双叶片风力机的优化设计

与三叶片风力机相比，双叶片风力机的优点是成本低、单个叶片更轻，缺点是获得和三叶片风力机相同电能输出时需要的叶片转速更高。这一缺点主要体现在关键轴承、连杆以及齿轮箱的噪声和磨损。因此双叶片风力机叶片和其他机械部件的疲劳度更高。图3-21为双叶片风力机。

图3-20 运输中的大型风力机叶片（图片来源： John Fellhauer，jfellhauer@surenergy.us）

图3-21 典型的双叶片风力机（图片来源：西南风电）

一种解决叶片磨损和疲劳问题的方法是使用摆动轮毂（teetering）。一个摆动轮毂允许叶片在其安装轴承上做内外柔性摆动。这种摆动很像小孩玩的跷跷板，前后移动，这样就使叶片的移动是柔性的，而不是刚性的。因此减小了磨损和疲劳，进而防止叶片及其他部件的损害。图3-22为摆动轮毂的运行状况。图3-22a为叶片和轮毂成90°。图3-22b为轮毂发生摆动（转移和变化），从而叶片顶部弯曲进了轴承侧。图3-22c为轮毂摆动，叶片弯曲偏向轴承外侧。这样的结构允许叶片在高风速时向轴承侧弯曲，从而减小了疲劳和磨损。这种摆动也防止了两叶片旋转过塔架时对风力机的冲击。这种摆动被限制在一个很小的幅度内（接近±2°），但这已经足够来限制高叶尖速比的双叶片风力机的磨损和疲劳了。(www.xing528.com)

另一个提高双叶片风力机转化效率的方法是将叶片加厚加宽，这样两个叶片就可以转换更多的能量。较厚的叶片意味着叶片更加结实而且抗疲劳能力更强。叶片疲劳也是困扰早期双叶片风力机的问题。新型复合材料密度更小，因此在增加叶片体积的同时并不会使叶片的重量增加很多，使得叶片的生产成本更低。即使没有这些新材料的应用，双叶片风力机仍旧比三叶片风力机要轻很多。

此外，双叶片风力机比三叶片风力机更易安装。双叶片风力机的叶片能够在地面完成叶片安装后和机舱一同吊升至安装位置，安装更加快速、安全。

图3-22 安装轮毂上的风力机双叶片

a）叶片垂直于风力机轴 b）叶片向轴侧弯曲 c）叶片向轴外侧弯曲