叶顶鱼尾形叶片及轴流风机叶轮

权利要求书： 1.一种叶顶鱼尾形叶片，包括叶根、前缘和后缘，其特征在于：还包括鱼尾形叶顶；

叶根包括依次连接的第一直线段、第二侧边、底边、第一侧边和第二直线段，第一侧边、底边和第二侧边围合形成U形的安装凹槽；

鱼尾形叶顶包括依次连接的第一圆弧段、第一缺口、第二圆弧段、第二缺口和第三圆弧段，第一缺口包括第一斜边和第二斜边，第二缺口包括第三斜边和第四斜边，第一圆弧段的一端与前缘连接，第三圆弧段的一端与后缘连接，第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆设置；

前缘包括依次连接的第四圆弧段、第五圆弧段、第六圆弧段和第七圆弧段且相邻的圆弧段形成S形相切，第四圆弧段的一端与第二直线段连接，第七圆弧段的一端与第一圆弧段连接；

后缘包括依次连接且相切的第八圆弧段、第九圆弧段和第十圆弧段，第八圆弧段与第九圆弧段为S形相切，第九圆弧段与第十圆弧段为圆心在同侧的相切，第八圆弧段的一端与第一直线段连接，第十圆弧段的一端与第三圆弧段连接；

以底边的垂直平分线为基线，第一斜边与所述垂直平分线的夹角∠2、第三斜边与所述垂直平分线的夹角∠4和第四斜边与所述垂直平分线的夹角∠5相等，第二斜边与所述垂直平分线的夹角∠3均小于上述三个夹角；

叶顶鱼尾形叶片的压型为弧形，所述压型的基线A?A线与所述垂直平分线之间的夹角为∠1，∠1为5?7°；

以无量纲计算，第四斜边和第三圆弧段的交点与叶根的垂直距离L1为220?230，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为205?215，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为204?

214，所述弧形的半径R5为165?170；

第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆的半径R4为270?290；

第一直线段的长度L10为15?19，第二直线段的长度L9为14?18，第一侧边与第二侧边平行且高度L12均为40?50，底边的宽度L11为7?11；

第四圆弧段的半径R7为60?70，第四圆弧段的弧长⌒3为50?60，第五圆弧段的半径R8为

3?7，第五圆弧段的弧长⌒4为5?9，第六圆弧段的半径R2为310?330，第七圆弧段的半径R3为

100?120，第六圆弧段与第七圆弧段的切点与叶根的垂直距离L4为170?180；

第八圆弧段的半径R9为80?90，第八圆弧段的弧长⌒5为59?65，第九圆弧段的半径R10为3?7，第九圆弧段的弧长⌒6为3?5，第十圆弧段的半径R1为220?230。

2.根据权利要求1所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：∠2、∠4和∠5均为30?40°，∠3为15?20°。

3.根据权利要求2所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：∠2、∠4和∠5均为35°，∠3为

18°，∠1为6°。

4.根据权利要求1所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：以无量纲计算，第四斜边和第三圆弧段的交点与叶根的垂直距离L1为226，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为211，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为210，所述弧形的半径R5为168；

第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆的半径R4为280；

第一直线段的长度L10为17，第二直线段的长度L9为16，第一侧边与第二侧边平行且高度L12均为45，底边的宽度L11为9。

5.根据权利要求1中所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：以无量纲计算，第四圆弧段的半径R7为65，第四圆弧段的弧长⌒3为56，第五圆弧段的半径R8为5，第五圆弧段的弧长⌒

4为7，第六圆弧段的半径R2为318，第七圆弧段的半径R3为109，第六圆弧段与第七圆弧段的切点与叶根的垂直距离L4为174；

第八圆弧段的半径R9为85，第八圆弧段的弧长⌒5为62，第九圆弧段的半径R10为5，第九圆弧段的弧长⌒6为4，第十圆弧段的半径R1为225。

6.根据权利要求1所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为27?31，第一缺口的开口长度L7为14?18，第二圆弧段的弧长⌒1为11?13，第二缺口的开口长度L8为20?26，第三斜边与第二圆弧段的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为3?5，第一圆弧段与第三圆弧段的弧长相等且均为6?8。

