幾千年來,人們一直在利用風的力量,最早可追溯到1000多年前的波斯。
随着時代發展,這些機器設備的功能也不斷升級,谷物碾磨、水源輸送、發電等。傳統的風力渦輪機有多種形狀設計,但它們目前都已被相同的設計所取代。
今天我們要讨論的問題,為什麼風力渦輪機有3個葉片?
我們可以把每個葉片想象成一個擰緊螺母的扳手。如果我們增加扳手的長度,我們就能産生更多的扭矩。這就是引起旋轉的力。同樣地,如果我們加上第二個扳手,我們可以施加更大的力。
同樣的原理也适用于風力渦輪機。所以,你可能會想,為什麼不添加盡可能多的葉片呢?目前最大的風力渦輪機直徑為164米。每條葉片重達33噸,每台成本數十萬美元。所以更多的葉片意味着更多的重量和更高的成本。
那麼葉片越少越好麼?我們把标準3葉片渦輪風扇和與2個葉片的渦輪風扇和一個4個葉片渦輪風扇比較。假設他們有相同的葉片設計。通過成本分析,我們可以首先将4葉片設計淘汰。因為每個葉片制造成本都很昂貴。添加四個葉片在性能上的增長是不合理的,還需要額外的成本。
2個葉片的設計雖然有成本優勢,這在性能上是沒有意義的。有2個葉片的渦輪機在相同的風速中會旋轉得更快,因為它們的阻力減小了,但速度快是一個嚴重的隐患。此外還會産生更多的噪音。人們肯定不喜歡住在這東西旁邊,所以我們需要盡量減少他們的噪音和他們的速度。
接下來我們要考慮離心力。随着葉片旋轉速度加快,渦輪中心樞紐和葉片需要增加設計成本,用于抵禦更多的壓力。不然就會發生渦輪機在強風中斷裂的情況。
因此,3個葉片的設計可以在較慢的轉速下産生更多的功率,綜合來看比另外兩種設計都要好。所以這3個葉片的設計是我們的黃金選擇。
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