權(quán)利要求書: 1.一種葉頂魚尾形葉片,包括葉根、前緣和后緣,其特征在于:還包括魚尾形葉頂;
葉根包括依次連接的第一直線段、第二側(cè)邊、底邊、第一側(cè)邊和第二直線段,第一側(cè)邊、底邊和第二側(cè)邊圍合形成U形的安裝凹槽;
魚尾形葉頂包括依次連接的第一圓弧段、第一缺口、第二圓弧段、第二缺口和第三圓弧段,第一缺口包括第一斜邊和第二斜邊,第二缺口包括第三斜邊和第四斜邊,第一圓弧段的一端與前緣連接,第三圓弧段的一端與后緣連接,第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓設(shè)置;
前緣包括依次連接的第四圓弧段、第五圓弧段、第六圓弧段和第七圓弧段且相鄰的圓弧段形成S形相切,第四圓弧段的一端與第二直線段連接,第七圓弧段的一端與第一圓弧段連接;
后緣包括依次連接且相切的第八圓弧段、第九圓弧段和第十圓弧段,第八圓弧段與第九圓弧段為S形相切,第九圓弧段與第十圓弧段為圓心在同側(cè)的相切,第八圓弧段的一端與第一直線段連接,第十圓弧段的一端與第三圓弧段連接;
以底邊的垂直平分線為基線,第一斜邊與所述垂直平分線的夾角∠2、第三斜邊與所述垂直平分線的夾角∠4和第四斜邊與所述垂直平分線的夾角∠5相等,第二斜邊與所述垂直平分線的夾角∠3均小于上述三個夾角;
葉頂魚尾形葉片的壓型為弧形,所述壓型的基線A?A線與所述垂直平分線之間的夾角為∠1,∠1為5?7°;
以無量綱計算,第四斜邊和第三圓弧段的交點與葉根的垂直距離L1為220?230,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為205?215,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為204?
214,所述弧形的半徑R5為165?170;
第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓的半徑R4為270?290;
第一直線段的長度L10為15?19,第二直線段的長度L9為14?18,第一側(cè)邊與第二側(cè)邊平行且高度L12均為40?50,底邊的寬度L11為7?11;
第四圓弧段的半徑R7為60?70,第四圓弧段的弧長⌒3為50?60,第五圓弧段的半徑R8為
3?7,第五圓弧段的弧長⌒4為5?9,第六圓弧段的半徑R2為310?330,第七圓弧段的半徑R3為
100?120,第六圓弧段與第七圓弧段的切點與葉根的垂直距離L4為170?180;
第八圓弧段的半徑R9為80?90,第八圓弧段的弧長⌒5為59?65,第九圓弧段的半徑R10為3?7,第九圓弧段的弧長⌒6為3?5,第十圓弧段的半徑R1為220?230。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:∠2、∠4和∠5均為30?40°,∠3為15?20°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:∠2、∠4和∠5均為35°,∠3為
18°,∠1為6°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:以無量綱計算,第四斜邊和第三圓弧段的交點與葉根的垂直距離L1為226,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為211,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為210,所述弧形的半徑R5為168;
第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓的半徑R4為280;
第一直線段的長度L10為17,第二直線段的長度L9為16,第一側(cè)邊與第二側(cè)邊平行且高度L12均為45,底邊的寬度L11為9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:以無量綱計算,第四圓弧段的半徑R7為65,第四圓弧段的弧長⌒3為56,第五圓弧段的半徑R8為5,第五圓弧段的弧長⌒
4為7,第六圓弧段的半徑R2為318,第七圓弧段的半徑R3為109,第六圓弧段與第七圓弧段的切點與葉根的垂直距離L4為174;
