老式電風(fēng)扇都是由三個葉片組成的。

(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，這臺風(fēng)扇不再像傳統(tǒng)的電扇那樣只有三個葉片，而是由許多小葉片組成，這樣設(shè)計似乎的確比傳統(tǒng)電扇好看多了，同時，這也使我想到了另一個問題，那就是用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力電機，毫無例外全部都是由三個葉片組成的，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，它只不過是將能量進行了一次轉(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問題，就是轉(zhuǎn)化效率。風(fēng)能轉(zhuǎn)化率的高低與兩個因素是密切相關(guān)的，一個是風(fēng)力，一個是風(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)力電機擁有眾多的葉片，多到組合成為了一個密不透風(fēng)的圓盤，此時的風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率如何呢？基本為零。因為當風(fēng)力電機成為一個密不透風(fēng)的圓盤時，的確能夠讓作用在圓盤上的風(fēng)力達到最大，但沒有風(fēng)可以通過圓盤，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，沒有風(fēng)速，也沒有辦法實現(xiàn)轉(zhuǎn)化?？梢姡岋L(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)速會逐漸提升，作用在上面的風(fēng)力會逐漸減小，要實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)化功率就必須要找到一個平衡點。

現(xiàn)在你一定會想，風(fēng)力電機都是三個葉片，那么一定是因為在三個葉片的狀態(tài)下，風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率是最高的，還真不是。

事實上，計算表明在四個葉片的狀態(tài)下，風(fēng)能轉(zhuǎn)化功率才是最高的。既然如此，為什么風(fēng)力電機都是三個葉片，而不是四個葉片呢？當我們遇到一個問題的時候，如果無法在科學(xué)原理中找到答案，那么答案就一定與另外一個因素有關(guān)，那就是錢。風(fēng)力電機可不是電風(fēng)扇，它在工作的時候要承擔極大的力和彎矩，所以制作材料必須過硬?，F(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機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)力電機的葉片造價不菲，所以多加一個葉片，成本就會直線上升。

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

一般風(fēng)力電機的轉(zhuǎn)動速度大概為每分鐘7到12圈，以常識來判斷，這個轉(zhuǎn)速是怎么也發(fā)不了電的，事實上也的確如此。

如果要讓風(fēng)力電機實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)就必須要在內(nèi)部安裝一套齒輪機構(gòu)，以此來提高它的轉(zhuǎn)速。通過齒輪機構(gòu)的變速，風(fēng)力電機的內(nèi)部轉(zhuǎn)速通常都可以達到每分鐘1500轉(zhuǎn)以上，提升幅度還真是不小?，F(xiàn)在問題來了，既然需要高轉(zhuǎn)速，為什么不直接讓風(fēng)力電機的葉片轉(zhuǎn)得快一些呢，非要用一套齒輪機構(gòu)進行二次變速？轉(zhuǎn)得快，對于葉片的強度要求就高，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)機上的風(fēng)力和通過風(fēng)機的風(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，不過這里所說的“葉片數(shù)量”需要用運動的眼光來看。

風(fēng)力電機雖然只有三個葉片，但如果轉(zhuǎn)動速度提升，那么實際效果便可以等同于多個葉片。比如，當風(fēng)力電機的轉(zhuǎn)動速度非常快的時候，那么它便成為了一個可以完全將風(fēng)阻隔的圓盤，此時風(fēng)速又為零了，風(fēng)能也就無法轉(zhuǎn)化為電能了?？梢?，只是給風(fēng)力電機安裝三個葉片還不夠，還要保證在轉(zhuǎn)動的過程中，它的實際效果始終為三個葉片的效果，而不會因為轉(zhuǎn)得太快，而變?yōu)樗膫€、五個或更多的葉片。

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標簽： 轉(zhuǎn)化效率 轉(zhuǎn)動速度 齒輪機構(gòu)