TWM587691U - 水平軸風力發電機葉片根部之固定帶 - Google Patents

Abstract

一種水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，包括有帶體纏繞於葉片根部一圈，且遮蔽葉片根部的多個徑向圓孔，並對應徑向圓孔內的徑向螺柱，而帶體的頭端與尾端係呈疊設狀態；以及固定件穿設固定於該頭端與該尾端，可以在徑向螺柱受損或失效等品質問題時，可以更迅速、簡便的進行更換作業，成為一種實用性極佳之創作。

Description

水平軸風力發電機葉片根部之固定帶

本創作是一種固定帶，特別是指應用在水平軸風力發電的葉片根部位置。

近年來生化能源價格高漲，各國積極發展永續或再生能源科技，目前較為接受的替代方案有太陽能、風力、潮差發電等，期望能夠在未來逐漸取代各國目前十分仰賴的核能發電廠與燃煤火力發電廠。特別是在日本發生因地震導致嚴重核能電廠災後，各國紛紛建立核能與火力等電廠的退場或廢除機制，為了彌補前述發電廠所短缺的電力，需要加速發展前述永續能源的利用與建立。

目前在各國的沿海地區甚至離岸的海面所架設的風力發電機大多是屬於水平軸發電機，此種發電機需要在地面或海底建構地樁，再將塔座安裝在地樁上，塔座的上端則是有機艙、發電機組，更安裝轉子葉片等，螺旋槳迎向面風向，透過風力驅動葉片轉動內部轉子機構帶動發電機。

前述葉片僅透過其根部位置的螺栓與轉子機構連接在一起，葉片整體的重量負載以及轉動下的作用力，最終會透過根部傳遞到內部轉子機構上，以致葉片根部所需承受負荷極大，也因此葉片經常是在根部位置受損，所以葉片根部必須具備有足夠的剪切強度、擠壓強度等嚴苛條件，因此葉片根部設計是葉片結構開發設計中重要的一個項目。一般水平軸發電機葉片是採取複合材料所製成，且其根部是結合有螺栓，而螺栓設置在葉片根部的結合方式主要有預埋螺栓與T型螺栓連接兩種方式。

預埋螺栓的結構特徵是在葉片根部，殼體玻璃纖維補強層之厚度的中間位置，螺栓被安排等距間隔預埋而固定在葉片根部的預設位置上，例如有中國公告專利第CN201165933 風電葉片螺栓套預埋成形結構。

T型螺栓連接形式是目前業界最常在葉片根部設置螺栓的一種方式，其所採用的技術特徵是在葉片的根部設置多個軸向圓孔與徑向圓孔，又軸向圓孔各別徑向圓孔，透過軸向圓孔與徑向圓孔貫通情況下，軸向圓孔與徑向圓孔的組合下成T型孔洞結構，數個徑向螺柱設置定位在徑向圓孔，而軸向螺栓則安裝於軸向圓孔，並以軸向螺栓一端固定於徑向螺柱內，而軸向螺栓另一端則外露軸向圓孔並位於葉片的根部外側位置，以致軸向螺栓與徑向螺柱結合呈T型連接。

為了防止雨水或一些灰塵、雜物從徑向圓孔與徑向螺柱之間的間隙進入，業者目前採取的作法是在徑向圓孔兩孔端位於葉片的外側與內側位置，進行內外包覆的防護結構措施。目前內外包覆的防護結構措施是先在徑向圓孔的兩孔端外緣位置塗上黏著劑，更填充於徑向螺柱與徑向圓孔之間的間隙，再來在葉片的內外側位置繞著根端一圈纏繞多層防護布(玻璃纖維布)。

前述防護措施會把徑向螺柱完全固定在徑向圓孔位置，然而在葉片長期運轉下會在徑向螺柱、軸向螺栓出現螺紋受損、失效的問題，而需要更徑向螺柱與軸向螺栓時。必須要破壞掉前述防護布(玻璃纖維布)與黏著劑，才能進行徑向螺柱或軸向螺栓的新品更換。由於葉片的根部位置是連接安裝在內部轉子機構上，因此操作空間狹小，而且破壞前述防護布與黏著劑會產生大量的粉塵與防護布碎屑，更會帶給發電機內部帶來清潔上的困擾，以致更換作業上相當麻煩與困難。