第八圓弧段的半徑R9為85,第八圓弧段的弧長⌒5為62,第九圓弧段的半徑R10為5,第九圓弧段的弧長⌒6為4,第十圓弧段的半徑R1為225。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為27?31,第一缺口的開口長度L7為14?18,第二圓弧段的弧長⌒1為11?13,第二缺口的開口長度L8為20?26,第三斜邊與第二圓弧段的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為3?5,第一圓弧段與第三圓弧段的弧長相等且均為6?8。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉頂魚尾形葉片,其特征在于:第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為29,第一缺口的開口長度L7為16,第二圓弧段的弧長⌒1為12,第二缺口的開口長度L8為23,第三斜邊與第二圓弧段的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為4,第一圓弧段與第三圓弧段的弧長相等且均為7。
8.一種軸流風機葉輪,包括輪轂,其特征在于:輪轂的外周環(huán)周地設(shè)置有四片如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的葉頂魚尾形葉片,以無量綱計算,當輪轂的半徑R6為65時,以直徑φ2為363的圓為基準,葉頂魚尾形葉片的安裝角度∠6為21°,葉頂魚尾形葉片的最外緣形成的圓的直徑φ1為497。
說明書: 一種葉頂魚尾形葉片及軸流風機葉輪技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及風機技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種葉頂魚尾形葉片及軸流風機葉輪。背景技術(shù)[0002] 邊墻風機是一種用于廠礦企業(yè)車間和民用、商用建筑工程的邊墻式通風換氣的軸流通風機。近年來,隨著社會對節(jié)能環(huán)保及生產(chǎn)工作環(huán)境要求的不斷提高,軸流通風機的性能指標也日益提升。目前,原始的邊墻風機普遍存在壓力不足、效率偏低以及噪聲過大的問題,難以滿足社會及使用者的要求。[0003] 為提高軸流風機的性能,國內(nèi)外研發(fā)團隊在數(shù)值模擬(ComputationalFluidDynamics,CFD)及試驗等的幫助下,相繼提出了前彎葉片設(shè)計、彎掠葉片設(shè)計、葉頂開槽設(shè)計、葉頂加環(huán)設(shè)計等多種新型設(shè)計及改進思路,軸流風機的性能被大大提高。然而,目前邊墻風機仍然存在效率偏低以及噪聲過大的問題。[0004] 葉形仿生結(jié)構(gòu)對翼型的降噪有較好的效果,目前對魚尾結(jié)構(gòu)的仿生結(jié)翼型的研究多以孤立翼型為研究對象,且孤立翼型的外部繞流和旋轉(zhuǎn)葉輪內(nèi)流有顯著的差異,直接在旋轉(zhuǎn)葉輪上添加魚尾結(jié)構(gòu)并以此為研究對象的研究還較為少見。因此,申請人研究了通過在葉片上添加魚尾形結(jié)構(gòu),來改善邊墻風機效率偏低以及噪聲過大的問題。發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種葉頂魚尾形葉片,其具有高效和噪聲低的性能;同時,本發(fā)明還提供了一種基于上述的葉頂魚尾形葉片的軸流風機葉輪。[0006] 為了達到上述的目的之一,本發(fā)明提供了一種葉頂魚尾形葉片,包括葉根、前緣和后緣,還包括魚尾形葉頂;[0007] 葉根包括依次連接的第一直線段、第二側(cè)邊、底邊、第一側(cè)邊和第二直線段,第一側(cè)邊、底邊和第二側(cè)邊圍合形成U形的安裝凹槽;[0008] 魚尾形葉頂包括依次連接的第一圓弧段、第一缺口、第二圓弧段、第二缺口和第三圓弧段,第一缺口包括第一斜邊和第二斜邊,第二缺口包括第三斜邊和第四斜邊,第一圓弧段的一端與前緣連接,第三圓弧段的一端與后緣連接,第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓設(shè)置;[0009] 前緣包括依次連接的第四圓弧段、第五圓弧段、第六圓弧段和第七圓弧段且相鄰的圓弧段形成S形相切,第四圓弧段的一端與第二直線段連接,第七圓弧段的一端與第一圓弧段連接;[0010] 后緣包括依次連接且相切的第八圓弧段、第九圓弧段和第十圓弧段,第八圓弧段與第九圓弧段為S形相切,第九圓弧段與第十圓弧段為圓心在同側(cè)的相切,第八圓弧段的一端與第一直線段連接,第十圓弧段的一端與第三圓弧段連接;[0011] 以底邊的垂直平分線為基線,第一斜邊與所述垂直平分線的夾角∠2、第三斜邊與所述垂直平分線的夾角∠4和第四斜邊與所述垂直平分線的夾角∠5相等,第二斜邊與所述垂直平分線的夾角∠3均小于上述三個夾角;[0012] 葉頂魚尾形葉片的壓型為弧形,所述壓型的基線A?A線與所述垂直平分線之間的夾角為∠1,∠1為5?7°。[0013] 進一步地,∠2、∠4和∠5均為30?40°,∠3為15?20°。[0014] 進一步地,∠2、∠4和∠5均為35°,∠3為18°,∠1為6°。[0015] 進一步地,以無量綱計算,第四斜邊和第三圓弧段的交點與葉根的垂直距離L1為220?230,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為205?215,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為204?214,所述弧形的半徑R5為165?170;
