TWI685612B - 發電機扇葉之葉片及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種發電機扇葉之葉片及其製造方法，該方法包含：預先製造一中空骨架；於一第一模具的模穴中設入有一加強件；將該中空骨架置入該模穴中；於該中空骨架內部置入有一填充件；將該加強件包覆住該中空骨架；將一第二模具結合於該第一模具上；對於該中空骨架抽取真空，使該中空骨架與該填充件之間形成有一空隙；再對於該中空骨架灌注一樹脂，使該樹脂充滿該中空骨架內部及該空隙，利用該樹脂連結固定該中空骨架、加強件及填充件；等待該樹脂乾燥後進行脫模，即製成一葉片。利用上述方法可製成重量輕及強度大的葉片。
Description
本發明係有關於一種可以製造出重量輕及強度大的發電機扇葉之葉片及其製造方法。
目前一般所常見之風力發電機的葉片構造，主要係由一實心材料成型製成，或是由空心之金屬片所組成。由於該葉片若為實心之結構，則會造成整體的重量過大，而使得風力小於葉片本身的重量，造成風力帶動葉片旋轉時的速度降低，以致於影響到發電的效率。又該葉片若是為空心之構造，則容易造成葉片扭曲變形而損壞，相較於實心葉片而言，使用效率更低。
因此有中華民國100年10月1日所公告之新型第M413027號「風力發電機葉片模組」專利案，其係揭露：設有一扇葉結構，該扇葉結構與對應風扇軸承之結合部為一體成型之設計，用以提升風扇之結構緊實度，其中該扇葉結構係由一高分子材料包覆複數層不同排列結構的纖維材料以及一配置於該些纖維材料中的發泡層所形成，該發泡層包含發泡材料、填充材料及樹脂材料，藉以降低該葉片模組之重量，且該發泡層係由複數個箱型結構所構成，藉由橫斷面增強整體之結構強度，使該風力發電機葉片模組不僅輕量化，其結構也更較習知的更為強化。其製造方法係先將纖維材料按壓於模具之外緣，再將
發泡層之材料包覆於內，壓模成型以形成一體成形之扇葉結構，再於最外層包覆一高分子材料。
惟該專利前案所揭示的葉片構造，僅是一層又包覆另一層的層狀構造，各層之間並未有互相連結的構造。因此在結構強度上明顯不足，難以承受過大的風力。而且其未詳細揭示製造的過程，因此無法直接且無歧異的瞭解到該葉片的製造過程。
另有中華民國104年3月1日所公告之發明第I474919號「複合材料風力機葉片結構及製作方法」專利案，其係揭露：係利用複合材料質輕高強度之特性，其中之葉片預成形物結構包括三部份，一是鎖合式金屬轉接頭預成形物，可為外接金屬旋轉軸之接頭結構，可內接乾式長纖維疊層。一是保麗龍內膽(發泡級聚苯乙烯)預成形物，用以支撐整體結構且可產生模具內均壓彈性效果。另一部份，乾式長纖維疊層預成形物，可連續性整體捲繞包覆補強保麗龍內膽外圍預成形物結構形態。成型製作方法是利用樹脂真空轉注成型法注入環氧樹脂於設定之模具內，使模穴內之乾式長纖維疊層、鎖合式金屬轉接頭及保麗龍內膽等預成形物與環氧樹脂充分膠合浸潤，並在設定溫度之下一體熱硬化成型，如此可減輕結構重量及降低加工成本，進而利用高強度結構，增進整體葉片支撐效果為主要目的。
該專利前案主要係以保麗龍材料作為葉片之內膽構造，由於僅依靠保麗龍材質，其強度不足，抗扭曲及抗彎曲的能力不足，僅適合於小型發電機之扇葉使用。
爰此，有鑑於目前的風力發電機的葉片構造及其製造方法具有上述之缺點。故本發明提供一種發電機扇葉之葉片製造方法，包含有：預先製造一中空骨架，該中空骨架係由複數金屬片結合而成，又該中空骨架係結合有一固定部；於一第一模具的模穴中設入有一加強件；將該中空骨架置入該模穴中；於該中空骨架內部置入有至少一填充件；將該加強件包覆住該中空骨架；將一第二模具結合於該第一模具上，以密合該中空骨架，該固定部係凸伸於該模穴外；透過該第一模具及/或該第二模具對於該中空骨架抽取真空，使該填充件收縮變形，而於該等金屬片與該填充件之間形成有一空隙；再透過該第一模具及/或該第二模具對於該中空骨架灌注一樹脂，使該樹脂充滿該中空骨架內部及該空隙，利用該樹脂連結固定該等金屬片、該固定部、該加強件及該填充件；等待該樹脂乾燥後進行脫模，即製成一葉片。
