【世界独家】小知识大学问！为什么常见的风机只有3个叶片？

2022-12-29 09:24:26 来源：科普中国

一叶风机看不见
两叶风机很少见
三叶风机到处见

(相关资料图)
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为什么常见的风机只有3个叶片呢？

华能濮阳县500兆瓦风电场项目

那2个、4个、6个叶片的风机

有没有呢？？

答案当然是有的。

“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止。”——宋应星《天工开物》“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之。”——方以智《物理小识》

人类利用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。

模拟用于灌溉农田的中国古代风车

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。

荷兰风车

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？

广东粤电平远泗水40兆瓦风电场项目

来来来，一起探讨其中的奥秘吧

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。

悠悠风机点缀着粤电湛江丰收公司农业光伏综合光伏项目

那我们是选择高转矩还是低转矩比较好？‍

风机结构图

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。

那2个叶片的风机

不是转速越高、叶尖速比越高？

2个叶片的风机

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。

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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。

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所以，叶片太少也不好。那4个叶片甚至更多叶片的风机呢？

3个叶片便于风机保持平衡，当叶片数目过多，风机平衡起来较困难，而且造价高。多叶风机由于阻力较大，会产生干扰叶片旋转的不利因素，降低能量的转化率。国家电投揭阳神泉二海上风电项目

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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编辑：张烁

校审：储信艳来源：中国能建广东火电

关键词：叶尖速比海上风电