DK200300087U3 - Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system - Google Patents

Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system Download PDF

Info

Publication number: DK200300087U3
Authority: DK; Denmark
Prior art keywords: wind turbine; turbine blade; lightning; heaters; blade
Prior art date: 2003-03-14

Application number

DK200300087U

Other languages

Danish (da)

Inventor

Olsen Kaj

Grabau Peter

Jespersen John Ellermann

Larsen Flemming Moeller

Original Assignee

Lm Glasfiber As

Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)

2003-03-14

Filing date

2003-03-14

Publication date

2003-05-09

2003-03-14 Application filed by Lm Glasfiber As filed Critical Lm Glasfiber As

2003-03-14 Priority to DK200300087U priority Critical patent/DK200300087U3/en

2003-05-09 Application granted granted Critical

2003-05-09 Publication of DK200300087U3 publication Critical patent/DK200300087U3/en

Classifications

- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

Wind Motors (AREA)

Description

i DK 2003 00087 U3in DK 2003 00087 U3

Frembringelsen angår en vindmøllevinge omfattende en første og en anden elektrisk leder, der forløber i vingens længderetning, et eller flere elektriske varmelegemer til opvarmning af vingens overflade, hvilke varmelegemer er forbundet med den første og den anden leder.The invention relates to a wind turbine blade comprising a first and a second electric conductor extending longitudinally of the blade, one or more electric heaters for heating the surface of the blade, which heaters are connected to the first and second conductors.

5 Vindmøller er meget udsat for skadelige påvirkninger som følge af klimatiske forhold og naturens kræfter. Frembringelsen angår generelt beskyttelse af vindmøller og nærmere bestemt vindmøllevinger mod skadelige eller uønskede påvirkninger fra isdannelse på vingernes overflade og lynnedslag.5 Wind turbines are highly susceptible to adverse effects due to climatic conditions and the forces of nature. Generation generally relates to the protection of wind turbines and, in particular, wind turbine blades against harmful or undesirable effects from ice formation on the surface and lightning of the blades.

Overisning af flyvinger er et kendt og alvorligt problem af flere årsager. Isdannelsen kan 10 ændre vingens profil og dermed ødelægge vingens opdriftsevne. Desuden kan isstykker under flyvningen brække af og ødelægge propellerne eller turbinebladene. Problemet med overisning af flyvinger er de fleste steder løst ved at oversprøjte flyet med bestemte kemikalier før flystart.Icecream flight is a known and serious problem for several reasons. The formation of ice can change the profile of the blade, thereby destroying the buoyancy of the blade. In addition, ice pieces during flight can break off and destroy the propellers or turbine blades. In most places, the problem of icing over wings is solved by spraying the aircraft with certain chemicals before takeoff.

Overisning af vindmøllevinger har også flere negative følger. Isdannelsen kan også her 15 ændre vingeprofilet og dermed vingens aerodynamiske egenskaber, hvilket går ud over effektiviteten. Desuden kan uensartet isdannelse på vindmøllevingeme medføre en voldsom asymmetrisk belastning af vindmøllekonstruktionen, hvilket kan føre til havari. Endelig udgør isstykker, der kastes af vingerne, en alvorlig risiko for f.eks. bygninger og mennesker, der befinder sig nær møllen. Problemet er vokset i de senere år, idet der 20 sættes flere og flere vindmøller op på steder, hvor der er stor overisningsrisiko.Wind turbine blades also have several negative consequences. The ice formation can here also change the blade profile and thus the wing's aerodynamic properties, which goes beyond the efficiency. In addition, disparate ice formation on the wind turbine blades can result in a severe asymmetric load on the wind turbine structure, which can lead to failure. Finally, pieces of ice thrown by the wings pose a serious risk of e.g. buildings and people near the mill. The problem has grown in recent years, with 20 more and more wind turbines being set up in places where there is great icing risk.

Isdannelse på vindmøllevinger kan fjernes ved at opvarme vingens overflade. Dette kan gøres på flere måder. Fra DE 196 21 485 kendes en vindmøllevinge, som opvarmes indvendigt ved hjælp af varm luft med henblik på afisning. Fra WO 98/53200 kendes en vindmøllevinge, der kan afises ved hjælp af varmelegemer bestående af elektrisk ledende 25 fibre. Varmelegemerne kan være anbragt udvendigtpå eller indlejret i vindmøllevingen.Ice formation on wind turbine blades can be removed by heating the blade surface. This can be done in several ways. From DE 196 21 485 a wind turbine blade is known which is heated internally by means of hot air for de-icing. From WO 98/53200 a wind turbine blade is known which can be defrosted by means of heaters consisting of electrically conductive 25 fibers. The heaters may be located externally or embedded in the wind turbine blade.

