风力发电机为什么使用三片叶轮？

  图：描述的是各种风机的风能利用系数的比较，根据动量理论，理想的风能利用系数是0.593，通上图能够正常的看到，现代三叶风机的风能利用系数已达到了顶配水平，约为0.48~0.49，当然，经过对叶片形状的设计优化现在已经能达到0.5甚至更高。

  那么为什么选择三叶呢?我们第一步假定叶片设计为定量，排除这个设计变量后，如下图：

  通过实度对比我们得知并非叶片越多越好，所以上图只对从1叶到5叶作对比来说明，上图是从单叶片到五叶片水平轴风力机的风能利用系数曲线图，横坐标是叶尖速比，叶尖速比是风轮叶片尖端线速度与进风轮前的风速之比;纵坐标是风能利用系数(功率系数)，风能利用系数是风力机获得的功率与通过风力机叶片扫掠面积的风功率的比值。

  从上图看能够准确的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叶的增加的幅度相比于1叶到2叶到3叶的增加小的多的多，从成本角度讲，这是得不偿失的。

  而多叶片的优点是较大的力矩转化率，但从能量转化率来讲，4叶和5叶的效率却低于3叶风机。根本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，以此来降低了能量的转化率。所以最终选择3叶比4叶或者5叶好的多。

  那为什么3叶片相比2叶片是个更好的选择。专家们作比较后发现，在同等风速的条件下，2叶风机的转速明显高于3叶风机，而由于快速旋转，两叶风机会产生很大噪音，杂乱的声音听起来像在飞机场，人们肯定是不会喜欢生活在飞机场附近，所以我们要最大限度上降低运转速度来降低风机运转产生的噪音，再者由于叶片快速运行时离心力会增加，因此中心轴和叶片需要更结实能够抵抗增加的离心力，同样这也要增加成本，所以三叶涡轮机在转速相对二叶较低下的情况下能产生更多能量，而三叶涡轮机成本比四叶涡轮成本低，所以三叶涡轮机设计是最好的选择。

  在大于等于3片时，叶片增加已经非常困难再提高效率反而会促进增加成本;叶片数目少于3片时，虽然节省了叶片，但在结构上，则必需相应增强且可利用小时数下降，同样增加成本、降低了效益。

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