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CN110230570B - 风机叶片上布局导流条的方法 - Google Patents

风机叶片上布局导流条的方法 Download PDF

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CN110230570B CN201811128648.1A CN201811128648A CN110230570B CN 110230570 B CN110230570 B CN 110230570B CN 201811128648 A CN201811128648 A CN 201811128648A CN 110230570 B CN110230570 B CN 110230570B
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Abstract

本公开提供的风机叶片上布局导流条的方法，能够解决现有的凭经验布局导流条导致的防护效果不确定的问题。具体技术方案为：根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的导流条的总长度；根据接闪器位置以及叶片宽度确定导流条在叶片上的安装起点和延伸位置；根据叶片壳体的参数确定导流条在叶片的宽度方向上的位置；根据安装区域、导流条的总长度、安装起点和延伸位置、以及导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在叶片上布局导流条。

Description

风机叶片上布局导流条的方法
技术领域
本公开涉及防雷技术，尤其涉及一种风机叶片上布局导流条的方法。
背景技术
风能是一种可再生资源，目前世界各国越来越重视风能的开发和利用。近几年随着技术的发展，风电机组的高度越来越高，机组遭受雷击的概率也越来越大。在整个风电机组中，风机叶片位置最高，因此遭受雷击的概率最大，并且风机叶片由复合材料制备而成，导电性能非常差，如果遭受雷击，便会产生非常严重的破坏；遭受雷击后，叶片维修耗时长、成本高，因此最好能采取有效的防护措施，避免叶片遭受雷击后发生严重迫害。
在风机叶片表面安装雷电导流条，能大大增加接闪器的防护范围，从而提高叶片的防雷性能。目前越来越多的叶片已经安装了雷电导流条，并且取得了良好的防护效果。导流条一般为长条状装置，其雷电防护效果与在叶片表面的布局方式密切相关。一般情况下，导流条从接闪器向外延伸，延伸的长度、数量、导流条之间的间距等，都会影响最终的防护效果，因此如何确定上述参数并合理布置导流条，是叶片雷电防护设计的关键步骤。目前对于导流条在叶片表面布置，还没有成熟的设计方法，通常是通过经验进行布局，防护效果值得商榷。
发明内容
本公开实施例提供一种风机叶片上布局导流条的方法，能够解决现有的凭经验布局导流条导致的防护效果不确定的问题。所述技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种风机叶片上布局导流条的方法，该方法包括：
根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；
根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的所述导流条的总长度；
根据接闪器位置以及叶片宽度确定所述导流条在所述叶片上的安装起点和延伸位置；
根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置；
根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在所述叶片上布局所述导流条。
可选的，所述根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置在所述叶片上布局所述导流条，包括：
根据所述布局方案进行仿真和/或试验并根据反馈的结果优化调整所述布局方案；
根据优化调整后的布局方案在所述叶片上布局所述导流条。
可选的，所述预设规则包括：叶尖x米范围以内、后缘、以及叶片背风面，x不小于2；
相应的，所述根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域，包括：
确定所述叶片的背风面且在叶尖x米范围之内靠近后缘的区域为所述导流条的安装区域。
可选的，所述历史数据为所述叶片之前遭受雷击的位置分布数据；
相应的，所述根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域，包括：
确定所述叶片遭受雷击的位置所形成的区域为所述导流条的安装区域。
可选的，根据叶片长度以及风机安装区域的雷电环境补偿因子计算需要的导流条的总长度，包括：
将所述叶片长度以及风机安装区域的雷电环境补偿因子带入以下的公式一计算确定所述导流条的总长度：
所述公式一为：
Figure BDA0001813086260000031
其中，L表示所述导流条的总长度，a表示所述叶片长度，单位均为米；b表示所述风机安装区域的雷电环境补偿因子， b≥1。
可选的，根据接闪器以及叶片的参数确认导流条起点和延伸位置，包括：
将所述接闪器的位置确定为所述导流条的起点；
将所述叶片的宽度带入以下的公式二计算确定所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离；
所述公式二为：Y＝20+0.1c；其中，Y表示所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离，c表示所述叶片的宽度，单位均为毫米。
可选的，所述根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置，包括：
确定所述导流条在所述叶片的宽度方向上设置n条，n不小于2；
将所述叶片壳体的厚度、表面状态系数以及安全因子带入以下的公式三计算确定n条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔：
所述公式三为：
Figure BDA0001813086260000032