2 DK 2003 00087 U32 DK 2003 00087 U3

Ved at opvarme overfladen smeltes bindingen mellem vindmølle vingens overflade og isbelægningen, så at sidstnævnte "kastes af' i flager.By heating the surface, the bond between the wind turbine blade surface and the ice coating is melted so that the latter is "thrown off" into flakes.

Moderne vindmøller er ofte meget store konstruktioner, der rager højt op i landskabet, og mange vindmøller udsættes hvert år for lynnedslag. Ved et lynnedslag kan der være tale om meget store strømstyrker på størrelsesordenen 10-200 kA over en meget kort periode. Skader som følge af lynnedslag varierer fra kortere produktionsafbrydelser, på grund af f.eks. overbrændte sikringer, til alvorlige skader, hvor en eller flere af vingerne ødelægges, hvilket igen kan medføre skader på hele konstruktionen. Der er derfor i de senere år udviklet systemer til beskyttelse af vindmøller mod lynnedslag.Modern wind turbines are often very large structures that project high up into the landscape, and many wind turbines are subjected to lightning strikes every year. In the event of a lightning strike, there may be very large currents of the order of 10-200 kA over a very short period. Damage due to lightning strikes varies from shorter production interruptions due to e.g. burned fuses, to serious damage where one or more of the blades are damaged, which in turn can cause damage to the entire structure. Therefore, in recent years, systems have been developed to protect wind turbines against lightning.

Fra WO 96/07825 kendes et lynbeskyttelsessystem for vindmølle vinger, der ved vingens tip er forsynet med en såkaldt lynreceptor af elektrisk ledende materiale. Denne lynreceptor kan "fange" et lynnedslag og lede lynstrømmen gennem en lyn-nedleder, som strækker sig i vingens længderetning, og som via vindmøllenavet er jordforbundet. Dette system har vist sig at give en særdeles effektiv beskyttelse.From WO 96/07825 a lightning protection system for wind turbine blades is known, which at the tip of the blade is provided with a so-called lightning receptor of electrically conductive material. This lightning receptor can "catch" a lightning strike and direct the lightning current through a lightning conductor which extends longitudinally of the blade and which is grounded via the wind turbine hub. This system has proven to provide extremely effective protection.

Formålet med frembringelsen er at anvise en indretning, der på en enkel, billig og sikker måde beskytter en vindmøllevinge mod både overisning og lynnedslag.The object of the invention is to provide a device which in a simple, inexpensive and safe way protects a wind turbine blade from both icing and lightning.

Formålet er ifølge frembringelsen opnået ved, at vindmøllevingen er forsynet med et i sig selv kendt lynafledningssystem omfattende en lynreceptor ved vindmøllevingens tip og en tredje elektrisk leder, som er elektrisk forbundet med lynreceptoren, og som ved vingeroden er jordforbundet, og at den første og den anden leder via gnistgab nær lynreceptoren er forbundet med denne og via gnistgab ved vingeroden er jordforbundet. Herved opnås en vindmøllevinge, som kan afises, og hvor vingen og selve varmelegemerne er effektivt beskyttet mod lynnedslag, idet lynstrømmen primært ledes til jord via den tredje leder og sekundært ved dannelse af lysbuer i gnistgabene ledes til jord via den første og den anden leder. Spændingsforskellen over varmelegemerne vil til enhver tid 3 DK 2003 00087 U3 under lynnedslaget være nul, og der vil således ikke løbe skadeligt store strømme gennem varmelegemerne.The object according to the invention is achieved by the fact that the wind turbine blade is provided with an inherently known lightning discharge system comprising a lightning receptor at the tip of the windmill wing and a third electrical conductor electrically connected to the lightning receptor, which is grounded at the wing root and that the first and the another conductor via spark gap near the lightning receptor is associated with this and via spark gap at the wing root is grounded. This provides a de-icable wind turbine blade, where the wing and the heaters themselves are effectively protected from lightning, the lightning current being directed primarily to ground via the third conductor and secondarily by forming arcs in the spark gaps to ground through the first and second conductors. The voltage difference across the heaters will be zero at all times during the lightning strike, and thus no harmful currents will flow through the heaters.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for frembringelsen er den første leder nær vingeroden via en overspændingssikring forbundet med en første strømfase og den anden 5 leder nær vingeroden via en overspændingssikring forbundet med en anden strømfase. Herved opnås en effektiv beskyttelse af strømforsyningen, idet overspændingssikringeme i tilfælde af lynnedslag vil afbryde den elektriske forbindelse mellem strømforsyningen og henholdsvis den første og den anden leder.According to a preferred embodiment of the generation, the first conductor near the wing root is connected to a first current phase via a surge protector and the second conductor near the wing root is connected to a second current phase via a surge protector. In this way, an effective protection of the power supply is obtained, since in case of lightning the surge protectors will interrupt the electrical connection between the power supply and the first and second conductors respectively.

