強風下においても壊れない柔軟性を持つコルゲート翼風車の凹凸形状の設計手法の解明

阐明波纹叶片风力发电机不均匀形状的设计方法，即使在强风下也不会断裂

基本信息

批准号：
20K04231
负责人：
原田敦史
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nippon Bunri University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

コルゲート翼型タービンは，主にPETを用いた材質で製作を行ってきた。この際，上部を加熱することにより，材質を十分変形させやすい温度まで温め，真空ポンプ等により吸引する方法である熱間真空加工を用いている。この場合，120℃程度まで加熱することにより行うことができるため，比較的装置も簡易な設備となり，加工も容易であるが，加工できる材質がPET材などに限定されていた。PET材は，価格の優位性や加工のしやすさなど利点を多く有しているが，耐候性に難があることや他の材質に加えて強度が劣るなどの問題点を有している。本研究では，タービンの強度面改善のため，材質を炭素繊維が混入した材質に変更し，射出成形を用いた加工を試みた。射出成形を行うため，アルミニウム合金を切削加工により，金属の型の製作を行い，複数の試行後，射出成形に耐えうるNC加工のパラメータの設定を見つけることができた。これは，60万円程度の安価なNCフライスでアルミなどの複雑な形状を行う際の一つの解決策となった。製作した金型を用いて射出製作を行い，コルゲート翼の試作品の作成等にも成功したが，試作品の形状にばらつきがあり，ひび割れ等が見られるなど，今後に課題を有する形となった。コルゲート翼型風車の利点である，安価な価格で製作できるに関しては，今回用いた機器は比較的安価なものであったため，課題を残すことは多くあったが，研究室レベルの卓上加工機を用いた射出成形でも，製作の可能性を示すことができた。

波纹叶片涡轮机主要采用 PET 作为材料制造。此时，使用热真空处理，该方法是将上部加热到使材料充分变形的温度，然后使用真空泵等施加抽吸的方法。这种情况下，通过加热到120℃左右即可完成，因此设备比较简单，加工也容易，但可以加工的材料仅限于PET等材料。 PET材料具有成本优势、易于加工等诸多优点，但与其他材料相比也存在耐候性较差、强度较差等问题。在这项研究中，为了提高涡轮的强度，我们将材料改为含有碳纤维的材料，并尝试使用注射成型进行加工。为了进行注塑成型，通过切割铝合金制作了金属模具，经过多次试验，我们找到了能够承受注塑成型的NC加工参数的设置。这是一种使用价格约为 600,000 日元的廉价 NC 铣刀在铝和其他材料上制造复杂形状的解决方案。虽然使用制造的模具进行注射制造并成功制作了波纹翼的原型，但原型的形状存在变化，并且观察到裂纹，这给未来带来了问题。波纹叶片风力发电机的优点是制造成本低。这次使用的设备相对便宜，所以还有很多问题，但我们能够使用实验室级别的桌面加工机。我们还能够展示使用注塑成型进行制造的可能性。