其中，d表示所述叶片壳体的厚度，T表示n 条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔，单位均为毫米；k 表示所述表面状态系数，k不小于1；s表示所述安全因子，1.1≤s≤1.6。
可选的，所述接闪器包括：铝叶尖或圆形接闪器。
可选的，所述导流条为片段式雷电导流条。
本公开实施例提供的风机叶片上布局导流条的方法，根据历史数据和/ 或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的所述导流条的总长度；根据接闪器位置以及叶片宽度确定所述导流条在所述叶片上的安装起点和延伸位置；根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置；根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在所述叶片上布局所述导流条。本公开提供的技术方案，对导流条在风机叶片上的布局进行设计，从而解决现有的凭经验布局导流条导致的防护效果不确定的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开实施例提供的一种风机叶片上布局导流条的方法的流程示意图；
图2是本公开实施例中使用的片段式雷电导流条的结构示意图；
图3是本公开实施例中使用的片段式雷电导流条的工作原理示意图；
图4是本公开实施例提供的一种使用本公开实施例提供的风机叶片上布局导流条的方法的风机叶片导流条布局示例图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开实施例提供一种风机叶片上布局导流条的方法，图1所示，该方法包括：
101、根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；
102、根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的所述导流条的总长度；
103、根据接闪器位置以及叶片宽度确定所述导流条在所述叶片上的安装起点和延伸位置；
104、根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置；
105、根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在所述叶片上布局所述导流条。
示例性的，步骤102、103可以认为是确定叶片长度方向上的导流条布局方案，步骤104是确定叶片宽度上的导流条布局方案，步骤105综合叶片长度方向和宽度方向上的布局方案完成整个叶片的导流条布局方案。
示例性的，本公开实施例中的导流条可以是片段式雷电导流条，在种类众多的导流条中，应用最广泛、性能最优、最有前景的是片段式雷电导流条。片段式导流条由一系列薄的导电金属片，用阻性材料互相连接，紧固于复合基带上组成，具体结构如图2所示。片段式雷电导流条的工作原理如图3所示。在正常情况下，由于金属片段之间存在间隙，导电通道处于断开状态，整个导流条属于绝缘体；当遭遇雷击时，相邻金属片段两端开始聚集大量电荷，并产生羽毛状的电弧，当电压达到一定值时，金属片段便会击穿上方空气，形成电离通道，雷电流可以经过此通道，传导到引下线。由于雷电流是从导流条上方的空气电离通道传导，并不经过导流条本身，因此不会对导流条自身造成破坏，同时也表面大电流对叶片表面造成损伤。
在一个实施例中，步骤105具体可以包括：
根据所述布局方案进行仿真和/或试验并根据反馈的结果优化调整所述布局方案；
根据优化调整后的布局方案在所述叶片上布局所述导流条。
需要说明的是，一方面可以利用计算机软件仿真的方式进行仿真优化调整布局方案的方式以外，另一方面也可以采用在实验室中对风机叶片实物根据布局方案布局导流条后进行雷击试验进而优化调整所述布局方案的方式，后一种方式通过实物试验的方式直接验证布局方案并优化，效果更佳。
在一个实施例中，所述预设规则包括：叶尖x米范围以内、后缘、以及叶片背风面，x不小于2；
示例性的，x＝2是一个比较优选的数值。风机叶片的尖端距离地面最远，因此最容易遭雷击，绝大多数雷击都发生在叶尖2米以内，因此导流条应优先布置在该区域。叶片后缘壁厚较薄，绝缘强度低，容易被雷电的高电压击穿，因此导流条也应优先考虑后缘在后缘布置。叶片迎风面在气流作用下，与雷电存在相对运动，电弧会向后闪络到达背风面，因此背风面遭受雷击的概率远远大于迎风面。导流条在布置时，可以只在背风面布置。对于一般的风机叶片，导流条主要安装在叶片的叶尖背风面区域，并且靠近后缘的位置。
相应的，步骤101具体可以包括：
确定所述叶片的背风面且在叶尖x米范围之内靠近后缘的区域为所述导流条的安装区域。
在一个实施例中，所述历史数据为所述叶片之前遭受雷击的位置分布数据；
一般情况下，导流条应安装在最容易遭受雷击的位置，对于已经运行的机组，可统计历年叶片遭受雷击的位置分布，来确认导流条的安装区域。
相应的，步骤101具体可以包括：
确定所述叶片遭受雷击的位置所形成的区域为所述导流条的安装区域。
在一个实施例中，步骤102具体可以包括：
将所述叶片长度以及风机安装区域的雷电环境补偿因子带入以下的公式一计算确定所述导流条的总长度：
所述公式一为：
Figure BDA0001813086260000061
其中，L表示所述导流条的总长度，a表示所述叶片长度，单位均为米；b表示所述风机安装区域的雷电环境补偿因子， b≥1。
需要说明的是，对于安装在一般雷电区域的风机机组，b＝1，对于高/强雷暴区域的风机机组，b＝2，对于海上风机机组，b取值可以适当增大。
在一个实施例中，步骤103具体可以包括：
将所述接闪器的位置确定为所述导流条的起点；
将所述叶片的宽度带入以下的公式二计算确定所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离；
所述公式二为：Y＝20+0.1c；其中，Y表示所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离，c表示所述叶片的宽度，单位均为毫米。
