轉(zhuǎn)子式流速儀的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)與密封.docxVIP

1、轉(zhuǎn)子式流速儀的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)與密封鐘湘福（重慶水文儀器廠開(kāi)發(fā)部，重慶400700）摘要本文介紹了轉(zhuǎn)子式流速儀的各沖旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和特點(diǎn)，以及對(duì)密封程度的要求和比較。可供有關(guān)人上參考，也有利于各地水文工作者根據(jù)本地水情，更好地選擇和使用各種轉(zhuǎn)子式流速儀。關(guān)鍵詞旋轉(zhuǎn)支撐密封軸承1前言多年來(lái).水文測(cè)流大髭地采用轉(zhuǎn)子式流速儀。這一類流速儀有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)精密、靈敏度高、誤差小、可靠性高、綜合性能好等。在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，逐步成為傳統(tǒng)的、常規(guī)的基本測(cè)流工具。轉(zhuǎn)子式流速儀的綜合性能的優(yōu)劣與其旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)及密封有著密切的關(guān)系。轉(zhuǎn)子式流速儀的測(cè)流原理是把水流的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)機(jī)電轉(zhuǎn)換

2、，以電信號(hào)輸出。對(duì)于理想情況，這種轉(zhuǎn)化應(yīng)是一絲不差的，實(shí)際上由于儀器轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣員與支撐結(jié)構(gòu)的摩擦力而無(wú)法完全做到這一點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)中可以盡最減少這種轉(zhuǎn)動(dòng)慣最及摩擦力的影響。于是在轉(zhuǎn)子式流速儀中均采用軸承作為旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)中的減摩部件，旋轉(zhuǎn)部分也盡旦采用了質(zhì)輕、強(qiáng)度高的材料。實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)不同的水流環(huán)境測(cè)流，轉(zhuǎn)子式流速儀支撐結(jié)構(gòu)主要分為兩大類：即球軸承旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)和頂針、頂窩、圓柱類軸承的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。2球軸承旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)本文所述轉(zhuǎn)子式流速儀主要指旋杯式和旋槳式流速儀。旋杯式流速儀一般不采用球軸承的支撐方式（主要是難以做到較好的密封），而旋槳式流速儀則大量:采用球軸承的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)一般

3、主要采用鋼質(zhì)球軸承（以前主要使用的是軸承鋼向心推力球軸承，而現(xiàn)在基本上全部使用不銹鋼向心球軸承）。由于球軸承有很高的精度及靈敏度，它一般需要在有潤(rùn)滑油的條件下工作。要保持球軸承的理想工作環(huán)境，就必須考慮流速儀的密封，為了保持旋槳式流速儀槳葉旋轉(zhuǎn)的靈敏度，又只能采用開(kāi)放式活動(dòng)形封（即靜止部分與運(yùn)動(dòng)部分，除球軸承外無(wú)接觸），而密封好不好取決于可能進(jìn)水口的大小及到達(dá)球軸承油室的基本長(zhǎng)度、間隙等因素，當(dāng)然這直接又與支撐結(jié)構(gòu)有關(guān)。在國(guó)內(nèi).一般回轉(zhuǎn)直徑較大的旋槳式流速儀都采用雙球軸承支撐結(jié)構(gòu).這種支撐結(jié)構(gòu)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是球軸承內(nèi)圈固定，外圈轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種是外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1所示，球軸承內(nèi)圈

4、隨槳軸固定在身架上，套在球軸承外圈的軸套隨槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，這是旋槳式流速儀的一種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它的非接觸密封開(kāi)口處位于兩軸承的后面或之間，這種形式的特點(diǎn)是：密封開(kāi)口直徑較大，從開(kāi)口到達(dá)軸承油室的距離較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)有澎漲腔，有的設(shè)有曲折的多層迷宮結(jié)構(gòu)，儀器的防水性能因此較好°儀器的回轉(zhuǎn)重心位于或靠近圖1球軸承內(nèi)圈固定、外圈轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐示意圖兩軸承間，所以高速性能好。在上述基本結(jié)構(gòu)形式F,經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，派生出多種型號(hào)的旋槳流速儀，并且密封、測(cè)量范圍等性能有了很大提高。另外，近年來(lái)在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了將密封開(kāi)口放在兩球軸承前面的旋槳流速儀（見(jiàn)圖2）。其主要特點(diǎn)是：非接觸密封的開(kāi)口直徑可以作得較小，并