另外，葉片在被製造成型過程中，由於葉根的玻纖加強鋪層厚度尺寸達到90㎜，在樹脂灌注固化冷卻過程中易產生收縮，其結果是葉根的圓周周真圓度不足，導致徑向螺柱不能完全嵌入螺栓孔內而凸出於葉根的內表面或外表面，目前為了解決凸出表面導致表面不平整的問題，現階段大多是使用黏著劑填充與修整，如此會增加葉片製造過程的黏著劑使用量，以及較多的使用量相對以增加了黏著劑的固化時間，造成葉片的生產週期被拖長，也因施作者的自身技術熟練度而有所差異，使得葉片根部的內表面或外表面的外觀品質不佳。

本創作主要目的係解決以往葉片根部因徑向螺柱(軸向螺栓)完全被固定，維修拆卸不易的問題，以致在徑向螺柱(軸向螺栓)受損或失效等品質問題時，可以更迅速、簡便的進行更換作業，成為一種實用性極佳水平軸風力發電機葉片根部之固定帶。

再者，使用本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，提供改良先前技術中使用於徑向螺柱、軸向螺栓會有大量消耗黏著劑與防護布(玻璃纖維布)用量的問題。

此外，使用本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，改善先前技術因防護結構措施導致葉片根部外觀局部增厚，以及外型不美觀的問題。

本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，包括：一帶體，其具有一頭端與一尾端以及連接該頭端與該尾端之一身段，該帶體纏繞於一葉片根部一圈，且該身段遮蔽該葉片根部之複數徑向圓孔，由該身段對應該複數徑向圓孔內之徑向螺柱，而頭端與尾端係呈疊設狀態，又該頭端與該尾端皆設有一通孔；以及一固定件穿設固定於該頭端與該尾端的通孔。

本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中帶體係由密度大強度高的玻璃纖維斜紋布與環氧樹脂所製成，所以帶體可以隨著葉片根部的外型彎曲，帶體的長度尺寸為6100㎜寬度尺寸為84㎜厚度尺寸為2~3㎜，因此需要使用玻璃纖維斜紋布製作9層的層數進行堆疊。帶體係依據前述尺寸需求經由鋸床鋸切完成，並使用角磨機將固定帶表面與邊緣上的毛刺和坑窪磨平，並於帶體表面塗佈面漆以完成面漆層。將前述加工完成的帶體纏繞在葉片根部的徑向圓孔外側一圈，並以固定件固定。前述固定件為鉚釘或自攻螺絲。

進一步包括有一外矽膠層其結合於該帶體與葉片根部周側之間的縫隙且呈圓弧角狀。進一步包括有一內矽膠層位於葉片根部的內腔，並結合填充於該徑向圓孔與徑向螺柱之間的間隙。

本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其具體功效為：使用先前技術防護結構措施時於葉片根部的防護布(玻璃纖維布)消耗為6公斤，後續還需要使用6公斤的黏著劑進行填充與修整。而使用本創作後相關耗材則只需使用防護布(玻璃纖維布)消耗為0.7公斤，後續填充與修整的黏著劑只需消耗0.7公斤，減少了黏著劑與玻璃纖維布的用量，可以降低材料成本。此外由於固定帶採取事先製作，在安裝上只需要待徑向螺柱與軸向螺栓連接組合後即可直接進行作業，如此簡化了先前技術慣用的操作工序，所以可以縮短了葉片的生產週期。特別的是使用本創作固定帶，在替換徑向螺柱與軸向螺栓時，可以更為迅速、簡便的進行拆卸以及更換新品的作業。

請參閱第一至四圖所示，本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶1，包括：一帶體2，其具有一頭端21與一尾端22以及連接該頭端21與該尾端22之一身段23，該帶體2纏繞於一葉片3根部31一圈，且該身段23遮蔽該葉片3根部31之複數徑向圓孔32，由該身段23對應該複數徑向圓孔32內之徑向螺柱321，而頭端21與尾端22係呈疊設狀態，又該頭端21與該尾端22皆設有一通孔211、221；以及一固定件4穿設固定於該頭端21與該尾端22的通孔211、221。

本創作水平軸風力發電機葉片根部之固定帶1的創作特徵：

1、本創作根據葉片3的根部31外周面的直徑尺寸，來決定製作帶體2的長度尺寸，並採略長一點的尺寸。在此係以一特定葉片3產品為例下決定了帶體2的長度尺寸為6100㎜。

