身侧接收器底座的电连接实现的金属接闪系统单元的电流通路、第三网元件与主梁传导单元的电连接实现的主梁传导单元的电流通路以及第一网元件与叶身外第一接闪器的电连接实现的传导网单元的电流通路。

在一些可选的实施方案中，在叶片的厚度方向上，叶身侧接收器底座用于靠近第三导流元件的一侧开设有第二限位槽，第三导流元件与第二限位槽卡接配合。

上述技术方案中，叶身侧接收器底座和第三导流元件通过卡接的形式进行电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，卡接配合的形式还方便对二者进行拆装，以便其中一者出现故障或破损时对其进行更换。

在一些可选的实施方案中，传导网单元还包括第二紧固元件，在叶片的厚度方向上，第二紧固元件与叶身侧接收器底座电连接，且第二紧固元件依次贯穿叶身外第二接闪器、第二网元件以及第二导流元件。

上述技术方案中，由于传导网单元是从叶尖一直延伸至叶片根处且与叶片根部电连接，在传导网单元与叶身侧防雷组件对应的区域内，通过增设第二紧固元件实现传导网单元中的部分功能单元与叶身侧接收器底座的电连接，能够在此处的传导网单元中增加一条电流通路(即第二紧固元件与叶身侧接收器底座的电连接实现的传导网单元的电流通路)，相较于传导网单元在该处仅设置一条通路(即第一网元件与叶身外第一接闪器的电连接实现的传导网单元的电流通路)，能够进一步将雷电流进行分流，以使每条通路中的雷电流强度进一步降低，从而能够更好的保护雷电防护系统在此处的对应结构单元，同时，还能进一步提高雷电流的传递效率。

在一些可选的实施方案中，第二紧固元件为螺栓，叶身外第二接闪器、第二网元件、第二导流元件以及尖部侧接收器底座均开设有与螺栓对应的通孔。

上述技术方案中，采用螺栓与通孔配合的形式，将传导网单元中的多个功能元件与尖部侧接收器底座实现电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，该连接形式也便于对此处的众多功能元件进行拆装。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种风电叶片雷电防护系统的结构示意图；

图2为图1中的A处的一种电路连接示意图；

图3为图1中的A处的另一种电路连接示意图；

图4为图1中的B处的一种电路连接示意图；

图5为图1中的B处的另一种电路连接示意图。

图标：10-风电叶片雷电防护系统；100-金属接闪系统单元；110-金属引下线组件；111-主导线；112-支导线；120-叶身侧防雷组件；121-叶身侧接收器底座；1211-第二限位槽；130-叶尖侧防雷组件；131-尖部侧接收器底座；1311-第一限位槽；140-叶片外接闪组件；141-叶尖接闪器；142-叶身外第一接闪器；143-叶身外第二接闪器；200-传导网单元；211-第一导流元件；212-第二导流元件；213-第三导流元件；214-第四导流元件；221-第一网元件；222-第二网元件；223-第三网元件；231-第一紧固元件；232-第二紧固元件；300-主梁传导单元；310-主梁。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参阅图1，本申请实施例提供一种风电叶片雷电防护系统10，包括金属接闪系统单元100、传导网单元200以及主梁传导单元300。金属接闪系统单元100包括金属引下线组件110、叶身侧防雷组件120、叶尖侧防雷组件130以及叶片外接闪组件140，金属引下线组件110分别与叶身侧防雷组件120、叶尖侧防雷组件130以及叶片外接闪组件140电连接；传导网单元200与叶尖侧防雷组件130以及叶身侧防雷组件120均电连接，传导网单元200与位于叶片根部的金属引下线组件110电连接；主梁传导单元300与叶身侧防雷组件120以及传导网单元200均电连接，主梁传导单元300与位于叶片根部的金属引下线组件110电连接。

