專利名稱：葉片尖端具有光信標(biāo)的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在其葉片尖端具有光信標(biāo)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力產(chǎn)業(yè)中，需要風(fēng)力渦輪機(jī)具有光信標(biāo)以向空中交通警告它 們的存在是公知的。事實(shí)上，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片所達(dá)到的最大高度超 過一定的預(yù)定限度時(shí)，行政規(guī)章也是這樣要求的。
在高達(dá)2—3MW、轉(zhuǎn)子直徑為80 — 100米并且總高度低于150米的 風(fēng)力渦輪機(jī)中，通常使用的信標(biāo)系統(tǒng)是在風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙上放置光 源。
然而，在更高功率的風(fēng)力渦輪機(jī)中，如4一5MW的新風(fēng)力渦輪機(jī)， 轉(zhuǎn)子具有大于100米的直徑，并且風(fēng)力渦輪機(jī)的總高度超過150米，這 意味著信標(biāo)系統(tǒng)不僅應(yīng)該在發(fā)電機(jī)的機(jī)艙上包括光源，而且還應(yīng)該在 葉片的尖端處包括光源。
一個(gè)已知的信標(biāo)系統(tǒng)是將具有燈或LED的模塊放置在葉片尖端 區(qū)域中，并由葉片內(nèi)部從轉(zhuǎn)子的輪轂延伸到尖端的傳統(tǒng)銅線纜供電。 在WO 2006/028481中描述了這種信標(biāo)系統(tǒng)的例子。
這種系統(tǒng)的一個(gè)問題是它不能確保燈或LED的電源線纜不受雷 擊影響，盡管具有用于此目的的保護(hù)系統(tǒng)。另外，還具有電源線纜充 當(dāng)雷電進(jìn)入轉(zhuǎn)子輪轂和風(fēng)力渦輪機(jī)的其它區(qū)域的進(jìn)入點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。
為了避免雷擊造成的損害，在總的風(fēng)力渦輪機(jī)上以及具體的葉片 上安裝有雷電保護(hù)系統(tǒng)。通常由合成材料制成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片成為 最可能的直接雷擊點(diǎn)。因此，多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在尖端上和葉片的 其它區(qū)域中安裝有雷電接受器，該雷電接受器連接到在從葉片的尖端 到根部的整個(gè)長度上延伸的雷電傳導(dǎo)線纜。在雷電擊中葉片的情況 下，在傳導(dǎo)線纜周圍區(qū)域中感生的電磁場危及葉片中的任何附加傳導(dǎo)元件。雷電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定葉片中的任何傳導(dǎo)元件必須電連接到葉片的 主雷電保護(hù)系統(tǒng)。然而，該連接必須小心進(jìn)行以避免導(dǎo)電元件的損壞。 在附加傳導(dǎo)元件局限于小的且清晰界定的空間的情況下，該保護(hù)系統(tǒng) 可以是將這些元件包括在法拉第罩中并通過屬于主雷電傳導(dǎo)線纜的 保護(hù)裝置連接它們。然而，如果該附加傳導(dǎo)元件是長的并且平行于主 接地導(dǎo)體，則它們的保護(hù)系統(tǒng)會(huì)更復(fù)雜并且它的功效不被保證。在具 有平行于主雷電傳導(dǎo)線纜延伸的線纜的情況下，沒有系統(tǒng)能夠保證以 100%的效力保護(hù)該線纜不受雷電的影響。
另一已知信標(biāo)系統(tǒng)是將光源防置在轉(zhuǎn)子的輪轂上并使用光纖或 其它傳輸裝置將光弓I向葉片尖端。
文獻(xiàn)WO 03/050412和WO 2007/06825 l描述了這種系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它們在葉片中不包括傳導(dǎo)元件因此不受雷電 的影響，但是它們具有低光傳輸效率的缺點(diǎn)。當(dāng)使用光纖作為傳輸裝 置時(shí)，在將光耦合到光纖時(shí)可以實(shí)現(xiàn)的最佳效率非常低(不高于IO %)并且所得到的系統(tǒng)能量效率低并且成本高。另外，利用當(dāng)前的光 纖技術(shù)以及對于為了照亮葉片尖端而必須使用的波長( 620nm)， 在長于50米的葉片中導(dǎo)致的功率損失是非常高的。 本發(fā)明致力于解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對雷擊具有高安全水平的、在葉片 尖端上具有光信標(biāo)的長葉片風(fēng)力渦輪機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有高能量效率的、在葉片尖端 上具有光信標(biāo)的長葉片風(fēng)力渦輪機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在葉片尖端上具有容易維修的 光信標(biāo)的長葉片風(fēng)力渦輪機(jī)。
