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为什么风电轮机只有三个叶片?

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有的直升飞机扇叶是2片,就突然好奇为什么风电轮机的叶片是3片,好像没有其他数字?

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无敌三脚喵·880.00

2017-02-17提问

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   有两叶片的风机呢。。。并且还有重新发展的趋势。。。

   两叶片风机盛行于1970至1980年代,之后慢慢被三叶片风机取代。我们看到的大多数的风机都是三叶片机型,但是近几年两叶片风机被越来越多的提及,特别是海上风电。 

   两叶片风机由于叶片间空隙大,所以捕风效率不如三叶片风机。为了提高捕风效率,两叶片风机的转子转速通常比三叶片高。转子转速的提高也使风机噪音,视觉影响放大。  

   从机械受力角度来讲,风切变,机舱偏航,转动惯量等因素会使两叶片风机承受更大的动态载荷。打个比方,三叶片风机犹如一个盘子,而两叶片风机的转子更像一跟棍子,盘子旋转起来相对棍子来的平衡。  

   既然两叶片风机有以上缺点,为什么还要重新引入两叶片的概念呢?  成本!显而易见,两叶片风机比三叶片风机少了一片叶片。而叶片作为风机主要的零部件,占风机总体成本的6%左右。同时,运输成本,吊装成本,维修费用也能有所降低。而且,海上风机对于噪音及视觉影响并没有太高的要求。  

   那么两叶片风机是否就真能比三叶片风机便宜?目前,业界并没有统一的说法。有的专家认为由于两叶片风机受力来的更复杂,对于结构设计强度要求也来得更高,叶片本身,传动轴,机舱,塔架强度造价也相应的比三叶片风机来的高。所以两叶片风机不一定就比三叶片风机便宜。同时,对于海上风电来说,风机实际运行经验及可靠性非常重要,而大部分的两叶片海上风机并没有足够的运行记录。所以在未来几年内,我们认为两叶片风机不太可能取代三叶片风机,三叶片风机将仍然是海上风电主流。

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  Kria·60.00

2017-02-17回答

还真有两片的呢,谢谢回答  无敌三脚喵 2017-02-17

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简单的说,3片叶子的便于平衡,叶片数目太多了平衡起来很困难,而且造价高。
在额定风速下,发电功率与风轮扫掠面积成正比,即200个叶片的风轮与1个叶片的风轮都可以产生同样的功率。

从上图看可以看出随着叶片数量的增加,风能利用的系数也在增加,但是在从3叶到4叶到5叶的过程中,风能利用系数增加的幅度,相比于1叶到2叶到3叶的增加的幅度要小很多,从成本角度讲,得不偿失。
主要原因在于多叶风机由于阻力较大,造成了相当部分干扰叶片旋转的扰流,从而降低了能量的转化率。
那么,风力发电机的叶片数目越少越好喽?
首先,多叶片的优势在于较大的力矩转化率, 但从能量转化率来讲,4叶和5叶的效率却低于3叶风机。

所以选择3叶比4叶或者5叶好的多。(恩,电风扇也是这个道理);其次,叶片数目太少了又会影响发电效率。
实际上,目前欧洲有种专利,2片叶子,竖直安放,效率可以提高一倍!不过呢, 2叶片的轮毂结构特殊,有跷跷板结构,疲劳问题也比3叶片厉害。
而且,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。所以,叶片太少也不好,三叶片主要是好平衡,而且成本低,经长时间验证,成了今天普遍的风机形式。


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  一米阳光·370.00

2017-02-17回答

一看图就明白了,哈哈  无敌三脚喵 2017-02-17

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