Ifølge en hensigtsmæssig udførelsesform er varmelegemerne anbragt udvendigt på 10 vingens overflade. Herved behøver man ikke at ændre på vingekonstruktionen, idet vingens styrke ikke reduceres ved en sådan placering.According to a suitable embodiment, the heaters are arranged externally on the surface of the blade. This does not have to change the blade structure, since the strength of the blade is not reduced at such a location.

Ifølge en anden udførelsesform er varmelegemerne indlamineret i vingematerialet. Herved påvirkes vindmøllevingens overfladeegenskaber og dermed vingens aerodynamiske egenskaber ikke.According to another embodiment, the heaters are laminated in the wing material. The surface characteristics of the wind turbine blade and thus the aerodynamic characteristics of the blade are not affected.

15 Varmelegemerne består fortrinsvis af en metalfolie, hvormed der kan opnås en ensartet opvarmning af vindmøllevingens overflade. En sådan metalfolie kan også klæbes fast på vindmøllevingens overflade uden at ændre dennes aerodynamiske egenskaber væsentligt.The heaters preferably consist of a metal foil with which a uniform heating of the surface of the wind turbine blade can be obtained. Such a metal foil can also be adhered to the surface of the wind turbine blade without significantly altering its aerodynamic properties.

Ifølge en udførelsesform kan den første og den anden leder være anbragt i vindmøllevingens væg og den tredje leder være ført i et hulrum i vingen. Herved sikres en lille afstand 20 mellem varmelegemerne og henholdsvis den første og den anden leder.According to one embodiment, the first and second conductors may be arranged in the wall of the wind turbine blade and the third conductor may be inserted into a cavity in the vane. This ensures a small distance 20 between the heaters and the first and second conductors respectively.

Varmelegemerne er fortrinsvis anbragt ved vingens forkant, idet det er her, overisning oftest starter under vindmøllens drift.The heaters are preferably located at the leading edge of the blade, as it is here that icing usually starts during the operation of the wind turbine.

4 DK 2003 00087 U34 DK 2003 00087 U3

Vindmøllevingen ifølge frembringelsen kan omfatte en drejelig tip, idet mindst en del af den første og den anden leder strækker sig i den drejelige tip og er forbundet med den del af den samme leder, der strækker sig i den øvrige vingedel, via Qedrende kontaktelementer, og der kan parallelt med hver af disse kontaktelementer være tilvejebragt gnist-5 gab mellem de to dele af den samme leder. Herved opnås elektrisk forbindelse mellem de i henholdsvis tippen og den øvrige vinge forløbende dele af den første og den anden leder, samtidig med, at kontaktelementeme er beskyttet mod lynstrøm og dermed risiko for sammensvej sning, idet lynstrømmen vil løbe gennem en lysbue i gnistgabene. Herved opnås en enkel og effektiv beskyttelse af vindmøllevinger med drejelig tip mod overis-10 ning og lynnedslag.The wind turbine blade according to the invention may comprise a rotatable tip, at least a portion of the first and second conductors extending in the rotatable tip and connected to the portion of the same conductor extending in the other vane portion, via resilient contact members, and spark gaps may be provided parallel to each of these contact elements between the two portions of the same conductor. This provides electrical connection between the parts of the first and second conductors extending in the tip and the other wing, respectively, while the contact elements are protected against lightning current and thus the risk of welding, since the lightning current will flow through an arc in the spark gaps. This provides a simple and effective protection of wind turbine blades with swivel tip against icing and lightning.

Frembringelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af foretrukne udførelsesformer, der er vist på tegningen, hvor fig. 1 forfra viser en vindmølle, fig. 2 en vindmøllevinge og et vindmøllenav, set forfra, 15 fig. 3 et tværsnit gennem en foretrukken udførelsesform for en vindmøllevinge ifølge frembringelsen, fig. 4 et skematisk diagram over den foretrukne udførelsesform for en vindmøllevinge ifølge frembringelsen, fig. 5 en del af den i fig. 4 viste vinge i større målforhold og med flere detaljer, 20 fig. 6 tippen af en vindmøllevinge ifølge frembringelsen, og fig. 7 en del af en vindmøllevinge med en drejelig tip ifølge frembringelsen.The invention will now be explained in more detail by means of preferred embodiments shown in the drawing, in which fig. 1 is a front view of a wind turbine; FIG. 2 is a front view of a wind turbine blade and a wind turbine hub; FIG. 3 is a cross-section through a preferred embodiment of a wind turbine blade according to the invention; FIG. 4 is a schematic diagram of the preferred embodiment of a wind turbine blade according to the invention; FIG. 5 is a portion of the embodiment of FIG. 4 in larger dimensions and in more detail, FIG. 6 shows the tip of a wind turbine blade according to the invention, and FIG. 7 shows a part of a wind turbine blade with a rotatable tip according to the invention.