7.根据权利要求6所述的叶顶鱼尾形叶片，其特征在于：第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为29，第一缺口的开口长度L7为16，第二圆弧段的弧长⌒1为12，第二缺口的开口长度L8为23，第三斜边与第二圆弧段的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为4，第一圆弧段与第三圆弧段的弧长相等且均为7。

8.一种轴流风机叶轮，包括轮毂，其特征在于：轮毂的外周环周地设置有四片如权利要求1至7中任意一项所述的叶顶鱼尾形叶片，以无量纲计算，当轮毂的半径R6为65时，以直径φ2为363的圆为基准，叶顶鱼尾形叶片的安装角度∠6为21°，叶顶鱼尾形叶片的最外缘形成的圆的直径φ1为497。

说明书： 一种叶顶鱼尾形叶片及轴流风机叶轮技术领域[0001] 本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种叶顶鱼尾形叶片及轴流风机叶轮。背景技术[0002] 边墙风机是一种用于厂矿企业车间和民用、商用建筑工程的边墙式通风换气的轴流通风机。近年来，随着社会对节能环保及生产工作环境要求的不断提高，轴流通风机的性能指标也日益提升。目前，原始的边墙风机普遍存在压力不足、效率偏低以及噪声过大的问题，难以满足社会及使用者的要求。[0003] 为提高轴流风机的性能，国内外研发团队在数值模拟（ComputationalFluidDynamics，CFD）及试验等的帮助下，相继提出了前弯叶片设计、弯掠叶片设计、叶顶开槽设计、叶顶加环设计等多种新型设计及改进思路，轴流风机的性能被大大提高。然而，目前边墙风机仍然存在效率偏低以及噪声过大的问题。[0004] 叶形仿生结构对翼型的降噪有较好的效果，目前对鱼尾结构的仿生结翼型的研究多以孤立翼型为研究对象，且孤立翼型的外部绕流和旋转叶轮内流有显著的差异，直接在旋转叶轮上添加鱼尾结构并以此为研究对象的研究还较为少见。因此，申请人研究了通过在叶片上添加鱼尾形结构，来改善边墙风机效率偏低以及噪声过大的问题。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种叶顶鱼尾形叶片，其具有高效和噪声低的性能；同时，本发明还提供了一种基于上述的叶顶鱼尾形叶片的轴流风机叶轮。[0006] 为了达到上述的目的之一，本发明提供了一种叶顶鱼尾形叶片，包括叶根、前缘和后缘，还包括鱼尾形叶顶；[0007] 叶根包括依次连接的第一直线段、第二侧边、底边、第一侧边和第二直线段，第一侧边、底边和第二侧边围合形成U形的安装凹槽；[0008] 鱼尾形叶顶包括依次连接的第一圆弧段、第一缺口、第二圆弧段、第二缺口和第三圆弧段，第一缺口包括第一斜边和第二斜边，第二缺口包括第三斜边和第四斜边，第一圆弧段的一端与前缘连接，第三圆弧段的一端与后缘连接，第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆设置；[0009] 前缘包括依次连接的第四圆弧段、第五圆弧段、第六圆弧段和第七圆弧段且相邻的圆弧段形成S形相切，第四圆弧段的一端与第二直线段连接，第七圆弧段的一端与第一圆弧段连接；[0010] 后缘包括依次连接且相切的第八圆弧段、第九圆弧段和第十圆弧段，第八圆弧段与第九圆弧段为S形相切，第九圆弧段与第十圆弧段为圆心在同侧的相切，第八圆弧段的一端与第一直线段连接，第十圆弧段的一端与第三圆弧段连接；[0011] 以底边的垂直平分线为基线，第一斜边与所述垂直平分线的夹角∠2、第三斜边与所述垂直平分线的夹角∠4和第四斜边与所述垂直平分线的夹角∠5相等，第二斜边与所述垂直平分线的夹角∠3均小于上述三个夹角；[0012] 叶顶鱼尾形叶片的压型为弧形，所述压型的基线A?A线与所述垂直平分线之间的夹角为∠1，∠1为5?7°。[0013] 进一步地，∠2、∠4和∠5均为30?40°，∠3为15?20°。[0014] 进一步地，∠2、∠4和∠5均为35°，∠3为18°，∠1为6°。[0015] 进一步地，以无量纲计算，第四斜边和第三圆弧段的交点与叶根的垂直距离L1为220?230，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为205?215，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为204?214，所述弧形的半径R5为165?170；