具体的，导流条起点最好为叶片自身的接闪器，典型的接闪器为铝叶尖和圆形接闪器。由于导流条一般为直线状，而叶片边缘为曲线，实际布置时，可能不容易保证导流条上所有点均与后缘距离为Y，因此在实际操作时，最低要求是只保证导流条起点和终点位置满足距离为Y即可。
在一个实施例中，步骤104具体可以包括：
确定所述导流条在所述叶片的宽度方向上设置n条，n不小于2；
将所述叶片壳体的厚度、表面状态系数以及安全因子带入以下的公式三计算确定n条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔：
所述公式三为：
Figure BDA0001813086260000071
其中，d表示所述叶片壳体的厚度，T表示n 条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔，单位均为毫米；k 表示所述表面状态系数，k不小于1；s表示所述安全因子，1.1≤s≤1.6。
具体的，导流条距离后缘布置，对前缘防护较为薄弱，因此在宽度方向上布置导流条，对前缘进行防护。表面状态系数k不小于1，一般情况下k＝1。安全因子s，与叶片壳体厚度有关，一般情况下取值1.1，当壳体厚度较薄，或前缘雷击严重时，可增加影响因子数值，但不超过1.6。一般情况下，在叶片宽度方向上，布置n＝2根导流条，即可满足上述要求。
图4为根据本公开实施例提供的风机叶片上布局导流条的方法在风机叶片上布局导流条的示例图。其中，1表示风机叶片，2表示片段式雷电导流条， 3表示接闪器。
本公开实施例提供的风机叶片上布局导流条的方法，根据历史数据和/ 或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的所述导流条的总长度；根据接闪器位置以及叶片宽度确定所述导流条在所述叶片上的安装起点和延伸位置；根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置；根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在所述叶片上布局所述导流条。本公开提供的技术方案，对导流条在风机叶片上的布局进行设计，从而解决现有的凭经验布局导流条导致的防护效果不确定的问题。
本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和 B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种风机叶片上布局导流条的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域；
根据叶片长度以及风机安装地域的雷电环境补偿因子计算需要的所述导流条的总长度；
根据接闪器位置以及叶片宽度确定所述导流条在所述叶片上的安装起点和延伸位置；
根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置；
根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置确定布局方案后在所述叶片上布局所述导流条；
根据叶片长度以及风机安装区域的雷电环境补偿因子计算需要的导流条的总长度，包括：
将所述叶片长度以及风机安装区域的雷电环境补偿因子带入以下的公式一计算确定所述导流条的总长度：
所述公式一为：
Figure FDA0002543648340000011
其中，L表示所述导流条的总长度，a表示所述叶片长度，单位均为米；b表示所述风机安装区域的雷电环境补偿因子，b≥1，
根据接闪器以及叶片的参数确认导流条起点和延伸位置，包括：
将所述接闪器的位置确定为所述导流条的起点；
将所述叶片的宽度带入以下的公式二计算确定所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离；
所述公式二为：Y＝20+0.1c；其中，Y表示所述导流条延所述叶片长度方向延伸时距离后缘的距离，c表示所述叶片的宽度，单位均为毫米；
根据所述叶片壳体的参数确定所述导流条在叶片的宽度方向上的位置，包括：
确定所述导流条在所述叶片的宽度方向上设置n条，n不小于2；
将所述叶片壳体的厚度、表面状态系数以及安全因子带入以下的公式三计算确定n条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔：
所述公式三为：
Figure FDA0002543648340000021
其中，d表示所述叶片壳体的厚度，T表示n条导流条在叶片的宽度方向上相邻两条之间的最大间隔，单位均为毫米；k表示所述表面状态系数，k不小于1；s表示所述安全因子，1.1≤s≤1.6。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述安装区域、所述导流条的总长度、所述安装起点和延伸位置、以及所述导流条在叶片的宽度方向上的位置在所述叶片上布局所述导流条，包括：
根据所述布局方案进行仿真和/或试验并根据反馈的结果优化调整所述布局方案；
根据优化调整后的布局方案在所述叶片上布局所述导流条。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设规则包括：叶尖x米范围以内、后缘、以及叶片背风面，x不小于2；
相应的，所述根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域，包括：
确定所述叶片的背风面且在叶尖x米范围之内靠近后缘的区域为所述导流条的安装区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述历史数据为所述叶片之前遭受雷击的位置分布数据；
相应的，所述根据历史数据和/或预设规则确定导流条在叶片上的安装区域，包括：
确定所述叶片遭受雷击的位置所形成的区域为所述导流条的安装区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接闪器包括：铝叶尖或圆形接闪器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导流条为片段式雷电导流条。
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