本發(fā)明的這些和其它目的導(dǎo)致一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包 括由連接到輪轂的一個(gè)或多個(gè)葉片制成的轉(zhuǎn)子，其中至少一個(gè)葉片在 其尖端上包括發(fā)光模塊，由不受電磁場影響的電源系統(tǒng)對發(fā)光模塊供
4電。發(fā)光模塊包括位于輪轂中或葉片根部區(qū)域(靠近輪轂的葉片區(qū)域) 中的光發(fā)射器、直接連接到該發(fā)光模塊的光電能量轉(zhuǎn)換器以及在從光 發(fā)射器到轉(zhuǎn)換器的葉片長度上延伸的不傳導(dǎo)電能的光能導(dǎo)體。
電源裝置基于以不受雷電影響的光能的形式從轉(zhuǎn)子輪轂(或葉片 根部)到葉片尖端的能量傳輸，因此不使用沿著葉片長度的電纜。對 于它的部件，構(gòu)造為葉片尖端信標(biāo)模塊的發(fā)光模塊和能量轉(zhuǎn)換器組件 裝配有將易被雷電損壞的元件罩住的雷電保護(hù)系統(tǒng)。這是以必要時(shí)可 以更換它的方式進(jìn)行，從而便于葉片修理。
在優(yōu)選實(shí)施例中，光發(fā)射器是激光器及光能導(dǎo)體是光纖。這實(shí)現(xiàn) 了非常有效的信標(biāo)裝置，因?yàn)榧す馄髟谂c光纖耦合時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率，光 纖除了是不受電磁場影響的導(dǎo)體以外，還是非常有效的光能傳輸裝置 并且便于穿過葉片布線。
從以下關(guān)于附圖的描述可以得出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的具有光信標(biāo)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的指導(dǎo)思想是使用不受雷電破壞影響的、沿著葉片傳送能 量的系統(tǒng)。尖端上的發(fā)光模塊的電源系統(tǒng)采用從轉(zhuǎn)子輪轂向葉片尖端 傳送光能的光纖，以將光能供應(yīng)給能夠產(chǎn)生足夠電功率的光伏電池， 從而將電功率供應(yīng)給以所需波長和方向發(fā)射光的發(fā)光模塊(在上述現(xiàn) 有技術(shù)方案中，由光纖傳送的光能被直接用于照亮葉片尖端)。
圖l示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、連接到轉(zhuǎn)子輪轂13的、具 有光信標(biāo)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片ll。
在葉片11的尖端區(qū)域中具有發(fā)光模塊21，發(fā)光模塊21包括一組發(fā) 光二極管(LED)，該組LED以不同的方向和大約620nm的適當(dāng)波長發(fā) 射光線。發(fā)光模塊不是本發(fā)明的特定對象，因此該模塊包括滿足風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片尖端上的光信標(biāo)要求的任何發(fā)光模塊。發(fā)光模塊21的電源系統(tǒng)包括位于輪轂13中或者葉片11的根部中 的光發(fā)射器23、光導(dǎo)體25和連接到發(fā)光模塊21的光電能量轉(zhuǎn)換器27。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射器23是激光發(fā)射器，導(dǎo)體25 是光纖，轉(zhuǎn)換器27是光伏電池。
優(yōu)選地，激光功率在4至40W之間以在尖端給出1至10W之間的功 率，并且其波長在750 — 950nm的范圍內(nèi)。激光波長的選擇獨(dú)立于照 亮葉片所要求的波長并且其選擇符合電源系統(tǒng)的效率標(biāo)準(zhǔn)?？傂实?型為25%。
對于它的部件，穿過葉片的內(nèi)部布線的光纖優(yōu)選是通常在電信中 使用的類型的62.5)im或10(Vm芯直徑的多模光纖。在優(yōu)選實(shí)施例中， 光纖線纜穿過附著到葉片板上的小通道或管道布線，其方式為使得在 需要修理或更換時(shí)，去除光纖線纜和穿過管道鋪設(shè)新線纜很簡單。
光纖線纜可以由通過中間連接器29連接的多個(gè)部分形成以便于 組裝和修理。如果葉片ll是分段葉片，則該特征特別意義，因?yàn)槠渌?類型的信標(biāo)不允許中間連接器。
發(fā)光模塊21和轉(zhuǎn)換器27組件必須具有其自己的、連接到葉片的標(biāo) 準(zhǔn)雷電傳導(dǎo)系統(tǒng)的雷電保護(hù)系統(tǒng)，如法拉第罩。