[0016] 第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆的半径R4为270?290；[0017] 第一直线段的长度L10为15?19，第二直线段的长度L9为14?18，第一侧边与第二侧边平行且高度L12均为40?50，底边的宽度L11为7?11。[0018] 进一步地，以无量纲计算，第四斜边和第三圆弧段的交点与叶根的垂直距离L1为226，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为211，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为

210，所述弧形的半径R5为168；

[0019] 第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段共圆的半径R4为280；[0020] 第一直线段的长度L10为17，第二直线段的长度L9为16，第一侧边与第二侧边平行且高度L12均为45，底边的宽度L11为9。[0021] 进一步地，以无量纲计算，第四圆弧段的半径R7为60?70，第四圆弧段的弧长⌒3为50?60，第五圆弧段的半径R8为3?7，第五圆弧段的弧长⌒4为5?9，第六圆弧段的半径R2为

310?330，第七圆弧段的半径R3为100?120，第六圆弧段与第七圆弧段的切点与叶根的垂直距离L4为170?180；

[0022] 第八圆弧段的半径R9为80?90，第八圆弧段的弧长⌒5为59?65，第九圆弧段的半径R10为3?7，第九圆弧段的弧长⌒6为3?5，第十圆弧段的半径R1为220?230。[0023] 进一步地，以无量纲计算，第四圆弧段的半径R7为65，第四圆弧段的弧长⌒3为56，第五圆弧段的半径R8为5，第五圆弧段的弧长⌒4为7，第六圆弧段的半径R2为318，第七圆弧段的半径R3为109，第六圆弧段与第七圆弧段的切点与叶根的垂直距离L4为174；[0024] 第八圆弧段的半径R9为85，第八圆弧段的弧长⌒5为62，第九圆弧段的半径R10为5，第九圆弧段的弧长⌒6为4，第十圆弧段的半径R1为225。

[0025] 进一步地，第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为27?31，第一缺口的开口长度L7为14?18，第二圆弧段的弧长⌒1为11?13，第二缺口的开口长度L8为20?26，第三斜边与第二圆弧段的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为3?5，第一圆弧段与第三圆弧段的弧长相等且均为6?8。[0026] 进一步地，第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为29，第一缺口的开口长度L7为16，第二圆弧段的弧长⌒1为12，第二缺口的开口长度L8为23，第三斜边与第二圆弧段的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为4，第一圆弧段与第三圆弧段的弧长相等且均为7。[0027] 根据本发明的第二方面，一种轴流风机叶轮，包括轮毂，轮毂的外周环周地设置有四片上述的叶顶鱼尾形叶片，以无量纲计算，当轮毂的半径R6为65时，以直径φ2为363的圆为基准，叶顶鱼尾形叶片的安装角度∠6为21°，叶顶鱼尾形叶片的最外缘形成的圆的直径φ1为497。[0028] 本发明所提供的一种叶顶鱼尾形叶片及轴流风机叶轮，通过改进叶片叶形结构为叶顶鱼尾形叶片，有效地抑制了叶顶间隙涡和后缘脱落涡，改善了叶顶间隙流和叶根堆积流，减小了两处的流动损失，提高了风机有效流量范围及效率；并根据流场结构，叶顶添加鱼尾结构，减小了风机内部流场的冲击，降低了风机噪声，优化了风机性能，使风机能效提高，降低噪声4?6dB。附图说明[0029] 图1是本发明的叶顶鱼尾形叶片的结构示意图一；[0030] 图2是沿图1中A?A线的叶片压型图；[0031] 图3是本发明的叶顶鱼尾形叶片的结构示意图二；[0032] 图4是本发明的轴流风机叶轮的结构示意图一；[0033] 图5是本发明的轴流风机叶轮的结构示意图二。[0034] 附图标记说明：[0035] 叶片1、第一直线段111、第二直线段112、第一侧边113、底边114、第二侧边115、第一圆弧段121、第一斜边122、第二斜边123、第二圆弧段124、第三斜边125、第四斜边126、第三圆弧段127、第四圆弧段131、第五圆弧段132、第六圆弧段133、第七圆弧段134、第八圆弧段141、第九圆弧段142、第十圆弧段143；[0036] 轮毂2。具体实施方式[0037] 以下结合具体实施例对本发明作详细说明。[0038] 在本发明中，当出现方位词时，对于方位词，是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。[0039] 如图1?3所示，本发明提供了一种叶顶鱼尾形叶片1，包括叶根、前缘和后缘，还包括鱼尾形叶顶；叶根包括依次连接的第一直线段111、第二侧边115、底边114、第一侧边113和第二直线段112，第一侧边113、底边114和第二侧边115围合形成U形的安装凹槽；鱼尾形叶顶包括依次连接的第一圆弧段121、第一缺口、第二圆弧段124、第二缺口和第三圆弧段127，第一缺口包括第一斜边122和第二斜边123，第二缺口包括第三斜边125和第四斜边