上述金屬片與該固定部之間的結合方式係以焊接方式結合。
上述固定部係結合於該等金屬片之端部。
上述金屬片係為鋁合金或鈦合金所製成。
上述金屬片上設置有複數透孔，該樹脂係充滿該等透孔。
上述加強件係為碳纖維材質所製成。
上述填充件係為塑膠氣球、保麗龍顆粒或PE發泡顆粒。
本發明亦為一種發電機扇葉之葉片，係以上述發電機扇葉之葉片製造方法所製成。
上述技術特徵具有下列之優點：
1.利用設呈為空心的中空骨架，再於中空骨中置入有一填充材，藉以可減少葉片之重量，以達到提昇風力旋轉速率，及加快發電的效率。
2.進一步於中空骨架上結合有碳纖維製成之加強件及重量輕的填充件，藉以增加葉片本身的強度，抗扭曲及抗彎曲的能力強，使其可長久使用或承受較大的風力時，可結合穩固而不易分散，以達到長期使用之功效。
(1)‧‧‧中空骨架
(11)‧‧‧金屬片
(12)‧‧‧透孔
(13)‧‧‧固定部
(2)‧‧‧第一模具
(3)‧‧‧加強件
(4)‧‧‧填充件
(5)‧‧‧第二模具
(51)‧‧‧抽氣口
(52)‧‧‧灌注口
(6)‧‧‧樹脂
(A)‧‧‧空隙
(B)‧‧‧葉片
[第一圖]係為本發明實施例之製造流程圖。
[第二圖]係為本發明實施例中空骨架之立體圖。
[第三圖]係為本發明實施例於第一模具的模穴中鋪設加強件之示意圖。
[第四圖]係為本發明實施例中空骨架置入該第一模具的模穴中之示意圖。
[第五圖]係為本發明實施例中空骨架內部置入填充件之示意圖。
[第六圖]係為本發明實施例加強件包覆中空骨架及第二模具結合第一模具之示意圖。
[第七圖]係為本發明實施例對於中空骨架抽取真空之示意圖。
[第八圖]係為本發明實施例對於中空骨架灌注樹脂之示意圖。
[第九圖]係為本發明實施例脫模後所製成的葉片之立體圖。
請參閱第一圖及第二圖所示，本發明實施例係為一種發電機扇葉之葉片製造方法，包含有下列步驟：預先製造一中空骨架(1)。該中空骨架(1)係由複數金屬片(11)結合而成具有一葉片之雛型。又該等金屬片(11)上設置有複數透孔(12)。並於該等金
屬片(11)之端部係另外結合有一固定部(13)，該等金屬片(11)與該固定部(13)之間的結合方式係以焊接方式結合。又該等金屬片(11)係為鋁合金或鈦合金所製成。
如第三圖所示，於一第一模具(2)的模穴中鋪設有一加強件(3)，該加強件(3)係為碳纖維材質所製成。
如第四圖所示，將該中空骨架(1)置入於該第一模具(2)的該模穴中，使該加強件(3)位於該中空骨架(1)的周緣。
如第五圖所示，於該中空骨架(1)內部置入有至少一填充件(4)。該填充件(4)係可為一塑膠氣球、保麗龍顆粒或PE發泡顆粒等重量輕的材料。該填充件(4)係可經由該等金屬片(11)之間的隙縫置入，並充滿於該中空骨架(1)的內部。
如第六圖所示，將該加強件(3)整個包覆住該中空骨架(1)的周緣。
再將一第二模具(5)結合於該第一模具(2)上，藉以密合該中空骨架(1)。利用該第一模具(2)及該第二模具(5)互相密閉結合，藉以使該中空骨架(1)係密合於該第一模具(2)及該第二模具(5)的該模穴內。並使該中空骨架(1)的該固定部(13)係凸伸於該模穴外。
如第七圖所示，透過該第一模具(2)及/或該第二模具(5)的一抽氣口(51)，對於該中空骨架(1)抽取真空，藉以使該填充件(4)收縮變形，而於該等金屬片(11)與該填充件(4)之間形成有一空隙(A)。
