4月10日中午，扬州高邮市汤庄镇一台100多米高的风力发电机突然倒塌，断成三四段，横穿马路，直接倒在河内路边，巨大的叶片撞击路面，造成道路护栏和电线损坏。幸运的是，没有车辆和行人经过，没有造成人员伤亡。那么，靠风发电的发电机，为何会突然倒塌？难道是风太大了吗？

图1 高邮风力发电机倒塌现场

风力发电机的真容

风力发电机是一种将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般由风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。它的工作原理其实比较简单，就是风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。一般的风力发电机长这样，如下图二。

图2 风力发电机

从上图都可以看出，叶片是风力发电机的关键零件，而叶片被安装在100多米的高空，因此对叶片的强度要求非常高，在大风中不能被吹断或者吹变形。同时，为了减轻下面塔筒的压力，叶片的设计要求，质量要尽可能的轻。而此次高邮倒塌的风电机，并不是叶片出了问题，而是下面的塔筒折断了。那么，塔筒到底有什么要求，才能不被吹断？

图3 风力发电机塔身粗壮

塔筒设计很有讲究

塔筒虽然不是风力发电机关键做功的部件，但却是非常重要的，因为它直接支撑着叶片，就像风筝的线与风筝的关系一样微妙。塔筒的设计其实非常的讲究，塔筒既要满足刚度的要求，又要考虑到成本、安装的难易程度等。如果过度地增加刚度和强度，会造成塔筒的结构很重，不利于安装的进行，而且成本也会增加。而如果质量太轻，成本和安装问题倒是解决，很容易造成质量不达标的情况，容易在大风中出问题。那么，百米高的塔筒是如何安装的？

风力发电要在强度和成本、安装中寻找一种平衡

想想看，百米高的塔筒，如何一次安装成形，显然不现实。而我国的塔筒，一般采取的是分段安装的方法，这样的好处是，操作方便也更加安全。但同时也带来一个问题，就是分段的塔筒，不是一次成型，存在隐患。如果在地面上，这种缺陷还不明显，假如放到垂直的百米高空，在大风的作用下，这个接头处很可能出问题。那么，此次的倒塌事故，是不是接头出了问题呢？且听晓木慢慢分析，再得结果。

工人们正在安装风力发电机

叶片的转速可控吗？

高邮的风力发电机倒塌事故，从现场的情况来看，虽然在接头处和塔筒都出现了折断，但我们不能仅仅通过这个表象来分析当时发生了什么。因为，接头处和塔筒的断裂很有可能是结果，而不是原因。这里不得不提到风力发电机的一个核心设备，那就是调节叶片偏航装置。它的主要作用是调节叶片的转速，让叶片在狂风中不至于转得太快。

因为风力发电机一般都是垂直安装的，叶片在转动时会受到一个横向阻力，如果风大时，叶片转速很快，这时候控制系统会根据转速调节叶片的转动阻力，防止转的太快损坏风力发电机。而当风速小的时候，偏航装置也会调节阻力使其变小，从而不至于叶片出现转不动的情况。那么，这种调控是如何实现的呢？

叶片有转速调节器

从图中可以看到，风叶的设计是有讲究的，它有最大的一面，也有做小的一面。在大风中，偏航装置控制叶片以最大的迎风面，正对着大风，增到了阻力，从而保证风叶不会飞车损坏风机。在小风中，偏航装置调整风叶的姿态，以180度做小的叶片迎风，这样就大大降低了阻力，从而获得有限的动能。这种情况，其实很像百叶窗的打开和关闭的情况。

迎风时候的叶片像极了百叶窗

倒塌到底是为何？

其实，这次高邮风力发电机倒塌，跟大风一点关系都没有，我国在高邮已经布局了这么多的风力发电机，都没有出问题，先为大风鸣个冤！那么，跟塔筒有关系吗？其实，塔筒的设计，生产，都做过严格的风洞试验，质量上出问题的概率非常小。晓木根据力学知识，以及对风力发电机的了解，大胆的猜测，这次倒塌事件，很可能是因为调节风叶的偏航装置损坏了。为什么这么说呢？

风力发电机的塔身出问题的概率较低

因为现场的情况来看，虽然是塔筒折断，接头断裂，这些都只是表象，而真正导致这群情况发生的罪魁祸首，有可能是调节器在大风状态下，无法调节叶片的姿态，导致叶片转速过高，超过塔身的阈值。大家注意图一，塔身的底部的大筒也是折断的状态，要知道，这里可是塔筒强度最高的地方，这样的折断方式很蹊跷。同时，塔身的接头和上边塔身也断裂，可以断定是这里最先断裂，在倒下的过程中，造成受力不均硬生生的折断了下边大筒，然后撞地裂开，这也比较符合力学知识。大家觉得呢？#扬州百米高风力发电机倒塌#

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