5 DK 2003 00087 U35 DK 2003 00087 U3

Den i fig. 1 viste vindmølle består i det væsentlige af et tårn 31, et vindmøllenav 30 og tre vinger 25, der i det viste tilfælde er forsynet med en drejelig tip 26. Tippen 26 kan drejes 90° i forhold til den øvrige del af vingen og virke som en luftbremse. I fig. 2 ses den ene af vindmøllevingeme 25 i større målforhold. Den del af vingen 25, der ligger 5 nærmest navet 30, kaldes vingeroden 35. Under vindmøllens drift drejer vingen i retning af pilen 32. Den kant, der ligger forrest i omdrejningsretningen, kaldes forkanten 33, og den kant, der ligger bagest i omdrejningsretningen, kaldes bagkanten 34.The FIG. 1, the wind turbine essentially consists of a tower 31, a wind turbine hub 30 and three blades 25, which in the illustrated case are provided with a rotatable tip 26. The tip 26 can be rotated 90 ° with respect to the other part of the wing and act as an air brake. In FIG. 2, one of the wind turbine blades 25 is seen in larger target conditions. The part of the blade 25, which is closest to the hub 30, is called the wing root 35. During the operation of the wind turbine, the blade rotates in the direction of arrow 32. The edge leading in the direction of rotation is called the leading edge 33 and the edge which is at the rear in the direction of rotation. , is called the trailing edge 34.

I fig. 3 ses et tværsnit efter linien ΙΠ-ΙΙΙ gennem vindmøllevingen ifølge fig. 2. Vingen er en skalkonstruktion med et indvendigt hulrum. De i fig. 3 viste detaljer vil blive forklaret 10 i det følgende.In FIG. 3 shows a cross section along the line ΙΠ-ΙΙΙ through the wind turbine blade according to FIG. 2. The wing is a shell structure with an interior cavity. The 3 will be explained in the following.

I fig. 4 ses skematisk en foretrukken udførelsesform for dele af en vindmøllevinge ifølge frembringelsen. De viste dele, hvis geometriske udstrækning svarer til vindmøllevingens, omfatter en lynreceptor 5 ved vindmøllevingens tip, en første 1, en anden 2 og en tredje 3 elektrisk leder, elektriske varmelegemer 4, fire gnistgab 7a, 7b, 9a, 9b og to overspæn-15 dingssikringer 6a, 6b. Lynreceptoren 5 (lynaflederen) udgøres af en ved vingens tip blottet metaldel, der kan fange et lynnedslag. Lynreceptoren 5 er via den elektriske leder 3 forbundet med jord 20. Denne jordforbindelse er selvsagt tilvejebragt via vindmøllens nav 30 og tårn 31.1 den i fig. 4 viste udførelsesform omfatter indretningen tre elektriske varmelegemer 4, der er forbundet med hhv. den første 1 og den anden 2 leder. Den første 20 1 og den anden 2 leder er ved vindmøllevingens rod 35 via overspændingssikringer 6a, 6b forbundet med henholdsvis en første strømfase 37a og en anden strømfase 37b af en (ikke-vist) trefaset vekselstrømforsyning, og er via gnistgabene 9a, 9b forbundet med jord. Når der sættes spænding på punkterne 37a, 37b, vil der løbe strøm gennem de elektriske varmelegemer 4, der så vil opvarme vindmøllevingens overflade og smelte 25 bindingen mellem overfladen og eventuelle isbelægninger. Isbelægningeme vil herved falde af. Ved vindmøllevingens tip er der tilvejebragt gnistgab 7a, 7b mellem henholdsvis den første 1 og den anden 2 leder og lynreceptoren 5. Ved et lynnedslag vil lynstrømmen umiddelbart ledes fra lynreceptoren gennem den den tredje 3 leder til jord, men der vil 6 DK 2003 00087 U3 hurtigt opstå en lysbue i gnistgabene 7a, 7b, 9a, 9b mellem lynreceptoren 3 og henholdsvis den første 1 og den anden 2 leder og mellem henholdsvis den første 1 og den anden 2 leder ogjord, hvorved lynstrømmen også vil ledes til jord via den første og den anden leder. Den del af lynstrømmen, der ledes gennem den primære, tredje leder 3 er dog 5 betydelig større end den del af lynstrømmen, der ledes gennem den første 1 og den anden 2 leder. Ved den forholdsvis kraftige lynstrøm gennem den første 1 og den anden 2 leder vil overspændingssikringeme 6a, 6b afbryde forbindelsen mellem strømforsyningen 37a, 37b og de to ledere 1, 2. Ved en korrekt og ensartet udformning af gnistgabene og den første 1 og den anden 2 leder vil der være ens spændingsfald ned gennem den første 1 og 10 den anden 2 leder, og der vil således ikke løbe skadeligt store strømme gennem varmelegemerne. Den samlede lynstrøm bliver altså fordelt over de tre ledere 1, 2, 3, og en skadelig opvarmning af vingematerialet og varmelegemerne som følge af lynnedslaget kan herved undgås.In FIG. 4 is a schematic view of a preferred embodiment of parts of a wind turbine blade according to the invention. The parts shown, whose geometric extent corresponds to that of the wind turbine blade, include a lightning receptor 5 at the tip of the wind turbine blade, a first 1, a second 2 and a third 3 electrical conductor, electric heaters 4, four spark gaps 7a, 7b, 9a, 9b and two overvoltages. 15 fuses 6a, 6b. The lightning receptor 5 (lightning conductor) consists of a metal part exposed at the tip of the blade that can catch a lightning strike. The lightning receptor 5 is connected to earth via the electrical conductor 3. This grounding is of course provided via the wind turbine's hub 30 and tower 31.1, the one shown in FIG. 4, the device comprises three electric heaters 4 which are connected, respectively, to each other. the first 1 and the second 2 leader. The first 20 1 and the second 2 conductor are connected at the root 35 of the wind turbine via surge fuses 6a, 6b to a first current phase 37a and a second current phase 37b respectively of a (not shown) three-phase alternating current supply, and are connected via the spark gaps 9a, 9b. land. When voltage is applied to points 37a, 37b, current will flow through the electric heaters 4, which will then heat the surface of the wind turbine blade and melt the bond between the surface and any ice coatings. The ice coatings will thereby fall off. At the tip of the wind turbine blade, spark gaps 7a, 7b are provided between the first 1 and the second 2 conductors and the lightning receptors 5. In a lightning strike, the lightning current will be directed directly from the lightning receptor through the third 3 conductor to ground, but there will be 6 DK 2003 00087 U3 an arc arises rapidly in the spark gaps 7a, 7b, 9a, 9b between the lightning receptor 3 and the first 1 and the second 2 conductors, and between the first 1 and the second 2 conductors, respectively, and the lightning current will also be directed to earth via the first and the other leader. However, the portion of the lightning current conducted through the primary, third conductor 3 is 5 significantly greater than the portion of the lightning current conducted through the first 1 and the second 2 conductors. At the relatively strong lightning current through the first 1 and the second 2 conductors, the surge protectors 6a, 6b will interrupt the connection between the power supply 37a, 37b and the two conductors 1, 2. In the correct and uniform design of the spark gaps and the first 1 and the second 2 conductor there will be similar voltage drop down through the first 1 and 10 the second 2 conductor and thus no damaging large currents will run through the heaters. The total lightning current is thus distributed over the three conductors 1, 2, 3, and a harmful heating of the wing material and the heating elements due to the lightning strike can thereby be avoided.