126，第一圆弧段121的一端与前缘连接，第三圆弧段127的一端与后缘连接，第一圆弧段

121、第二圆弧段124和第三圆弧段127共圆设置；前缘包括依次连接的第四圆弧段131、第五圆弧段132、第六圆弧段133和第七圆弧段134且相邻的圆弧段形成S形相切（S形相切是指：

两段相连的圆弧的开口方向相反，两段圆弧的圆心分别位于圆弧的两侧，下同。），第四圆弧段131的一端与第二直线段112连接，第七圆弧段134的一端与第一圆弧段121连接；后缘包括依次连接且相切的第八圆弧段141、第九圆弧段142和第十圆弧段143，第八圆弧段141与第九圆弧段142为S形相切，第九圆弧段142与第十圆弧段143为圆心在同侧的相切（即：两段圆弧的开口方向相同。），第八圆弧段141的一端与第一直线段111连接，第十圆弧段143的一端与第三圆弧段127连接；以底边114的垂直平分线为基线，第一斜边122与所述垂直平分线的夹角∠2、第三斜边125与所述垂直平分线的夹角∠4和第四斜边126与所述垂直平分线的夹角∠5相等，第二斜边123与所述垂直平分线的夹角∠3均小于上述三个夹角；该叶顶鱼尾形叶片1的压型为弧形，所述压型的基线A?A线与所述垂直平分线之间的夹角为∠1，∠1为

5?7°。

[0040] 通过上述技术方案，将叶片1的叶顶设置为鱼尾形结构，有效地抑制了叶顶间隙涡和后缘脱落涡，根据这种叶片的流场结构，能够有效优化风机性能，提高风机能效和降低噪音。[0041] 在本实施例中，∠2、∠4和∠5均为30?40°，∠3为15?20°。优选地，∠2、∠4和∠5均为35°，∠3为18°，∠1为6°。[0042] 在本实施例中，以无量纲计算，第四斜边126和第三圆弧段127的交点与叶根的垂直距离L1为220?230，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为205?215，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为204?214，所述弧形的半径R5为165?170；第一圆弧段121、第二圆弧段124和第三圆弧段127共圆的半径R4为270?290；第一直线段111的长度L10为15?19，第二直线段112的长度L9为14?18，第一侧边113与第二侧边115平行且高度L12均为40?50，底边114的宽度L11为7?11。优选地，以无量纲计算，第四斜边126和第三圆弧段127的交点与叶根的垂直距离L1为226，第二缺口的顶点与叶根的垂直距离L2为211，第一缺口的顶点与叶根的垂直距离L3为210，所述弧形的半径R5为168；第一圆弧段121、第二圆弧段124和第三圆弧段