[0016] 第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓的半徑R4為270?290;[0017] 第一直線段的長度L10為15?19,第二直線段的長度L9為14?18,第一側(cè)邊與第二側(cè)邊平行且高度L12均為40?50,底邊的寬度L11為7?11。[0018] 進一步地,以無量綱計算,第四斜邊和第三圓弧段的交點與葉根的垂直距離L1為226,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為211,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為
210,所述弧形的半徑R5為168;
[0019] 第一圓弧段、第二圓弧段和第三圓弧段共圓的半徑R4為280;[0020] 第一直線段的長度L10為17,第二直線段的長度L9為16,第一側(cè)邊與第二側(cè)邊平行且高度L12均為45,底邊的寬度L11為9。[0021] 進一步地,以無量綱計算,第四圓弧段的半徑R7為60?70,第四圓弧段的弧長⌒3為50?60,第五圓弧段的半徑R8為3?7,第五圓弧段的弧長⌒4為5?9,第六圓弧段的半徑R2為
310?330,第七圓弧段的半徑R3為100?120,第六圓弧段與第七圓弧段的切點與葉根的垂直距離L4為170?180;
[0022] 第八圓弧段的半徑R9為80?90,第八圓弧段的弧長⌒5為59?65,第九圓弧段的半徑R10為3?7,第九圓弧段的弧長⌒6為3?5,第十圓弧段的半徑R1為220?230。[0023] 進一步地,以無量綱計算,第四圓弧段的半徑R7為65,第四圓弧段的弧長⌒3為56,第五圓弧段的半徑R8為5,第五圓弧段的弧長⌒4為7,第六圓弧段的半徑R2為318,第七圓弧段的半徑R3為109,第六圓弧段與第七圓弧段的切點與葉根的垂直距離L4為174;[0024] 第八圓弧段的半徑R9為85,第八圓弧段的弧長⌒5為62,第九圓弧段的半徑R10為5,第九圓弧段的弧長⌒6為4,第十圓弧段的半徑R1為225。
[0025] 進一步地,第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為27?31,第一缺口的開口長度L7為14?18,第二圓弧段的弧長⌒1為11?13,第二缺口的開口長度L8為20?26,第三斜邊與第二圓弧段的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為3?5,第一圓弧段與第三圓弧段的弧長相等且均為6?8。[0026] 進一步地,第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為29,第一缺口的開口長度L7為16,第二圓弧段的弧長⌒1為12,第二缺口的開口長度L8為23,第三斜邊與第二圓弧段的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為4,第一圓弧段與第三圓弧段的弧長相等且均為7。[0027] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面,一種軸流風機葉輪,包括輪轂,輪轂的外周環(huán)周地設(shè)置有四片上述的葉頂魚尾形葉片,以無量綱計算,當輪轂的半徑R6為65時,以直徑φ2為363的圓為基準,葉頂魚尾形葉片的安裝角度∠6為21°,葉頂魚尾形葉片的最外緣形成的圓的直徑φ1為497。[0028] 本發(fā)明所提供的一種葉頂魚尾形葉片及軸流風機葉輪,通過改進葉片葉形結(jié)構(gòu)為葉頂魚尾形葉片,有效地抑制了葉頂間隙渦和后緣脫落渦,改善了葉頂間隙流和葉根堆積流,減小了兩處的流動損失,提高了風機有效流量范圍及效率;并根據(jù)流場結(jié)構(gòu),葉頂添加魚尾結(jié)構(gòu),減小了風機內(nèi)部流場的沖擊,降低了風機噪聲,優(yōu)化了風機性能,使風機能效提高,降低噪聲4?6dB。