I fig. 5 ses en del af det i fig. 4 viste i større målforhold. Varmelegemerne 4 udgøres af 15 tynde metalfolier, der kan lede elektrisk strøm og har en passende elektrisk modstand. Alternativt kan varmelegemerne bestå af elektrisk ledende kulfibre. Termineringeme mellem varmelegemerne 4 og den første 1 og den anden 2 leder er her foretaget ved hjælp af små pladeformede elektrisk ledende dele 9 og nitter 10. Alternativt kan de pladeformede dele 9 svejses fast på lederne 1, 2 og varmelegemernes 4 kanter. Begge 20 fastgørelsesmetoder er fordelagtige ved, at de kan tilvejebringes fra kun en side, f.eks. vingens yderside.In FIG. 5, a portion of the device shown in FIG. 4 showed in larger target conditions. The heaters 4 consist of 15 thin metal foils capable of conducting electrical current and having an appropriate electrical resistance. Alternatively, the heaters may consist of electrically conductive carbon fibers. The terminations between the heaters 4 and the first 1 and the second 2 conductors are here made by means of small plate-shaped electrically conductive parts 9 and rivets 10. Alternatively, the plate-shaped parts 9 can be welded to the conductors 1, 2 and the edges of the heaters 4. Both 20 attachment methods are advantageous in that they can be provided from only one side, e.g. the outside of the wing.

1 fig. 6 ses vingetippen og gnistgabet 7b mellem lynreceptoren 5 og den anden leder 2. Gnistgabet er her udformet som en cirkelbueformet konkav flade ved enden aflederen 2, hvilken flade delvist omslutter en stangformet del 40 på lynreceptoren 7.1 FIG. 6, the wing tip and the spark gap 7b are seen between the lightning receptor 5 and the second conductor 2. The spark gap is here formed as a circular arcuate concave surface at the end of the conductor 2, which surface partially encloses a rod-shaped part 40 of the lightning receptor 7.