需要说明的是，图1中带有方向的箭头指向为：叶片尖部指向叶片根部的方向。

需要说明的是，风电叶片的基本结构可以按照本领域常规选择进行设置，其内部结构件主要包括主梁310结构、腹板结构、叶根结构以及壳体组成的三明治结构。

需要注意的是，叶尖侧防雷组件130和叶身侧防雷组件120的具体设置位置不做限定，可以根据实际需要进行调整。

作为一种示例，叶尖侧防雷组件130位于距离叶片尖部的0.8～1.2m。

本申请中，风电叶片雷电防护系统10同时含有金属接闪系统单元100、传导网单元200以及主梁传导单元300三条雷电流传递通路，其中，叶尖处，金属接闪系统单元100与传导网单元200二者共存，能够对叶尖处受到的雷电流进行分流并传递，当传导网单元200上的雷电流传递至叶身侧时，金属接闪系统单元100、传导网单元200以及主梁传导单元300三者共存，能够对雷电流进一步分流并传递，通过三条通路的共同作用，能够及时将风电叶片受到的雷电流传递至叶片根部，从而有效避免叶片被雷电破坏；并且，相较于常规的雷电防护系统(通常只有金属接闪系统单元100一条雷电流通路)，本申请实施例提供的雷电防护系统由于存在三条并联的通路，能够将雷电流及时分流，从而有效避免雷电防护系统本身由于受到较强的电流而受到损坏，同时，还能提高雷电流的传递效率。需要注意的是，传导网单元200与叶尖侧防雷组件130对应的区域内，二者实现电连接的具体形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

参阅图2，作为一种示例，金属引下线组件110包括从叶片尖部延伸至叶片根部且与叶片根部电连接的主导线111，叶片外接闪组件140包括叶尖接闪器141和叶身外第一接闪器142，叶尖接闪器141与主导线111电连接，叶尖侧防雷组件130包括尖部侧接收器底座131，尖部侧接收器底座131与主导线111电连接，传导网单元200包括第一导流元件211和第一网元件221，传导网单元200与叶尖侧防雷组件130对应的区域内，在叶片的厚度方向上，叶身外第一接闪器142、第一网元件221、第一导流元件211以及尖部侧接收器底座131依次层叠设置且相互之间电连接。

该实施方式中，在传导网单元200与叶尖防雷组件对应的区域内，叶身外第一接闪器142、第一网元件221、第一导流元件211以及尖部侧接收器底座131依次层叠设置且相互之间电连接能够实现传导网单元200与叶尖防雷组件的电连接，以此对经过叶尖处的雷电流进行及时分流。

需要注意的是，由于风电叶片存在多个面且面积较大，叶尖接闪器141的数量以及安装位置均不做具体限定，可以根据实际需要进行调整。

需要说明的是，叶尖侧防雷组件130以及与其对应的传导网单元200中的各个功能元件的具体设置形式以及相互之间的连接形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，主导线111与尖部侧接收器底座131可以通过挤压或锻压一体制备成型，也可以通过螺纹连接。

作为一种示例，在叶片的长度方向上，第一网元件221的长度≥450mm。

作为一种示例，在叶片的厚度方向上，第一导流元件211凸出风电叶片的表面。

作为一种示例，叶尖接闪器141的材质为铝镁合金、不锈钢或其他耐盐雾等级高的金属材质。

作为一种示例，第一网元件221的材质为铜网。

作为一种示例，叶身外第一接闪器142的材质为不锈钢。

需要注意的是，尖部侧接收器底座131与第一导流元件211的连接方式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，在叶片的厚度方向上，尖部侧接收器底座131用于靠近第一导流元件211的一侧开设有第一限位槽1311，第一导流元件211与第一限位槽1311卡接配合。

该实施方式中，尖部侧接收器底座131和第一导流元件211通过卡接的形式进行电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，卡接配合的形式还方便对二者进行拆装，以便其中一者出现故障或破损时对其进行更换。