如第八圖所示，再透過該第一模具(2)及/或該第二模具(5)的二個以上的灌注口(52)，對於該中空骨架(1)灌注一樹脂(6)，使該樹脂(6)充滿該中空骨架(1)內部、該等透孔(12)及該空隙(A)，利用該樹脂(6)係可連結固定該等金屬片(11)、該固定部(13)、該加強件(3)及該填充件(4)成為一體。
如第九圖所示，等待該樹脂(6)乾燥後進行脫模，即可製成完整的一葉片(B)。
本發明實施例係為一種發電機扇葉之葉片，如第九圖所示，係利用上述發電機扇葉之葉片製造方法所製成。利用該葉片(B)之該固定部(13)可以組裝於一發電機之轉軸上，而構成一扇葉〔圖中未示〕。該葉片(B)的內部係填充有重量輕的該填充件(4)〔如第八圖所示〕，而外部則灌注有該樹脂(6)，利用該填充件(4)及該樹脂(6)，可以使該葉片(B)的整體重量大幅減少，藉以裝設於該發電機之該扇葉上時，可以提昇風力旋轉時的速率，以加快發電的效率。又可以利用該樹脂(6)係充滿該中空骨架(1)內部、該等透孔(12)及該空隙(A)內，藉以可連結固定該等金屬片(11)、該固定部(13)、該加強件(3)及該填充件(4)成為一體。利用結合有碳纖維製成之該加強件(3)及重量輕的該填充件(4)，藉以增加該葉片(B)本身的強度，可提高抗扭曲及抗彎曲的能力，使其可長久使用或承受較大的風力時，可結合穩固而不易分散，以達到長期使用之功效。又利用該加強件(3)整個包覆住該中空骨架(1)，因此可以增加整體的強度，以加強其耐用性及耐久度。如此，利用本發明之該葉片(B)所組裝完成的該發電機之該葉片，可以大幅提昇發電時的效率，以及可供長期使用而不易損壞。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
Claims (8)
- 一種發電機扇葉之葉片製造方法，包含有：預先製造一中空骨架，該中空骨架係由複數金屬片結合而成，又該中空骨架係結合有一固定部；於一第一模具的模穴中設入有一加強件；將該中空骨架置入該模穴中；於該中空骨架內部置入有至少一填充件；將該加強件包覆住該中空骨架；將一第二模具結合於該第一模具上，以密合該中空骨架，該固定部係凸伸於該模穴外；透過該第一模具及/或該第二模具對於該中空骨架抽取真空，使該填充件收縮變形，而於該等金屬片與該填充件之間形成有一空隙；再透過該第一模具及/或該第二模具對於該中空骨架灌注一樹脂，使該樹脂充滿該中空骨架內部及該空隙，利用該樹脂連結固定該等金屬片、該固定部、該加強件及該填充件；等待該樹脂乾燥後進行脫模，即製成一葉片。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該等金屬片與該固定部之間的結合方式係以焊接方式結合。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該固定部係結合於該等金屬片之端部。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該等金屬片係為鋁合金或鈦合金所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該等金屬片上設置有複數透孔，該樹脂係充滿該等透孔。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該加強件係為碳纖維材質所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述發電機扇葉之葉片製造方法，其中，該填充件係為塑膠氣球、保麗龍顆粒或PE發泡顆粒。
- 一種發電機扇葉之葉片，係以申請專利範圍第1項至第7項任一項所述發電機扇葉之葉片製造方法所製成。
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