25 I fig. 7 ses et udsnit af en vinge med en drejelig tip 26. Tippen 26 kan drejes omkring sin længdeakse i forhold til den øvrige vinge 27. Den drejelige forbindelse mellem tippen 26 og den øvrige vingedel 27 er tilvejebragt ved hjælp af en aksel 14, typisk en kulfi- 7 DK 2003 00087 U3 beraksel, på en i sig selv kendt måde, der ikke vil blive beskrevet yderligere her. Den elektriske forbindelse mellem den del aflederne 1,2, der befinder sig i tippen 26, og den del aflederne 1,2, der befinder sig i den øvrige vingedel 27, er tilvejebragt ved hjælp af fjedrende kontaktelementer 15. I fig. 7 er kun den anden 2 leder vist. På tegningen er 5 tippen 26 og dermed kontaktelementet 15 trukket væk fra den øvrige vingedel 27 for tydelighedens skyld. Selvom det ikke er vist på tegningen, er der tilvejebragt et gnistgab mellem de to dele aflederen 1, 2.1 dette gnistgab opstår der ved lynnedslag en lysbue, hvorved lynstrømmen fra tippen kan ledes til jord uden om kontaktelementeme, der således ikke sammensvejses som følge af for kraftig opvarmning. Den tredje elektriske 10 leder 3 kan ikke ses i fig. 7, men er ført indvendigt i akselen 14. Den tredje leder 3 kan udgøres af en i sig selv kendt wire, der anvendes til styring af tippen 26.In FIG. 7 shows a section of a blade with a rotatable tip 26. The tip 26 can be rotated about its longitudinal axis with respect to the other wing 27. The rotatable connection between the tip 26 and the other wing part 27 is provided by a shaft 14, typically a coal, in a manner known per se, which will not be described further herein. The electrical connection between the part of the conductors 1,2 located in the tip 26 and the part of the conductors 1,2 located in the other wing part 27 is provided by resilient contact elements 15. In FIG. 7 only the other 2 leads are shown. In the drawing, the tip 26 and thus the contact element 15 are pulled away from the other wing portion 27 for the sake of clarity. Although not shown in the drawing, a spark gap is provided between the two parts of the conductor 1, 2.1 this spark gap arises by a lightning strike, whereby the lightning current from the tip can be directed to ground outside of the contact elements, thus not welded as a result of vigorous heating. The third electrical conductor 3 cannot be seen in FIG. 7, but is guided inside the shaft 14. The third conductor 3 may consist of a wire known per se used to guide the tip 26.

Varmelegemerne 4 kan enten være indlamineret i vindmøllevingens vægge eller være monteret udvendigt på overfladen, som vist i fig. 3.1 sidstnævnte tilfælde kan man montere varmelegemerne 4 i størrelse og antal svarende til det overfladeareal af vingen, som 15 man ønsker at kunne opvarme. I fig. 3 er vingens forkant 33, der ofte er særlig kritisk med hensyn til overisning, forsynet med varmelegemer 4, men et hvilket som helst del af eller hele overfladen kan forsynes med varmelegemer 4.1 fig. 3 er varmelegemerne 4 fortegnede for tydelighedens skyld. De kan være så tynde, at de i praksis ikke ændrer overfladens profil. Både i det tilfælde, hvor varmelegemerne 4 er indlamineret i vind-20 møllevingens væg 13, og hvor varmelegemerne er monteret udvendigt på vindmøllevin-geme, sikrer den modulære opbygning, at man kan tilpasse den enkelte vindmølle til de aktuelle klimatiske forhold.The heaters 4 can either be laminated into the walls of the wind turbine blade or mounted externally on the surface, as shown in FIG. 3.1 In the latter case, the heaters 4 can be mounted in size and number corresponding to the surface area of the wing which one wishes to heat. In FIG. 3, the leading edge 33 of the blade, which is often particularly critical with regard to icing, is provided with heaters 4, but any part or all of the surface can be provided with heaters 4.1 fig. 3, the heaters 4 are designed for the sake of clarity. They can be so thin that in practice they do not change the surface profile. Both in the case where the heaters 4 are laminated in the wall 13 of the wind turbine blade 13 and where the heaters are mounted externally on the wind turbine windings, the modular structure ensures that the individual wind turbine can be adapted to the current climatic conditions.

Den første 1 og den anden 2 leder kan være anbragt uden på vingens overflade eller være indlejret i vingevæggen 13.1 den i fig. 3 viste udførelsesform er de anbragt i fordybninger 25 i overfladen. Den første 1 og den anden 2 leder er fortrinsvis fremstillet af metal, men kan også være fremstillet af kulfibermateriale med evt. metalbelagte kulfibre.The first 1 and the second 2 conductors may be located outside the surface of the blade or may be embedded in the blade wall 13.1 the embodiment of FIG. 3, they are arranged in recesses 25 in the surface. Preferably, the first 1 and the second 2 conductors are made of metal, but may also be made of carbon fiber material, if any. metal coated carbon fibers.

