Наверное многие видели ветрогенераторы как одинокие, так и в составе огромных ветроэлектростанций. Так вот, вне зависимости от размера и мощности их объединяет количество самих рабочих лопастей, коих почему-то всегда три. Не две, не одна и даже не четыре, а именно три.
Как раз здесь очень уместна аналогия с вертолётами, коих великое множество. И вот что касается винтокрылых летательных аппаратов, то как раз у них количество лопастей несущего винта варьируется от двух до восьми. Зависит оно от размеров и веса самого вертолёта: чем вертолёт легче, тем лопастей у него меньше. А чем он тяжелее, тем лопастей больше.
Так например у Робинсона 44 две лопасти, потому что это лёгкий вертолёт. А вот Ми-26 - тяжёлый вертолёт, и чтобы уменьшить удельную нагрузку на каждую лопасть, их количество увеличивают. Потому что в конечном итоге именно на лопасти приходится весь вес вертолёта.
Ну и как вы уже поняли, вес гондолы ветрогенератора приходится на опору, а не на лопасти. Так зачем же увеличивать их число с увеличением размера всего ветрогенератора?
Логика в этом есть, но почему именно три?
Ну что ж, всё дело в том, что ветрогенераторы - это доволльно большие, а значит и дорогие конструкции. Так например если вы посмотрите на процесс транспортировки каждой лопасти в отдельности одного из самых больших ветрогенераторов, то сможете примерно прикинуть масштабы таких конструкций.
И даже не смотря на то, что лопасти ветряков делают из стекловолокна, это всё равно очень дорого. И поэтому если бы лопастей было не три, а четыре, то это бы привело к незначительному повышению общего КПД ветрогенератора, но к его значительному удорожанию.
Так специалисты схожи в оценках, что электрическая мощность при той же силе ветра, но с дополнительной четвёртой лопастью, возрастает всего лишь на 3 - 5%. Согласитесь, что это очень мало, при том, что стоимость самого ветрогенератора из-за добавления четвёртой лопасти увеличится на 12 - 15%.
Всё это приведёт к удорожанию электроэнергии, стоимость киловатт-часа вырастет и ударит по карману потребителей. Также дополнительную лопасть нужно обслуживать. Никто в этом не заинтересован, и поэтому нет никакого смысла увеличивать количество лопастей.
Но что насчёт уменьшения числа лопастей ветрогенераторов до двух? Почему они существуют лишь в единственном экземпляре в качестве эксперимента? То же самое касается и однолопастных ветряков с противовесом. Почему они не получили распространения?
И действительно, две лопасти по своей энергоэффективности ничуть не уступают трём лопастям. Такие ветряки на первый взгляд были бы дешевле, да и стоимость электроэнергии была бы чуть ниже. Однако инженеры-конструкторы с таким подходом в корне не согласны. И всё из-за момента инерции.
Итак, если на роторе ветряка оставить только две лопасти, то как ориентировать его по ветру, если его ротор при этом вращается?
Этот вопрос гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Потому что когда у нас обе лопасти находятся в вертикальном положении, то это один момент инерции, и он небольшой. Но стоит этим двум лопастям перейти в горизонтальное положение, как момент инерции резко увеличивается.
А теперь представьте, какие резко переменные нагрузки будет испытывать механизм ориентации гондолы по ветру, когда такая масштабная конструкция резко меняет свой момент инерции с частотой раз в две секунды?
Ни один электропривод просто не выдержит такой смены нагрузок. Электродвигатели ориентации гондолы по ветру будут перегреваться, редуктор может вообще поломаться, а подшипники износятся раньше времени.
И чтобы момент инерции оставался неизменным вне зависимости от вращения ротора ветряка, на его крестовине всегда размещают три лопасти, а не две и не одну.