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學術出版;;Publications

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收集所有交通大學研究人員與學生個人或團體所發表之各項學術著作，涵蓋期刊論文、教師專書、學位論文等項。;;Collections of Publications of NCTU Researchers and Students Like Journal Papers and Thesis.

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🏛️國立陽明交通大學機構典藏

Author: search.filters.author.KAM TAI-YANSubject: search.filters.subject.wind blade

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    複合材料風力機之研製---總計畫
    (2008)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系(所)
    本計畫將藉兩年時間整合三個子計畫以研發一具實用及經濟價值的小型複合材料 風力發電機。 各計畫之名稱、負責人及目的說明如下： 1.總計畫──「複合材料風力機之研製」 主持人：金大仁，協同主持人：林炎增 目的：控管及協調各子計畫，整合各子計畫之成果並組裝一具實用性及經濟價值的 風力機供系統試驗及評估用。 2.子計畫一──「風力機系統設計與保固之研究」 主持人：蘇盛竹 目的：研發一套分析設計風力機系統的方法以提昇風力機的發電效率，並開發一套 監控風力機系統完整性的健康診斷系統，以確保風力機運作正常。研究結果 供子計畫二作為研製關鍵零組件之用及子計畫三作試驗時施加負荷之準則。 3.子計畫二──「風力機關鍵零組件之研製」 主持人：張瑞榮，共同主持人：吳家宏 目的：藉理論分析及實作以取得設計及製作風力機關鍵零組件的技術，並建立一套 應用複合材料修補這些零組件的方法與程序。研究結果供總計畫組裝風力機 之用，組成之風力機可進行可靠度試驗。 4.子計畫三──「風力機試驗平台與可靠度試驗程序之建立」 主持人：金大仁，共同主持人：賴.民、曾育鍾 目的：開發風力機試驗所需的設備及夾治具，建立風力機可靠度試驗的作業程序。 利用所建立的試驗平台測試所研製之風力機，並評估其可靠性。研究結果可 回饋給子計畫一和二作為改善系統及零組件之設計用。 本總計畫各年之主要工作及研究內容為： 1.第一年 控管各子計畫之進度，協調各子計畫使彼此能互相支援及交流成果。進行風力機 成本分析，使風力機儘量達到成本低可靠性高的目的。協助各子計畫選用及採購合適 的材料及元件以提升風力機的競爭力。設計風力機中的轉接頭，塔架及基礎。 2.第二年 控管各子計畫之進度及支援各計畫的需求。組裝風力機及進行各種環境下之試 驗，試驗數據分析，失效模態分析，可靠性評估，提出改善對策，進行可靠度成長試 驗及驗收成果。
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    複合材料三明治風力葉片之材料常數識別與健診研究
    (2010)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系（所）
    在减碳及能源短缺的壓力下, 各國正積極開發再生能源。目前再生能源中，風力發 電為較成熟的產業之一。風力發電系统中, 葉片是吸取風能的一個關鍵元件, 它需有足 夠高的可靠性, 並能長期經得起惡劣環境對葉片材料性質的影的及承受所施予的負 荷。複合材料質輕強度大, 已廣泛用來製作風力葉片, 如何確保其品質及掌握其壽命是 一重要研究課題。本計畫研究建立一套識別複合材料三明治風力葉片材料常數及評估 其壽命的非破壞檢測方法，此法利用量測葉片的自然頻率或受力激震振幅來識別葉片 的材料常數，從而判斷葉片的老化或受損情形。