附圖說明[0029] 圖1是本發(fā)明的葉頂魚尾形葉片的結(jié)構(gòu)示意圖一;[0030] 圖2是沿圖1中A?A線的葉片壓型圖;[0031] 圖3是本發(fā)明的葉頂魚尾形葉片的結(jié)構(gòu)示意圖二;[0032] 圖4是本發(fā)明的軸流風機葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖一;[0033] 圖5是本發(fā)明的軸流風機葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖二。[0034] 附圖標記說明:[0035] 葉片1、第一直線段111、第二直線段112、第一側(cè)邊113、底邊114、第二側(cè)邊115、第一圓弧段121、第一斜邊122、第二斜邊123、第二圓弧段124、第三斜邊125、第四斜邊126、第三圓弧段127、第四圓弧段131、第五圓弧段132、第六圓弧段133、第七圓弧段134、第八圓弧段141、第九圓弧段142、第十圓弧段143;[0036] 輪轂2。具體實施方式[0037] 以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作詳細說明。[0038] 在本發(fā)明中,當出現(xiàn)方位詞時,對于方位詞,是為了便于敘述本發(fā)明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定方位構(gòu)造和操作,不能理解為限制本發(fā)明的具體保護范圍。[0039] 如圖1?3所示,本發(fā)明提供了一種葉頂魚尾形葉片1,包括葉根、前緣和后緣,還包括魚尾形葉頂;葉根包括依次連接的第一直線段111、第二側(cè)邊115、底邊114、第一側(cè)邊113和第二直線段112,第一側(cè)邊113、底邊114和第二側(cè)邊115圍合形成U形的安裝凹槽;魚尾形葉頂包括依次連接的第一圓弧段121、第一缺口、第二圓弧段124、第二缺口和第三圓弧段127,第一缺口包括第一斜邊122和第二斜邊123,第二缺口包括第三斜邊125和第四斜邊
126,第一圓弧段121的一端與前緣連接,第三圓弧段127的一端與后緣連接,第一圓弧段
121、第二圓弧段124和第三圓弧段127共圓設(shè)置;前緣包括依次連接的第四圓弧段131、第五圓弧段132、第六圓弧段133和第七圓弧段134且相鄰的圓弧段形成S形相切(S形相切是指:
兩段相連的圓弧的開口方向相反,兩段圓弧的圓心分別位于圓弧的兩側(cè),下同。),第四圓弧段131的一端與第二直線段112連接,第七圓弧段134的一端與第一圓弧段121連接;后緣包括依次連接且相切的第八圓弧段141、第九圓弧段142和第十圓弧段143,第八圓弧段141與第九圓弧段142為S形相切,第九圓弧段142與第十圓弧段143為圓心在同側(cè)的相切(即:兩段圓弧的開口方向相同。),第八圓弧段141的一端與第一直線段111連接,第十圓弧段143的一端與第三圓弧段127連接;以底邊114的垂直平分線為基線,第一斜邊122與所述垂直平分線的夾角∠2、第三斜邊125與所述垂直平分線的夾角∠4和第四斜邊126與所述垂直平分線的夾角∠5相等,第二斜邊123與所述垂直平分線的夾角∠3均小于上述三個夾角;該葉頂魚尾形葉片1的壓型為弧形,所述壓型的基線A?A線與所述垂直平分線之間的夾角為∠1,∠1為
5?7°。
[0040] 通過上述技術(shù)方案,將葉片1的葉頂設(shè)置為魚尾形結(jié)構(gòu),有效地抑制了葉頂間隙渦和后緣脫落渦,根據(jù)這種葉片的流場結(jié)構(gòu),能夠有效優(yōu)化風機性能,提高風機能效和降低噪音。[0041] 在本實施例中,∠2、∠4和∠5均為30?40°,∠3為15?20°。優(yōu)選地,∠2、∠4和∠5均為35°,∠3為18°,∠1為6°。[0042] 在本實施例中,以無量綱計算,第四斜邊126和第三圓弧段127的交點與葉根的垂直距離L1為220?230,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為205?215,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為204?214,所述弧形的半徑R5為165?170;第一圓弧段121、第二圓弧段124和第三圓弧段127共圓的半徑R4為270?290;第一直線段111的長度L10為15?19,第二直線段112的長度L9為14?18,第一側(cè)邊113與第二側(cè)邊115平行且高度L12均為40?50,底邊114的寬度L11為7?11。優(yōu)選地,以無量綱計算,第四斜邊126和第三圓弧段127的交點與葉根的垂直距離L1為226,第二缺口的頂點與葉根的垂直距離L2為211,第一缺口的頂點與葉根的垂直距離L3為210,所述弧形的半徑R5為168;第一圓弧段121、第二圓弧段124和第三圓弧段
