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为什么常见的风机只有3个叶片?

发表时间:2023-09-04 15:16:23

很多人问,为什么常见的风机只有3个叶片呢?

那2个、4个、6个叶片的风机,到底有没有呢?答案当然是有的。

风能作为能源已经有数千年的历史,在蒸汽机发明之前,风能是重要的动力来源,通过风帆、风车等形式借助风能实现船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面、锯木等。郑和和他庞大的风帆船队七下西洋,明代以后风车广泛应用在农田灌溉、排水等方面,都说明了中国早就掌握了风帆、风车技术的制造和运用。

但我们最熟知的风车还是来自发达国家荷兰的大风车,这些大风车利用风能转化为动力起到排水、碾压农作物、加工各种原材料等作用,也形成了荷兰专属的文化标志。

但无论是我们对荷兰大风车的印象,还是根据中国的史料记载,利用风能的风车可以是4个叶片、6个叶片甚至更多,为什么现代利用风力发电的风机基本上都只有3个叶片呢?

我们知道设计制造和运行风力发电机组,其目的是在同等风资源条件下,以最小的投资获取最大的收益,说白了就是要尽可能降低风机的成本、最大限度提高发电量。

因此我们要尽可能降低转矩、提高叶尖速比,取得更大的风能利用系数,获取更大的发电量。

转矩是随着叶片数量的增加而增加。在实际应用中,3个叶片与4个叶片或更多叶片相比,3个叶片的转矩是最低的。叶片越少,转速越高,叶尖速比就越高。

当然。但我们需要考虑的是:虽然使用2个叶片可以获取最大的叶尖速比,但是发电效率却下降了,因为使用2个叶片的转矩较低,而在低风速下,较低的转矩达不到发电的转速,就没有功率输出。

其次,叶片越少,额定转速越高,转速高到一定程度,叶尖的圆周线速度很大,引起风阻也大,阻力矩限制了发电功率和转速的进一步提高。

另外,2个叶片的风机又由于叶片间空隙大,所以捕风效率不如3个叶片的风机。为了提高捕风效率,2个叶片风机的转子转速通常比3个叶片高,也会使风机噪音增大、视觉影响放大。

所以,使用3个叶片的风机可以获得最佳叶尖速比,进而实现最大限度的能量获取,实现最大发电效率,同时具有好平衡、低成本的优点,经过长时间的验证,3个叶片的风机便成了如今最普遍的风机形式。

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