Казалось бы простой вопрос. Большинство ответит “Бери 3 лопасти и не парься”, а на вопрос “Почему так?”, всё те же ответят, мол большие ветряки с тремя лопастями не глупые ж люди делают.

А давайте подробнее разберёмся с этим вопросом.

Основная работа ветряка происходит за счёт торможения потока воздуха, чем больше площадь ветроколеса (больше количество лопастей), тем сильнее торможение потока. “Эврика”, вскрикнут некоторые, берём много лопастей и останавливаем ветер. Именно так и делают в пустынных районах США и Австралии. Там используют многолопастные (около 24 лопастей) ветряки для подъёма воды.

Для ветро- электрогенераторов такие ветряки не подходят в силу того, что у них низкая быстроходность которая колеблется около 1.

Быстроходность  ветрогенетатора, это отношение окружной скорости конца лопасти () к скорости набегающего потока воздуха ():

.

Эффект тихоходности происходит из-за того, что на определённой скорости ветра лопасти как бы мешают друг другу за счёт своей турбулентности, меняя направление потока воздуха. И при определённых оборотах такой ветряк сам себя тормозит. Отсюда видим, что много лопастный ветряк не даёт больших оборотов, поэтому такие ветряки и используют там где не нужна большая скорость.

В свою очередь мало лопастные ветряки обладают большой быстроходностью, достигающей 12 единиц у однолопастных ветроустановок.

Конечно быстроходность зависит не только от количества лопастей но и от профиля лопасти и от её исполнения. Так, например, полнопрофильная лопасть, выполненная без изъянов, имеет больший коэффициент  бычтроходности, чем полупрофильная, или лопасть с шероховатой поверхностью.

Так почему бы не использовать для ВЭУ однолопастные ветряки? Здесь вступает в игру еще один из параметров под названием Гироскопический момент винта.

Ветер не постоянная величина не только по своей скорости но и направлению, в следствии чего ВЭУ практически всегда работает в динамическом режиме постоянно меняя своё направление. В это время винт вращается, а как известно, что всякое быстро вращающееся тело стремится, как волчок, сохранить направление своей оси вращения неизменным и, противодействует всякой попытке отклонить эту ось.  Если силой заставить конец оси отклониться в какую-либо сторону, то она будет оказывать сопротивление, и ее конец будет уходить в направлении, перпендикулярном произведенному воздействию. Это и называется гироскопическим моментом, его величина зависит от массы, диаметра и оборотов винта. Напомню, масса лопастей тоже растёт с ростом оборотов за счёт центростремительной силы.

А так как мощность винта мало зависит от быстроходности, то выбирают такую конфигурацию лопастей, при которой гироскопический момент не на столько велик, и обороты, при этом не на столько малы.

Таки компромисом для ВЭУ и есть трёх лопастное ветроколесо. Коэффициент быстроходности которого, в среднем, около 6 – 7 единиц.

Автор: Корнелюк Сергей