8 DK 2003 00087 U38 DK 2003 00087 U3

Spændingsfaldene over dels den i vindmøllevingens indre anbragte leder 3 (se fig. 3) og de to perifert anbragte ledere 1, 2 vil med den rigtige udformning (samme induktans) også have samme potentiale på delstrækninger. Herved kan potentialudligninger udelades, og det sikres, at spændingsforskellen over varmelegemerne 4 til enhver tid under et 5 lynnedslag er nul, hvorved der ikke vil løbe skadeligt store strømme gennem varmelegemerne 4.The voltage drops across, partly, the conductor 3 (located in the wind turbine blade inner) (see Fig. 3) and the two peripherally arranged conductors 1, 2 will also have the same potential for partial stretches with the correct design (same inductance). This allows potential offsets to be omitted and it is ensured that the voltage difference across the heaters 4 at any time during a 5 lightning strike is zero, whereby no large currents will flow through the heaters 4.

Et ikke-vist omskifterrelæ kan være indskudt mellem terminalpunktet 37a, 37b og strømforsyningen. Dette relæ kan være forbundet med en is-sensor på vindmøllevingens over-10 flade, så at relæet skaber elektrisk forbindelse mellem strømforsyningen og lederen 1, 2, når is-sensoren detekterer is.A non-shown switch relay may be interposed between terminal points 37a, 37b and the power supply. This relay may be connected to an ice sensor on the surface of the wind turbine blade, such that the relay establishes electrical connection between the power supply and conductor 1, 2 when the ice sensor detects ice.

Strømforsyningen, der er tilsluttet teiminalpunkteme 37a, 37b (fig. 4) kan være enten en jævn- eller vekselstrømforsyning. Strømforsyningen kan enten være vindmøllene primære strømforsyning eller være sekundære strømforsyninger, som sidder i møllens top 15 eller bund, eller som roterer med vingerne inden i disse eller i navet.The power supply connected to terminal points 37a, 37b (Fig. 4) may be either a DC or AC power supply. The power supply may either be the primary power supply of the wind turbines or be secondary power supplies which are located in the top 15 or bottom of the turbine or which rotate with the blades within these or in the hub.

De elektriske ledere kan desuden levere strøm til sekundære formål, såsom opvarmning af akselrør i vinger med tip, eller til temperaturfølere og transmittere af enhver art, som har behov for energi til signalbehandling, og hvorfra der transmitteres signaler ned i selve møllen ved hjælp af andre teknikker, såsom radiobølger, laserlys eller optiske fibre.In addition, the electrical conductors can supply power for secondary purposes, such as heating shaft pipes in blades with tips, or for temperature sensors and transmitters of any kind that need energy for signal processing, and from which signals are transmitted down the mill itself by means of other techniques such as radio waves, laser light or optical fibers.

20 Frembringelsen er ikke begrænset til de her viste udførelsesformer.The production is not limited to the embodiments shown here.

9 DK 2003 00087 U39 DK 2003 00087 U3

BRUGSMODELKRAVUTILITY MODEL REQUIREMENTS

1. Vindmøllevinge omfattende en første (1) og en anden (2) elektrisk leder, der forløber i vingens (25) længderetning, et eller flere elektriske varmelegemer (4) til opvarmning af vingens overflade, hvilke varmelegemer (4) er forbundet med den første (1) og den anden (2) leder, hvilken vindmøllevinge er ny ved, at den er forsynet med et i sig selv kendt lynafledningssystem omfattende en lynreceptor (5) ved vindmøllevingens tip og en tredje (3) elektrisk leder, som er elektrisk forbundet med lynreceptoren (5), og som ved vingeroden er jordforbundet, og at den første (1) og den anden (2) leder via gnistgab (7a, 7b) nær lynreceptoren (5) er forbundet med denne og via gnistgab (9a, 9b) ved vingeroden er jordforbundet.A wind turbine blade comprising a first (1) and a second (2) electrical conductor extending in the longitudinal direction of the blade (25), one or more electric heaters (4) for heating the surface of the blade, which heaters (4) are connected to it. first (1) and second (2) conductor, which wind turbine blade is novel in that it is provided with a per se known lightning discharge system comprising a lightning receptor (5) at the tip of the wind turbine blade and a third (3) electrical conductor which is electric connected to the lightning receptor (5), which is grounded at the wing root and that the first (1) and the second (2) are connected via this spark gap (7a, 7b) near the lightning receptor (5) and via spark gap (9a). 9b) at the root of the wing is grounded.

2. Vindmøllevinge ifølge krav 1, som er ny ved, at den første leder (1) nær vingeroden via en overspændingssikring (6a) er forbundet med en første strømfase (37a), og at den anden leder (2) nær vingeroden via en overspændingssikring (6b) er forbundet med en anden strømfase (37b).Wind turbine blade according to claim 1, which is new in that the first conductor (1) is connected to a first current phase (37a) via a surge protector (6a) and a second conductor (2) near the wing root via a surge protector (6b) is connected to another current phase (37b).

3. V indmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at varmelegemerne (4) er anbragt udvendigt på vindmøllevingens (25) overflade.A wind turbine blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that the heating elements (4) are placed externally on the surface of the wind turbine blade (25).