127共圓的半徑R4為280;第一直線段111的長度L10為17,第二直線段112的長度L9為16,第一側(cè)邊113與第二側(cè)邊115平行且高度L12均為45,底邊114的寬度L11為9。
[0043] 需要說明的是,在實際制造過程中,由于風機規(guī)格各異,使用在不同直徑的風機(或葉輪)中的葉片大小也不同,本實施例所提供的一種葉頂魚尾形葉片是可整體等比例縮放后適配各種直徑的風機(或葉輪)的,為此,本實施例中采用無量綱的方式對葉頂魚尾形葉片的形狀進行說明。[0044] 在本實施例中,以無量綱計算,第四圓弧段131的半徑R7為60?70,第四圓弧段131的弧長⌒3為50?60,第五圓弧段132的半徑R8為3?7,第五圓弧段132的弧長⌒4為5?9,第六圓弧段133的半徑R2為310?330,第七圓弧段134的半徑R3為100?120,第六圓弧段133與第七圓弧段134的切點與葉根的垂直距離L4為170?180;第八圓弧段141的半徑R9為80?90,第八圓弧段141的弧長⌒5為59?65,第九圓弧段142的半徑R10為3?7,第九圓弧段142的弧長⌒6為3?5,第十圓弧段143的半徑R1為220?230。優(yōu)選地,以無量綱計算,第四圓弧段131的半徑R7為65,第四圓弧段131的弧長⌒3為56,第五圓弧段132的半徑R8為5,第五圓弧段132的弧長⌒4為7,第六圓弧段133的半徑R2為318,第七圓弧段134的半徑R3為109,第六圓弧段133與第七圓弧段134的切點與葉根的垂直距離L4為174;第八圓弧段141的半徑R9為85,第八圓弧段141的弧長⌒5為62,第九圓弧段142的半徑R10為5,第九圓弧段142的弧長⌒6為4,第十圓弧段143的半徑R1為225。[0045] 在本實施例中,第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為27?31,第一缺口的開口長度L7為14?18,第二圓弧段124的弧長⌒1為11?13,第二缺口的開口長度L8為20?26,第三斜邊125與第二圓弧段124的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為3?5,第一圓弧段121與第三圓弧段127的弧長相等且均為6?8。優(yōu)選地,第一缺口的頂點與第二缺口的頂點間的距離L5為29,第一缺口的開口長度L7為16,第二圓弧段124的弧長⌒1為12,第二缺口的開口長度L8為23,第三斜邊125與第二圓弧段124的交點與所述垂直平分線的垂直距離L6為
4,第一圓弧段121與第三圓弧段127的弧長相等且均為7。
[0046] 如圖4?5所示,根據(jù)本發(fā)明的另一方面,一種軸流風機葉輪,包括輪轂2,輪轂2的外周環(huán)周地設(shè)置有四片上述的葉頂魚尾形葉片1,以無量綱計算,當輪轂2的半徑R6為65時,以直徑φ2為363的圓為基準,葉頂魚尾形葉片1的安裝角度∠6為21°,葉頂魚尾形葉片1的最外緣形成的圓的直徑φ1為497。[0047] 為了對本實施例進行驗證,對比例采用規(guī)格型號為WF?5A(0.37KW)的軸流通風機,電機型號為Y71?4?0.37kW,葉片為該規(guī)格型號的軸流風機的原葉片,葉輪半徑為248.5mm,葉片數(shù)量為4個;測試例采用規(guī)格型號同為WF?5A(0.37KW)的軸流通風機,電機型號同為Y71?4?0.37kW,不同點在于測試例采用本發(fā)明所提供的葉頂魚尾形葉片組成葉輪,葉片數(shù)量為4個,葉輪半徑為248.5mm。對比例和測試例的關(guān)鍵性能測試結(jié)果如表1所示。對對比例和本實施例進行性能測試,把測試結(jié)果換算成在大氣壓力為101345Pa,大氣溫度為20℃,介質(zhì)密度為1.2kg/m3的指定測試條件。[0048] 表1[0049][0050] 對比得到,測試例相比于對比例來說,在風機效率基本相同的情況下,靜效率提高1.915%,葉輪功率降低17.27%,A聲級降低5.565dB??梢?,基于該種葉頂魚尾形葉片所得到的葉輪具有高效、節(jié)能和噪聲低的性能,能夠提高風機的性能。
[0051] 在不沖突的情況下,上述的實施例及實施例中的特征可以相互組合。[0052] 最后應當說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對本發(fā)明保護范圍的限制,盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
聲明:
“葉頂魚尾形葉片及軸流風機葉輪” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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