老式電風(fēng)扇都是由三個(gè)葉片組成的。

(資料圖片僅供參考)

前些日子，家里的老電扇終于壞了，于是新買了一臺(tái)，這臺(tái)風(fēng)扇不再像傳統(tǒng)的電扇那樣只有三個(gè)葉片，而是由許多小葉片組成，這樣設(shè)計(jì)似乎的確比傳統(tǒng)電扇好看多了，同時(shí)，這也使我想到了另一個(gè)問(wèn)題，那就是用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力電機(jī)，毫無(wú)例外全部都是由三個(gè)葉片組成的，這是為什么呢？能量是不可能憑空產(chǎn)生的，所以風(fēng)力發(fā)電也并不是憑空創(chuàng)造電力，它只不過(guò)是將能量進(jìn)行了一次轉(zhuǎn)化，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成了電能。既然是能量的轉(zhuǎn)化，那就必然涉及到一個(gè)問(wèn)題，就是轉(zhuǎn)化效率。風(fēng)能轉(zhuǎn)化率的高低與兩個(gè)因素是密切相關(guān)的，一個(gè)是風(fēng)力，一個(gè)是風(fēng)速。

風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率等于風(fēng)力乘以風(fēng)速。

現(xiàn)在我們假設(shè)我們的風(fēng)力電機(jī)擁有眾多的葉片，多到組合成為了一個(gè)密不透風(fēng)的圓盤，此時(shí)的風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率如何呢？基本為零。因?yàn)楫?dāng)風(fēng)力電機(jī)成為一個(gè)密不透風(fēng)的圓盤時(shí)，的確能夠讓作用在圓盤上的風(fēng)力達(dá)到最大，但沒(méi)有風(fēng)可以通過(guò)圓盤，只能從圓盤四周繞行，所以作用于圓盤上的風(fēng)速就為零。任何數(shù)字乘以零都得零，所以即便風(fēng)力再大，沒(méi)有風(fēng)速，也沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化?？梢?jiàn)，要讓風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，就必須要減少葉片的數(shù)量，讓風(fēng)能夠快速通行，而隨著葉片數(shù)量的減少，風(fēng)速會(huì)逐漸提升，作用在上面的風(fēng)力會(huì)逐漸減小，要實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)化功率就必須要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

現(xiàn)在你一定會(huì)想，風(fēng)力電機(jī)都是三個(gè)葉片，那么一定是因?yàn)樵谌齻€(gè)葉片的狀態(tài)下，風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率是最高的，還真不是。

事實(shí)上，計(jì)算表明在四個(gè)葉片的狀態(tài)下，風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率才是最高的。既然如此，為什么風(fēng)力電機(jī)都是三個(gè)葉片，而不是四個(gè)葉片呢？當(dāng)我們遇到一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，如果無(wú)法在科學(xué)原理中找到答案，那么答案就一定與另外一個(gè)因素有關(guān)，那就是錢。風(fēng)力電機(jī)可不是電風(fēng)扇，它在工作的時(shí)候要承擔(dān)極大的力和彎矩，所以制作材料必須過(guò)硬?，F(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片通常使用鋼管或D型型鋼做縱梁、鋼板做橫梁，內(nèi)部要填充泡沫塑料看，外部還要覆上玻璃鋼蒙皮。

風(fēng)力電機(jī)的葉片造價(jià)不菲，所以多加一個(gè)葉片，成本就會(huì)直線上升。

在很多人的認(rèn)知中，風(fēng)力發(fā)電就是白嫖，畢竟風(fēng)是不要錢的，不用白不用，但實(shí)際上風(fēng)力發(fā)電也是要計(jì)算成本的，其中既包括風(fēng)力電機(jī)的制造成本，也包括使用過(guò)程中的維護(hù)成本。既然多一個(gè)葉片，成本就會(huì)提升很多，自然要計(jì)算一下值不值得，顯然，結(jié)果是不值，所以三個(gè)葉片就成為了風(fēng)力電機(jī)的標(biāo)配。三個(gè)葉片是風(fēng)力電機(jī)的一個(gè)主要特點(diǎn)，除此之外，風(fēng)力電機(jī)還有另外一個(gè)特點(diǎn)，那就是“慢”。不管建設(shè)在哪里，也不管風(fēng)力大小，風(fēng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度總是慢悠悠的，這又是為什么呢？

一般風(fēng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度大概為每分鐘7到12圈，以常識(shí)來(lái)判斷，這個(gè)轉(zhuǎn)速是怎么也發(fā)不了電的，事實(shí)上也的確如此。

如果要讓風(fēng)力電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)就必須要在內(nèi)部安裝一套齒輪機(jī)構(gòu)，以此來(lái)提高它的轉(zhuǎn)速。通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)的變速，風(fēng)力電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)速通常都可以達(dá)到每分鐘1500轉(zhuǎn)以上，提升幅度還真是不小。現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了，既然需要高轉(zhuǎn)速，為什么不直接讓風(fēng)力電機(jī)的葉片轉(zhuǎn)得快一些呢，非要用一套齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行二次變速？轉(zhuǎn)得快，對(duì)于葉片的強(qiáng)度要求就高，所以限制它的速度，一方面的原因就是為了避免損壞，但這不是主要的原因。

風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率與作用在風(fēng)機(jī)上的風(fēng)力和通過(guò)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速有關(guān)，而風(fēng)力和風(fēng)速又與葉片的數(shù)量有著直接的關(guān)系，不過(guò)這里所說(shuō)的“葉片數(shù)量”需要用運(yùn)動(dòng)的眼光來(lái)看。

風(fēng)力電機(jī)雖然只有三個(gè)葉片，但如果轉(zhuǎn)動(dòng)速度提升，那么實(shí)際效果便可以等同于多個(gè)葉片。比如，當(dāng)風(fēng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度非常快的時(shí)候，那么它便成為了一個(gè)可以完全將風(fēng)阻隔的圓盤，此時(shí)風(fēng)速又為零了，風(fēng)能也就無(wú)法轉(zhuǎn)化為電能了。可見(jiàn)，只是給風(fēng)力電機(jī)安裝三個(gè)葉片還不夠，還要保證在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，它的實(shí)際效果始終為三個(gè)葉片的效果，而不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)得太快，而變?yōu)樗膫€(gè)、五個(gè)或更多的葉片。

更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)：sunmonarch

標(biāo)簽： 轉(zhuǎn)化效率 轉(zhuǎn)動(dòng)速度 齒輪機(jī)構(gòu)