Почему у ветрогенераторов три лопасти, а не две или четыре?

Ежегодно во всем мире фиксируется активное развитие ветровой энергетики. Для получения электричества из возобновляемого природного источника необходимо лишь одно условие – стабильно дующий ветер. Его энергию устройство использует за счет вращающейся турбины, которая, как правило, состоит из трех лопастей.

А почему не четыре?


Виды и принцип работы ветрогенераторов

Разнообразие ветроэлектрических установок (ВЭУ) на самом деле огромное. Изначально по способу расположения и вращения турбины они делятся на две большие категории:
- вертикальные;
- горизонтальные.

Стоит отметить, что в промышленных масштабах используются горизонтальные ветрогенераторы, о которых как раз идет речь – с тремя лопастями. Вертикальные модели начали появляться сравнительно недавно и применяются в основном для удовлетворения небольших потребностей в энергии.







Генераторы с вертикальной осью вращения также называют карусельными. Они имеют свою классификацию в зависимости от типа используемого ротора. Для таких устройств характерен необычный дизайн, отсутствие зависимости от силы и направления ветра, низкий уровень шума, простая конструкция и короткая мачта. Слабыми сторонами вертикальной ВЭУ считаются невысокая вращательная скорость и использование не всей энергии ветра.

Из горизонтальных генераторов состоят самые большие ветряные фермы в мире. Хотя в последнее время ведутся активные дискуссии по поводу потенциала применения вертикальных установок.






Главным недостатком такого устройства считается зависимость от направления ветра. Поэтому на нем имеется анемометр и механизм, с помощью которого поворачивается гондола – часть генератора с электрооборудованием и лопастями. Также предусмотрена тормозная система, которая не дает лопастям бесконтрольно увеличивать скорость вращения.


Преимущества трехлопастной конструкции

Количество лопастей в горизонтальном ветрогенераторе варьируется и может составлять 2-4 и более. Однако в промышленности используется только трехлопастная конструкция, которая признана оптимальным вариантом. Все дело в соотношении скорости вращения лопастей и крутящего момента – физической величины, которая показывает действие силы ветра на ротор. Чем больше лопастей у ВЭУ, тем больше крутящий момент и ниже скорость вращения.




Например, ветрогенератор с 2 лопастями вращается очень быстро, но крутящий момент его будет недостаточным, а это ключевая составляющая работы устройства. Вариант с четырьмя лопастями тоже не подходит, так как имеет сразу несколько недостатков. Во-первых, снижается скорость вращения при незначительном увеличении момента силы. Во-вторых, возникает необходимость в более сложной системе редукторов, которые передают мощность вращения.

Наконец, дополнительная турбина повышает стоимость всей установки. А конструкция с тремя турбинами является золотой серединой.