2、本創作根據葉片3的根部31之徑向圓孔32孔徑為65㎜，且帶體2需要完整覆蓋徑向圓孔32以及此孔內的徑向螺柱321即可，因此採用帶體2的寬度尺寸為85㎜。由於帶體2需要具有一定強度以及柔韌以便於彎曲，因此帶體2的厚度採用2㎜~3㎜。

3、本創作帶體2係採用低克重玻璃纖維布與環氧樹脂所製成，等待樹脂固化後切割成長度尺寸達6100㎜寬度尺寸85㎜，更使用角磨機將帶體2表面與邊緣上的毛刺和坑窪磨平。在固定帶1安裝前，特別在帶體2的表面塗佈結合面漆層(圖中未繪製)，或是黏上防污紙，使得固定帶1安裝於葉片3的根部31之徑向圓孔32外周緣上得以平整貼合。

4、安裝固定帶1時，先在帶體2底部塗上黏著劑(圖中未繪製)，將其纏繞到根部31的徑向圓孔32外側一圈，拉緊並拭去多餘黏著劑，接著讓帶體2的頭端21與尾端22呈疊設狀態，形成帶體2兩端相互搭接貌，另外在頭端21與尾端22疊設位置鑽出通孔211、221，再由鉚釘槍將鉚釘固定在頭端21與尾端22的通孔211、221位置，使得帶體2能緊貼固定於葉片3根部31的徑向圓孔32外側。

5、另外使用矽膠填充於帶體2與葉片3根部31周側之間的縫隙，界已成為圓弧角狀之外矽膠層34。

6、在葉片3根部31的內腔，使用矽膠填充位於該徑向圓孔32與徑向螺柱321之間的間隙，形成內矽膠層35位於葉片3根部31的內腔。

當徑向螺柱321與軸向螺栓331出現螺紋受損、失效等品質上問題需要更換時，可藉由拆卸固定帶1，即可取出徑向螺柱321。更提供不拆固定帶1情況下，只需刮除內矽膠層35，即可由葉片3根部31的內腔處取出徑向螺柱321，方便進行徑向螺柱321的更換作業。

除此之外，本創作亦可提供徑向螺柱321凸出於徑向圓孔32外周緣時，同樣只需由帶體2直接覆蓋而直接形成均勻的圓形外表面，不須另外填補黏著劑，如第五圖所示。

1‧‧‧固定帶
2‧‧‧帶體
21‧‧‧頭端
211‧‧‧通孔
22‧‧‧尾端
221‧‧‧通孔
23‧‧‧身段
3‧‧‧葉片
31‧‧‧根部
32‧‧‧徑向圓孔
321‧‧‧徑向螺柱
33‧‧‧軸向圓孔
331‧‧‧軸向螺栓
34‧‧‧外矽膠層
35‧‧‧內矽膠層
4‧‧‧固定件

第一圖係本創作固定帶立體圖。
第二圖係本創作固定帶安裝固定於葉片固定帶之立體示意圖。
第三圖係第二圖局部放大圖。
第四圖是本創作固定帶安裝於葉片根部之剖面示意圖。。
第五圖是本創作另一種實施型態示意圖。

Claims (9)

1. 一種水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，包括：
   一帶體，其具有一頭端與一尾端以及連接該頭端與該尾端之一身段，該帶體纏繞於一葉片根部一圈，且該身段遮蔽該葉片根部之複數徑向圓孔，由該身段對應該複數徑向圓孔內之徑向螺柱，而頭端與尾端係呈疊設狀態，又該頭端與該尾端皆設有一通孔；
   以及一固定件穿設固定於該頭端與該尾端的通孔。
2. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中該帶體是由玻璃纖維斜紋布與環氧樹脂所製成。
3. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中該帶體的長度尺寸為6100㎜，寬度尺寸為84㎜，厚度尺寸為2~3㎜。
4. 如請求項2所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中玻璃纖維斜紋布係為9層數堆疊。
5. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中該固定件為鉚釘。
6. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，其中該固定件為自攻螺絲。
7. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，進一步包括有一外矽膠層其結合於該帶體與葉片根部周側之間的縫隙且呈圓弧角狀。
8. 如請求項7所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，進一步包括有一內矽膠層位於葉片根部的內腔，並結合填充於該徑向圓孔與徑向螺柱之間的間隙。
9. 如請求項1所述之水平軸風力發電機葉片根部之固定帶，進一步包括有一面漆層其塗佈結合於該帶體的表面。