可以理解的是，雷电流的通路越多，雷电流的分流效果以及传输效果会更好，考虑到传导网单元200的分流效果与电流传输效率，可以对传导网单元200在该处的结构进行调整。

参阅图3，作为一种示例，叶片外接闪组件140还包括叶身外第二接闪器143，传导网单元200还包括第一紧固元件231、第二网元件222以及第二导流元件212，在叶片的厚度方向上，第一紧固元件231与尖部侧接收器底座131电连接，且第一紧固元件231依次贯穿叶身外第二接闪器143、第二网元件222以及第二导流元件212。该实施方式中，传导网单元200与叶尖防雷组件对应的区域内，传导网单元200还增设有第二条电流通路(即第一紧固元件231与尖部侧接收器底座131的电连接实现的传导网单元200的电流通路)，相较于传导网单元200在该处仅设置一条通路(即第一网元件221与尖部侧接收器底座131的电连接实现的传导网单元200的电流通路)，能够进一步将雷电流进行分流，以使每条通路中的雷电流强度进一步降低，从而能够更好的保护雷电防护系统在此处的对应结构单元，同时，还能进一步提高雷电流的传递效率。

需要说明的是，叶尖防雷组件以及与其对应的传导网单元200中增设的各个功能元件的具体设置形式以及相互之间的连接形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，在叶片的厚度方向上，第二导流元件212凸出风电叶片的表面。

作为一种示例，第二网元件222的材质为铜网。

作为一种示例，叶身外第二接闪器143的材质为不锈钢。

需要注意的是，第一紧固元件231的具体形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，第一紧固元件231为螺栓，叶身外第二接闪器143、第二网元件222、第二导流元件212以及尖部侧接收器底座131均开设有与螺栓对应的通孔。

该实施方式中，采用螺栓与通孔配合的形式，将传导网单元200中的多个功能元件与尖部侧接收器底座131实现电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，该连接形式也便于对此处的众多功能元件进行拆装。

可以理解的是，风电叶片的叶身侧对应的区域面积较大，相应的，雷电可能击中的区域也不确定，为了能够更好的保护叶片，可以对叶身侧防雷组件120的数量进行调整。

作为一种示例，在叶片的长度方向上，叶身侧防雷组件120间隔设置有多个。

该实施方式中，沿叶片的长度方向设置多个叶身侧防雷组件120，是由于叶身侧对应的面积较大，相较于仅设置一个叶身侧防雷组件120，能够将叶身侧不同区域受到雷击后产生的雷电流及时地传递到叶片根部，从而更好的保护风电叶片。

需要说明的是，任意两个相邻的叶身侧防雷组件120之间的间距不做具体限定，可以根据实际需要进行调整。

作为一种示例，在叶片的长度方向上，任意两个叶身侧防雷组件120之间的间距尺寸为3～8m。

需要注意的是，风电叶片雷电防护系统10与叶身侧防雷组件120对应的区域内，各个导流单元实现电连接的具体形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

参阅图4，作为一种示例，金属引下线组件110还包括支导线112，支导线112与主导线111连接，每个叶身侧防雷组件120中，叶身侧防雷组件120包括与支导线112电连接的叶身侧接收器底座121，传导网单元200还包括第三导流元件213、第三网元件223以及第四导流元件214，传导网单元200与叶身侧防雷组件120对应的区域内，在叶片的厚度方向上，叶身外第一接闪器142、第一网元件221、第四导流元件214、第三网元件223、第三导流元件213以及叶身侧接收器底座121依次层叠设置且相互之间电连接，且第三网元件223与主梁传导单元300电连接。

该实施方式中，上述设置形式能够使得风电叶片雷电防护系统10在叶身侧防雷组件120对应的区域内存在双层三联式的电连接方式(即同时存在三条电流通路)，其中，包括第三导流元件213与叶身侧接收器底座121的电连接实现的金属接闪系统单元100的电流通路、第三网元件223与主梁传导单元300的电连接实现的主梁传导单元300的电流通路以及第一网元件221与叶身外第一接闪器142的电连接实现的传导网单元200的电流通路。