127共圆的半径R4为280；第一直线段111的长度L10为17，第二直线段112的长度L9为16，第一侧边113与第二侧边115平行且高度L12均为45，底边114的宽度L11为9。

[0043] 需要说明的是，在实际制造过程中，由于风机规格各异，使用在不同直径的风机（或叶轮）中的叶片大小也不同，本实施例所提供的一种叶顶鱼尾形叶片是可整体等比例缩放后适配各种直径的风机（或叶轮）的，为此，本实施例中采用无量纲的方式对叶顶鱼尾形叶片的形状进行说明。[0044] 在本实施例中，以无量纲计算，第四圆弧段131的半径R7为60?70，第四圆弧段131的弧长⌒3为50?60，第五圆弧段132的半径R8为3?7，第五圆弧段132的弧长⌒4为5?9，第六圆弧段133的半径R2为310?330，第七圆弧段134的半径R3为100?120，第六圆弧段133与第七圆弧段134的切点与叶根的垂直距离L4为170?180；第八圆弧段141的半径R9为80?90，第八圆弧段141的弧长⌒5为59?65，第九圆弧段142的半径R10为3?7，第九圆弧段142的弧长⌒6为3?5，第十圆弧段143的半径R1为220?230。优选地，以无量纲计算，第四圆弧段131的半径R7为65，第四圆弧段131的弧长⌒3为56，第五圆弧段132的半径R8为5，第五圆弧段132的弧长⌒4为7，第六圆弧段133的半径R2为318，第七圆弧段134的半径R3为109，第六圆弧段133与第七圆弧段134的切点与叶根的垂直距离L4为174；第八圆弧段141的半径R9为85，第八圆弧段141的弧长⌒5为62，第九圆弧段142的半径R10为5，第九圆弧段142的弧长⌒6为4，第十圆弧段143的半径R1为225。[0045] 在本实施例中，第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为27?31，第一缺口的开口长度L7为14?18，第二圆弧段124的弧长⌒1为11?13，第二缺口的开口长度L8为20?26，第三斜边125与第二圆弧段124的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为3?5，第一圆弧段121与第三圆弧段127的弧长相等且均为6?8。优选地，第一缺口的顶点与第二缺口的顶点间的距离L5为29，第一缺口的开口长度L7为16，第二圆弧段124的弧长⌒1为12，第二缺口的开口长度L8为23，第三斜边125与第二圆弧段124的交点与所述垂直平分线的垂直距离L6为

4，第一圆弧段121与第三圆弧段127的弧长相等且均为7。

[0046] 如图4?5所示，根据本发明的另一方面，一种轴流风机叶轮，包括轮毂2，轮毂2的外周环周地设置有四片上述的叶顶鱼尾形叶片1，以无量纲计算，当轮毂2的半径R6为65时，以直径φ2为363的圆为基准，叶顶鱼尾形叶片1的安装角度∠6为21°，叶顶鱼尾形叶片1的最外缘形成的圆的直径φ1为497。[0047] 为了对本实施例进行验证，对比例采用规格型号为WF?5A（0.37KW）的轴流通风机，电机型号为Y71?4?0.37kW，叶片为该规格型号的轴流风机的原叶片，叶轮半径为248.5mm，叶片数量为4个；测试例采用规格型号同为WF?5A（0.37KW）的轴流通风机，电机型号同为Y71?4?0.37kW，不同点在于测试例采用本发明所提供的叶顶鱼尾形叶片组成叶轮，叶片数量为4个，叶轮半径为248.5mm。对比例和测试例的关键性能测试结果如表1所示。对对比例和本实施例进行性能测试，把测试结果换算成在大气压力为101345Pa，大气温度为20℃，介质密度为1.2kg/m3的指定测试条件。[0048] 表1[0049][0050] 对比得到，测试例相比于对比例来说，在风机效率基本相同的情况下，静效率提高1.915%，叶轮功率降低17.27%，A声级降低5.565dB。可见，基于该种叶顶鱼尾形叶片所得到的叶轮具有高效、节能和噪声低的性能，能够提高风机的性能。

[0051] 在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0052] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。