本研究將利用有限單元法建立一分析 葉片振動行為的模型，其中葉片炳端的固定處將以線性彈簧模擬，並分別探討利用葉 片的自然振動頻率或葉片受激震產生之振動量來識別葉片之材料常數。若原始測得的 振動資訊與老化後得到的振動行為有異，則葉片的材料常數顯然有所改變，亦即材料 特性已不如原本預期, 根據材料常數的衰減速度來預估葉片的壽命。本研究利用最佳化 方法來找尋葉片材料的真實材料常數，藉使理論與實驗自然振頻間的誤差最小化或振 幅資訊誤差最小化進而找到正確的材料常數。本研究將探討如何選取最佳化方法中合 適的係數，使尋找的過程更快速及有效。葉片的自然振頻可藉敲擊法的振動試驗來取 得，而其振幅資訊可用簡諧激震掃頻振動方法來求得，這些方法都非常方便使用及有 效。本研究將探討本方法在風力葉片的材料識別能力，進而建立一套葉片壽命的非破 壞評估檢測方法，結果可供產業界及學術界參考。
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    垂直軸式層狀型風力發電系？i之研製-垂直軸式層狀型風力發電系統之研製-總計畫(II)
    (2011)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系（所）
    風力發電為一主要的再生能源，它將大自然的風速動能轉換成電能，不需要石化燃料的能量轉換，成本低廉,亦不會產生二氧化碳與其他廢氣等公害, 為一潔淨能源。風力發電可分為垂直軸式與水平軸式两種, 目前大型風機多為水平式, 但中小型則傾向採用垂直軸式, 因為垂直軸式風力發電具有設計方法先進、風能利用率高、起動風速低、基本不易產生氣動噪音等優點，具有廣泛市場應用的前景，因此垂直軸式風力發電機將越受重視。在實際環境中風向是經常變化的，水平軸式風機的迎風面不可能始終對著風，容易引起“對風損失” 即無法充份吸取風能的缺點，而垂直式風機則不容易存在這個問題。另一方面,垂直軸式風機的葉片在旋轉過程中的受力情況要比水平軸式的好，由於慣性力與重力的方向始終不變，所受的是恆定載荷，因此疲勞壽命要比水平軸式風機長。同時，垂直式風機可以放在風機的下部或是地面，便於安裝和維護。雖然垂直軸式風機有上述的優點, 但目前的設計方式存在着不少缺點, 以致其發電效率不彰, 影响其經濟價值。一般阻力型(Savonius)垂直軸式風機在低風速時便可啓動發電, 但只能在慢轉速下發電, 風速變高後發電效率便會變差。若改為升力型(Darrieus) 者, 則只適合在高風速下發電, 低風速時發電效率不佳。將两者合在一起來發電, 則可能會有慣性牽累及擋風的問題發生, 影响發電效果。本研究提出一新的設計理念, 以排除目前垂直軸式風機的缺點。本計畫所研發的垂直式風機系統包括一多層圓盤式吸能機構、發電機、電控系統(含儲電及市電併網管理功能) 和蓄電元件等。第一年先以一1kW的新型垂直軸式層狀型風機系統作為模擬對象, 分別研究葉輪的空氣動力特性及流場形態、複合材料葉輪的結構設計及壽命評估、複合材料葉輪的成型方法及模具設計、永磁式發電機的發電特性及可靠度、電力的最佳管控方法、儲電系统的建立、轉動機構的行為、系统的整合技術、元件及結構的測試方法與允收標準、系统的試騐方法及效率與可靠性評估等。第二年(即本年度)延續第一年的工作, 改善及提升第一年所建立之研究方法和技術, 並用於研製一實用型及具商品化潛力的1kW垂直軸式風機系统。本計畫將設計並製作發電系统的轉動機構, 然後整合子計畫或廠商提供之葉輪、發電機、電控系统及儲電元件以組裝整座風力發電系统, 進行風機系统運轉的功能、穩定性及可靠度試騐, 分析測試結果, 識別影響風機效率及導致風機系统失效之重要因子, 並提出改善對策。本計畫之研究將作為將來研發中型風力機系统的奠基工作, 所開發之設計、製造、測試、保固等程序和技術都可提供給產業界作為將來生產小型或開發中型風力機系统的依據。
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    小型風力機用複合材料葉片的可靠度模式之建立及應用研究
    (2012)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系（所）
