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碳纖維葉片的防雷電保護系統設計

來源:德恩拓 發布時間:2011-11-21 9:35:19

作者: www.tj-spd.cn 時間: 2011-01-25 人氣: 87

 

        由于相對于玻璃纖維葉片來說,碳纖維葉片是導體,所以對碳纖維葉片進行防雷電保護比對純玻璃纖維葉片進行保護要復雜得多。這些技術挑戰簡短綜述如下:
A
材料本身特性
       
雷電襲擊對玻璃纖維葉片的破壞往往是在葉片的前后緣,但是對于沒有任何保護措施的碳纖維葉片來說,破壞部位往往是承受負載的主要層面上,因為這些部位是導體碳的部位。LM公司對碳纖維葉片樣本進行的高壓沖擊實驗表明雖然碳纖維是傳統意義上的半導體材料(因此電阻是金屬的許多倍),但是被雷電擊中的頻率與實際的雷電接受器一樣。閃電的頭部與彩色長帶在兩種材質中的傳播速度一樣。因此技術上的困難是確保彩色長帶與閃電頭部從風機葉片易遭受閃電襲擊的部位迅速傳播開,與此同時,應該防止閃電彩色長帶與頭部在最不希望遭受閃電襲擊的部位形成,例如,碳纖維層,由于一些現實的因素這些碳纖維層不能被設計成具有抗閃電電流襲擊的特性。即使一個中等強度的直接擊中碳纖維主層的閃電也會導致葉片嚴重的破壞。
B
:內部飛弧
對于碳纖維與金屬組成的導體,需要特別關注電壓差的問題,否則,由于碳纖維和金屬的自感應系數不同,當閃電電流以較高頻率沿著葉片傳播時,電火花會在導體的不同材質之間移動。一段時間后,在葉片內部形成的大火花,可以使葉片碳纖維材料炭化,給葉片造成嚴重的破壞,最嚴重的可以使葉片發生火災。
C
:電流傳導
LM
公司高強度電流實驗表明單獨使用碳纖維層傳導閃電引起的葉片內的電流是不行的。碳纖維層不能吸收一級閃電(電流=200 kA,特殊能量=10 MJ/ohm)襲擊帶來的特殊能量,否則將導致對葉片嚴重的破壞。同時,碳纖維層也不能傳導閃電的能量,否則將導致葉片起火。
開發LM 61.5 P碳纖維葉片工作的困難之一是提高接受器捕捉閃電的能力,因此可以避免如圖3所示的對半導體碳纖維的破壞性的襲擊。在這方面,LM公司工程師受到了用于航空的分流器帶的啟發。分流器帶已經在航空器上使用數年,用來保護安裝在航空器上的雷達天線屏蔽器裝置。這種雷達天線屏蔽器用玻璃纖維制成,確保來自于雷達的數字信號可以不受阻礙的穿過材質。當雷達天線屏蔽器同時安裝有控制飛行器的關鍵儀器時,保護這一部分免遭雷電襲擊就顯得格外重要。由于用于航空器上的分流器帶在遭受雷電襲擊一兩次后就將被替換掉,所以用于航空器上的分流器帶如果用于風電機組需要做一些改進。因此有必要開發一種用于風電機組葉片的全新分離器帶。

 

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本文來自  http://www.damehaciendo.com

 

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