需要注意的是，支导线112与叶身侧接收器底座121的连接方式不做限定，可以按照本领域常规操作进行设置。

作为一种示例，支导线112与叶身侧接收器底座121可以通过挤压或锻压一体制备成型，也可以通过螺纹连接。

需要说明的是，叶身侧防雷组件120以及与其对应的传导网单元200中的各个功能元件的具体设置形式以及相互之间的连接形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，在叶片的厚度方向上，第三导流元件213凸出风电叶片的表面。

需要注意的是，叶身侧接收器底座121与第三导流元件213的连接方式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，在叶片的厚度方向上，叶身侧接收器底座121用于靠近第三导流元件213的一侧开设有第二限位槽1211，第三导流元件213与第二限位槽1211卡接配合。

该实施方式中，叶身侧接收器底座121和第三导流元件213通过卡接的形式进行电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，卡接配合的形式还方便对二者进行拆装，以便其中一者出现故障或破损时对其进行更换。

可以理解的是，雷电流的通路越多，雷电流的分流效果以及传输效果会更好，考虑到传导网单元200的分流效果与电流传输效率，可以对传导网单元200在该处的结构进行调整。

参阅图5，作为一种示例，传导网单元200还包括第二紧固元件232，在叶片的厚度方向上，第二紧固元件232与叶身侧接收器底座121电连接，且第二紧固元件232依次贯穿叶身外第二接闪器143、第二网元件222以及第二导流元件212。

该实施方式中，由于传导网单元200是从叶尖一直延伸至叶片根处且与叶片根部电连接，在传导网单元200与叶身侧防雷组件120对应的区域内，通过增设第二紧固元件232实现传导网单元200中的部分功能单元与叶身侧接收器底座121的电连接，能够在此处的传导网单元200中增加一条电流通路(即第二紧固元件232与叶身侧接收器底座121的电连接实现的传导网单元200的电流通路)，相较于传导网单元200在该处仅设置一条通路(即第一网元件221与叶身外第一接闪器142的电连接实现的传导网单元200的电流通路)，能够进一步将雷电流进行分流，以使每条通路中的雷电流强度进一步降低，从而能够更好的保护雷电防护系统在此处的对应结构单元，同时，还能进一步提高雷电流的传递效率。

需要注意的是，第二紧固元件232的具体形式不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，第二紧固元件232为螺栓，叶身外第二接闪器143、第二网元件222、第二导流元件212以及尖部侧接收器底座131均开设有与螺栓对应的通孔。

该实施方式中，采用螺栓与通孔配合的形式，将传导网单元200中的多个功能元件与尖部侧接收器底座131实现电连接，具有连接稳定以使得电流传输较为稳定的优势，同时，该连接形式也便于对此处的众多功能元件进行拆装。

需要注意的是，对于风电叶片雷电防护系统10中未做特别说明的功能单元或结构均可按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，金属接闪系统单元100还包括叶根接地组件，用于将雷电流导向地面。

作为一种示例，风电叶片雷电防护系统10中，对于需要做绝缘处理的部位，还增设有绝缘元件。

需要注意的是，风电叶片雷电防护系统10中的各个电流通路安装顺序不做具体限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

作为一种示例，在风电叶片雷电防护系统10的安装过程中，可以按照先安装传导网单元200，再安装主梁传导单元300，最后再安装金属接闪系统单元100的顺序进行。

在其他可能的实施方式中，也可以根据安装的实际需要对三个电流通路的安装顺序进行适应性调整。

需要说明的是，在进行每个电流通路的安装过程中，具体的安装方法(比如各个结构的具体材质、安装位置以及与相邻结构的连接关系等)也不做限定，可以按照本领域常规选择进行设置。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。