    小型風力發電機的三個重要研發課題是效率、可靠性和成本，其中風力葉片與這些課題 均是息息相關的。葉片是風機的吸能元件，其效率及可靠性可直接影响風機的發電效率 及效益，目前的葉片在這方面仍有很多尚待改進之處。複合材料具有多項優點，且因玻 璃纖維布的價格較低，故目前的葉片多用玻璃纖維複合材料來製作。但這種葉片在日曬 雨淋的環境下長期運轉會有疲勞及老化的問題，其材料的強度及常數會隨時間的增加而 下降，若在葉片的設計過程中沒有加以考慮，將嚴重影响葉片的可靠度。另一方面，葉 片在其設計年限內所受到的極端風力為一隨機變數，其值會受到隨機的風速和風向所影 响，所以在葉片的設計過程中須考慮這些不確定因素，以確保葉片可達到一定可靠度的 水平。本計畫擬建立一葉片可靠度分析方法，供設計複合材料葉片承受極端風力之用， 其中玻璃纖維複合材料的性質遞減模式由老化及疲勞試驗的結果來建立，風速和風向設 為隨機變數，並藉葉片元素理論來求得風力。在葉片的破壞分析中，考慮首層破壞、挫 屈和折斷等破壞模態，並在風速和風向的聯合機率分布座標平面中建立葉片的極限方程 式，然後利用數值積分方法求取葉片在不同負載狀况下的可靠度，結果可供改善葉片設 計之用。本計畫將以一5kW 玻璃纖維複合材料葉片為例來進行研究，探討提升該葉片 可靠度的設計方式。
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    高效率碳纖維束加勁玻璃纖維複合材料風力葉片之研製
    (2012)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系（所）
    小型風力發電機的三個重要研發課題是效率、可靠性和成本, 其中風力葉片與這些課題均是息息相關的。葉片是風機的吸能元件, 其效率及可靠性可直接影响風機的發電效率及效益, 目前的葉片在這方面仍有很多尚待改進之處。複合材料具有多項優點, 且因玻璃纖維布的價格較低, 故目前的葉片多用玻璃纖維複合材料來製作。但玻璃纖維布的重量仍嫌稍高, 剛性亦稍嫌不足, 都會影响葉片的靈活性及效率, 故目前的設計方式仍有可改善之處。 本計畫擬採用新的葉片結構設計及利用少量碳纖維紗束加勁玻璃纖維布來研發一2.5m長、可供5kW發電機使用的葉片, 使葉片的效率可以達到0.38以上、重量在6公斤以下及可承受的風速在60m/s以上。本計畫將從設計、製造和測試等三方面研發所提出之新一代葉片: 1. 設計研究 本研究將利用商用空氣動力分析軟體Fluent和Javafoil分析葉片在特定轉速和風速下的升力和阻力係數分布, 然後利用葉片元素法計算葉片的負載。 因葉片的效率與其所產生之扭力成正比, 故用疊代的方式計算葉片的負載及設計葉片的扭角以取得最大扭力。 然後根據葉片的負載設計葉片的結構, 並由有限單元分析結果識別葉片上的應力走向和集中區域。 使用不同層數的玻璃纖維布設計葉片的蒙皮, 另利用少量碳纖維紗束在應力集中或挫屈容易產生的區域加勁玻璃纖維蒙皮, 如此在成本變化不多下可減少玻璃纖維布的用量, 並能增加葉片的強度, 同時使其重量下降。 2. 製造研究 建立葉片中玻璃纖維布蒙皮、肋板及碳纖維紗束加勁條/片的製程, 其中碳纖維紗束的走向和位置由應力分析來決定。另外, 蒙皮之邊緣及中間沿軸向方向設有特殊之卡溝以供上下蒙皮之接合及蒙皮與肋板之接合, 如此蒙皮與蒙皮及蒙皮與肋板之間可結合為一體, 避免產生剝離和開口破裂的失效模態。 3. 測試研究 葉片需有足夠的強度來承受風速60m/s的壓力, 首先模擬風壓分布, 然後進行Whiffle-Tree靜態負載試驗。量測葉片的首層破壞強度及最大負載能力, 並識別葉片的失效模態, 確保設計及製作方式正確。
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    可回收綠色風力葉片之研製
    (2013)
    金大仁
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    KAM TAI-YAN
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    國立交通大學機械工程學系（所）