风的线条.doc

「創意組」複賽說明書封面 群 別：化工 參賽作品名稱：風的線條 關 鍵 詞：風力機、發電機 製作說明： 1.說明書封面必須僅可包含群別、參賽作品名稱及關鍵詞。 2.除規定文字外，參賽作品作者可自行設計說明書封面。 【風的線條】 壹、創意動機及目的 一、風力發電在海島型氣候的台灣是具有經濟價值的能量，風力發電機構是在一立向主柱上端所結合之一風力發電機組，其運轉軸心之外段設有呈放射狀排列之風機葉片，在迎風面方向可接受風力推送而迴轉時，可帶動風力發電機組之運轉軸心運轉發電。然而季風的風向隨著季節的轉變各有不同，當風向改變而風機葉輪無法調節改變來對應時，風機葉輪經常受到偏斜風向的推力勉強運轉時，容易使風機葉輪因不正常的受力而損壞與產生疲勞、老化等問題，尤其阻力型垂直型風力機葉輪更是首當其衝。所以針對風力機葉輪結構易受到轉變方向的風力或雷電擊摧折使結構受損的缺點，用設計、分析、製造及利用複合材料膠合技術來組裝風力機葉輪零組件結構系統，是本研究欲解決的主要問題。 二、由於最近大幅漲價的石油和全球氣候暖化變遷，綠色能源已成為世界的一個重要能源來源。其中可用節能減碳綠色能源之一，風力發電是最有效率的綠色能源 。薩瓦尼轉子是在 1931 年薩瓦尼芬蘭工程師的構思是一種垂直型風力發電機組。此轉子是由兩個半圓與重疊較小的 S 形截面所組成。通過簡單的設計和低成本，薩瓦尼轉子主要用於抽水和風力發電。起動力矩較大可以讓薩瓦尼轉子作為風力渦輪機。然而，薩瓦尼轉子沒有成為流行發電的原因是因為它的功率、效率比其它水平軸型風力機組低。最近，一些適合小型風力發電機極為發達，常應用於安全性需求較高之住宅社區，它具有低轉速高扭矩的特性。因此，基於這些原因，發展複材垂直型風力機葉輪改良型薩瓦尼轉子系統，具有高效率和可靠性，且低成本。 貳、作品特色與創意特質 一種多階式垂直軸型複材風力機具有修改薩瓦尼轉子系統之製程被呈現。其中修改薩瓦尼轉子系統是由半圓型葉片及圓形端板所組成，而半圓型葉片剛好設定夾於上下圓形端板之間，整體轉子系統繞著中心垂直軸旋轉。利用雷射雕刻技術將壓克力板製作出預成型物，再用二氯甲烷將預成型物膠合固定。在這研究中也利用複材膠合技術將各單階葉片膠合成多階式複材修改型薩瓦尼轉子系統，同時成型之轉子葉片被用來測試靜態及動態各項性能，並說明其目前製程方法之合適性及應用性。 參、研究方法(過程) 壓克力葉輪轉子模型的製程方法分為六大步驟，如圖所示，可分為 　一、雷射雕刻機壓克力切割 (一)以雷射切割壓克力板成半圓形 (二)以大片正方形壓克力切割半圓形 (三)以固定壓克力圓柱體切割出半圓柱體 (四)以大片壓克力切割出三片三角架結構 (五)以圓形壓克力板將中心挖空 在以打洞機在圓四周對角打洞 二、單階壓克力葉輪組件接合 (一)黏合兩片半圓形柱體在圓型壓克力板上 (二)以上步驟之成品疊層 (三)以水平儀測疊層後之水平 三、DV直流馬達匹配 (一)固定發電機在三角形壓克力板上 (二)接發電機上的齒輪 四、骨架組合 (一)三角形壓克力板與疊層之組合 (二)組裝固定軸桿 (三)鎖上螺帽並調至水平 　 五、壓克力葉輪轉子模型發電運轉。 (一)完成組裝進行測試 (二)以風扇進行運轉測試 肆、依據理論及原理 壓克力葉輪轉子模型製造完成，進行流場實驗及分析。首先如圖1-1所示，利用雷射光及噴霧器進行煙霧在葉輪轉子流場分佈，利用目視可清楚瞭解不同煙霧流入葉片角度，可得知煙霧對葉輪轉子軌跡分佈。最後利用COMSOL MULTIPHYSICS軟體進行二維單階葉輪轉子流場分析，如圖1-2所示，其中α角代表煙霧流入葉片垂直角度，當α=0o時，其流場產生扭力矩最大，相對α=90o時，其流場產生扭力矩最小，當扭力矩愈大，葉輪愈容易被運轉而發電。 伍、作品功用與操作方式 垂直型壓克力葉輪模型性能檢測 本實驗的目的是利用壓克力葉輪模型進行性能檢測，求出壓克力葉輪運轉時所產生的電壓、電流、轉速及風速，如表1-1及圖1-5、1-6、1-7所示，所使用實驗設備有鼓風機、變頻器、轉速器、風速儀、三用電錶，其量測步驟為：如圖1-3。 先設定變頻器頻率為33Hz，事先經過測試帶動壓克力葉輪轉動的頻率剛好是33Hz，故以33Hz為起始頻率。 用風速儀量測33Hz~60Hz的風速。 將壓克力葉輪固定於平台上，並畫線定位，將葉輪