4. V indmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at varmelegemerne (4) er indlamineret i vingens væg (13).4. A milling blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that the heaters (4) are laminated in the wall (13) of the blade.

5. Vindmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at varmelegemerne (4) består af metalfolie.The wind turbine blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that the heaters (4) consist of metal foil.

6. Vindmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at den første (1) og den anden (2) leder er anbragt i vindmøllevingens væg (13), og at den tredje (3) leder er fart i et hulrum i vingen.A wind turbine blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that the first (1) and the second (2) conductor are arranged in the wall (13) of the wind turbine blade and that the third (3) conductor is accelerated. a cavity in the wing.

DK 2003 00087 U3 10 7. Vindmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at varmelegemerne (4) er anbragt ved vingens (25) forkant.Wind turbine blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that the heaters (4) are arranged at the leading edge of the blade (25).

8. Vindmøllevinge ifølge et eller flere af de foregående krav, som er ny ved, at den omfatter en i sig selv kendt drejelig tip (26), og at mindst en del af den første og den anden leder (1,2) strækker sig i den drejelige tip (26) og er forbundet med den del af samme leder (1,2), der strækker sig i den øvrige vingedel (27), via fjedrende kontaktelementer (15), og at der parallelt med hver af disse kontaktelementer (15) er tilvejebragt gnistgab mellem de to dele af den samme leder (1,2).Wind turbine blade according to one or more of the preceding claims, which is new in that it comprises a rotatable tip (26) known per se and at least part of the first and second conductors (1,2) extending in the pivotal tip (26) and connected to the portion of the same conductor (1,2) extending in the other wing portion (27) via resilient contact members (15), and in parallel with each of these contact members ( 15) a spark gap is provided between the two parts of the same conductor (1,2).

DK 2003 00087 U3DK 2003 00087 U3

% 6 DK 2003 00087% 6 DK 2003 00087

% 7 2% 7 2

DK200300087U 2003-03-14 2003-03-14 Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system DK200300087U3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number	Priority Date	Filing Date	Title
DK200300087U DK200300087U3 (en)	2003-03-14	2003-03-14	Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number	Priority Date	Filing Date	Title
DK200300087U DK200300087U3 (en)	2003-03-14	2003-03-14	Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system

Publications (1)

Publication Number	Publication Date
DK200300087U3 true DK200300087U3 (en)	2003-05-09

Family

ID=8161301

Family Applications (1)

Application Number	Title	Priority Date	Filing Date
DK200300087U DK200300087U3 (en)	2003-03-14	2003-03-14	Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system

Country Status (1)

Country	Link
DK (1)	DK200300087U3 (en)

2003
- 2003-03-14 DK DK200300087U patent/DK200300087U3/en not_active IP Right Cessation

Publication	Publication Date	Title
DK173607B1 (en)	2001-04-30	Wind turbine blade with lightning de-icing system
US9041410B2 (en)	2015-05-26	Wind turbine blade with lightning protection system
DK178516B1 (en)	2016-05-02	Integreret føringskant for vindturbineblad
WO2013007267A1 (en)	2013-01-17	A wind turbine blade
DK178167B1 (en)	2015-07-13	A lightning protection system for a wind turbine blade
EP2857678A1 (en)	2015-04-08	Lightning protection system with integrated anti-icing system for wind turbine blades
TWI554683B (en)	2016-10-21	Wind power plant
EP2855929B1 (en)	2018-03-21	A wind turbine blade lightning bypass system
WO2010100283A1 (en)	2010-09-10	Wind turbine blade with a lightning protection system
EP3551880B1 (en)	2020-11-04	Lightning protection arrangement
US20250198392A1 (en)	2025-06-19	Lightning protection system for a wind turbine blade
JP2012062049A (en)	2012-03-29	Propeller blades having ice-phobic coating
US10457402B2 (en)	2019-10-29	Device for de-icing a rotor blade, rotor blade provided with such a device, rotor, turbomachine and aircraft
DK2930358T3 (en)	2018-12-17	Rotor blade for a wind power plant with a potential equalizer
DK200300087U3 (en)	2003-05-09	Wind turbine blade with de-icing and lightning protection system
DK176233B1 (en)	2007-04-02	Wind energy system with lightning protection device
Yoh et al.	2011	Proposal of lightning damage classification to wind turbine blades
WO2024067930A1 (en)	2024-04-04	Improvements relating to wind turbine blade anti-icing systems
CN104791196A (en)	2015-07-22	Wind turbine blade lightning guiding and explosion preventing device and installing method thereof
JP5187649B2 (en)	2013-04-24	Blade structure and wind power generator
JP4748307B2 (en)	2011-08-17	Blade structure and wind power generator
CN120187951A (en)	2025-06-20	Wind turbine blades

Legal Events

Date	Code	Title	Description
2010-07-09	UUP	Utility model expired