為什么常見的風(fēng)機只有3個葉片?
很多人問,為什么常見的風(fēng)機只有3個葉片呢?
那2個、4個、6個葉片的風(fēng)機,到底有沒有呢?答案當(dāng)然是有的。
風(fēng)能作為能源已經(jīng)有數(shù)千年的歷史,在蒸汽機發(fā)明之前,風(fēng)能是重要的動力來源,通過風(fēng)帆、風(fēng)車等形式借助風(fēng)能實現(xiàn)船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面、鋸木等。鄭和和他龐大的風(fēng)帆船隊七下西洋,明代以后風(fēng)車廣泛應(yīng)用在農(nóng)田灌溉、排水等方面,都說明了中國早就掌握了風(fēng)帆、風(fēng)車技術(shù)的制造和運用。
但我們最熟知的風(fēng)車還是來自發(fā)達(dá)國家荷蘭的大風(fēng)車,這些大風(fēng)車?yán)蔑L(fēng)能轉(zhuǎn)化為動力起到排水、碾壓農(nóng)作物、加工各種原材料等作用,也形成了荷蘭專屬的文化標(biāo)志。
但無論是我們對荷蘭大風(fēng)車的印象,還是根據(jù)中國的史料記載,利用風(fēng)能的風(fēng)車可以是4個葉片、6個葉片甚至更多,為什么現(xiàn)代利用風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機基本上都只有3個葉片呢?
我們知道設(shè)計制造和運行風(fēng)力發(fā)電機組,其目的是在同等風(fēng)資源條件下,以最小的投資獲取最大的收益,說白了就是要盡可能降低風(fēng)機的成本、最大限度提高發(fā)電量。
因此我們要盡可能降低轉(zhuǎn)矩、提高葉尖速比,取得更大的風(fēng)能利用系數(shù),獲取更大的發(fā)電量。
轉(zhuǎn)矩是隨著葉片數(shù)量的增加而增加。在實際應(yīng)用中,3個葉片與4個葉片或更多葉片相比,3個葉片的轉(zhuǎn)矩是最低的。葉片越少,轉(zhuǎn)速越高,葉尖速比就越高。
當(dāng)然。但我們需要考慮的是:雖然使用2個葉片可以獲取最大的葉尖速比,但是發(fā)電效率卻下降了,因為使用2個葉片的轉(zhuǎn)矩較低,而在低風(fēng)速下,較低的轉(zhuǎn)矩達(dá)不到發(fā)電的轉(zhuǎn)速,就沒有功率輸出。
其次,葉片越少,額定轉(zhuǎn)速越高,轉(zhuǎn)速高到一定程度,葉尖的圓周線速度很大,引起風(fēng)阻也大,阻力矩限制了發(fā)電功率和轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。
另外,2個葉片的風(fēng)機又由于葉片間空隙大,所以捕風(fēng)效率不如3個葉片的風(fēng)機。為了提高捕風(fēng)效率,2個葉片風(fēng)機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通常比3個葉片高,也會使風(fēng)機噪音增大、視覺影響放大。
所以,使用3個葉片的風(fēng)機可以獲得最佳葉尖速比,進(jìn)而實現(xiàn)最大限度的能量獲取,實現(xiàn)最大發(fā)電效率,同時具有好平衡、低成本的優(yōu)點,經(jīng)過長時間的驗證,3個葉片的風(fēng)機便成了如今最普遍的風(fēng)機形式。