優(yōu)選地，發(fā)光模塊21和轉(zhuǎn)換器27被構(gòu)造成以必要時(shí)可以更換的方 式安裝的單一組件，從而便于修理葉片。
相對于使用作為電流導(dǎo)體的線纜的己知方案，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn) 是不使用作為電導(dǎo)體的電源線纜，因此減小了由葉片上的雷擊影響導(dǎo) 致的失效風(fēng)險(xiǎn)。
相對于使用光纖的已知方案，除了其它優(yōu)點(diǎn)以外，本發(fā)明還呈現(xiàn) 以下優(yōu)點(diǎn)-
一實(shí)現(xiàn)了高能量效率的光傳輸，因?yàn)樗梢允褂眉す馄髯鳛楣饩?焦的光源，使得當(dāng)將激光耦合到光纖時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率，并且在光纖中750 —950nm波長的光功率損失低于已知技術(shù)方案中使用的大約620nm波 長的光功率損失。
一可以使用與電信中使用的光纖類似的標(biāo)準(zhǔn)多模光纖，因?yàn)楣獠恢苯觽魉偷饺~片尖端而是傳送到光電能量轉(zhuǎn)換器。
_可以沿著葉片的長度包括多個(gè)連接器以便于組裝和修理。 盡管己經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例完整描述了本發(fā)明，但是不應(yīng)該將這些
認(rèn)為是限制性的，在所附權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)可以引入修改。
權(quán)利要求
1.包括由連接到輪轂(13)的一個(gè)或多個(gè)葉片制成的轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中至少一個(gè)葉片(11)包括在所述葉片(11)的尖端上的發(fā)光模塊(21)，其特征在于所述發(fā)光模塊(21)由包括位于輪轂(13)或葉片根部區(qū)域(11)中的光發(fā)射器(23)、直接連接到所述發(fā)光模塊(21)的光電能量轉(zhuǎn)換器(27)、和不傳導(dǎo)電能且從所述光發(fā)射器(23)延伸到所述轉(zhuǎn)換器(27)的光能導(dǎo)體(25)的裝置供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于還包括所述 發(fā)光模塊(21)和轉(zhuǎn)換器(27)組件的、連接到所述葉片(11)的一 般雷電保護(hù)裝置的專用雷電保護(hù)裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述光發(fā)射 器(23)是波長在750—950nm范圍內(nèi)的光發(fā)射激光器，所述導(dǎo)體(25) 是多模光纖線纜，并且所述轉(zhuǎn)換器(27)是光伏電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述光纖線 纜位于所述葉片(11)內(nèi)部并附著于所述葉片(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述光纖線 纜分成由連接器(29)連接的多個(gè)部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述葉片(ll) 是分成多個(gè)部分的葉片及所述光纖線纜至少在所述葉片(11)的多個(gè) 部分的連接區(qū)域中包括連接器(29)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述發(fā)光模 塊(21)和所述轉(zhuǎn)換器(27)構(gòu)造成在失效情況下可以更換的單一組 件。
全文摘要
本發(fā)明公開了在其葉片(11)尖端上具有閃光信標(biāo)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中該信標(biāo)包括在葉片(11)的尖端區(qū)域中的發(fā)光模塊(21)，發(fā)光模塊(21)由包括位于輪轂(13)中或葉片(11)的根部區(qū)域中的光發(fā)射器(23)、直接連接到發(fā)光模塊(21)的光電能量轉(zhuǎn)換器(27)和從光發(fā)射器(23)到轉(zhuǎn)換器(27)的不傳導(dǎo)電能的光導(dǎo)體(25)的裝置供電。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101514676SQ200910006260
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者曼努埃爾·洛佩斯阿莫賽恩斯, 楊·阿羅塞納德拉魯阿, 米格爾安赫爾·埃羅伊瓦涅斯, 魯文·羅德里格斯索拉 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司