5、且到軸承油室的距離最長(zhǎng)，整個(gè)節(jié)流迷宮形成一個(gè)瓶形氣室，既使是儀器油未充滿空腔，由于開(kāi)口小，空氣也不易被水?dāng)D走，水也因此不能進(jìn)入油室，儀器的密封有了最大的保障。圖3球軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)、外圜固定的支撐示意圖如圖3所示，球軸承的外圈固定在儀器的外光上，套在軸承內(nèi)圈的槳軸隨槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，這種支撐結(jié)構(gòu)的活動(dòng)密封開(kāi)口處位于兩球軸承的前方，這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是：密封開(kāi)口處直徑可以做得較小，有利于密封，但從開(kāi)口處到軸承油室的距離較近，只有靠多次曲折迷宮和較小間隙來(lái)提高防水性。這種支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的旋轉(zhuǎn)慣最較小，因此低速較為靈敏，但由于旋轉(zhuǎn)重心靠前，高速時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，多用于中低流速儀。3頂針、頂窩、圓柱軸承旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)

6、構(gòu)這一類形式的支撐結(jié)構(gòu)，既可以用在旋杯流速儀上，也可以用在旋槳流速儀上。頂窩材料一般用軸承鋼、硬質(zhì)合金或剛玉、瑪瑙，頂針材料一般使用軸承鋼或不銹鋼。這一類支撐的主要特點(diǎn)是：一般不易采用密封措施，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，保養(yǎng)清洗較方便，但抗水中漂浮物沖擊能力較差，在高含沙量的水流中使用時(shí)，頂針、頂窩磨損加快。這類支撐結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，可將頂針、頂窩設(shè)計(jì)成互為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件（既可將頂窩置于轉(zhuǎn)動(dòng)件上，也可將頂針置于轉(zhuǎn)動(dòng)件上）。這類支撐結(jié)構(gòu)一般可以分為三種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是雙頂針、頂窩軸承旋轉(zhuǎn)支撐；一種是頂針、頂窩及圓柱止推軸承旋轉(zhuǎn)支撐；還有一種是雙圓柱、止推軸承支撐。2.1雙頂針、頂窩軸承旋轉(zhuǎn)支撐其結(jié)構(gòu)如圖4、圖5

7、所示。這種支撐結(jié)構(gòu)用在旋杯流速儀時(shí)，支撐方向是成上下豎直安置，旋軸徑向受力；用在旋槳流速儀時(shí)是成水平橫向安置，槳軸軸向受力。一般均設(shè)計(jì)成叉形結(jié)構(gòu)，這種支撐結(jié)構(gòu)靈敏度較高，但軸尖較脆弱，不能抵抗較大外力的沖擊，抗墉繞功能較差，在含沙最較大、流速較高的水中測(cè)流時(shí)頂針、頂窩磨損加快。因此，這種支撐結(jié)構(gòu)的儀器一般只適用于較低流速和較清澈、少漂浮物的水中測(cè)流。上述結(jié)構(gòu)用在旋槳流速儀上時(shí)，國(guó)內(nèi)一般用于微形流速儀，槳葉回轉(zhuǎn)直徑均小于30mm,兩軸尖均未密封，也不用加油。多被有關(guān)大學(xué)、研究部門用于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)流系統(tǒng)中。上述結(jié)構(gòu)用在旋杯流速儀上由于成豎直方向設(shè)計(jì)，因此上部支撐可利用潛水鐘原理設(shè)計(jì)成開(kāi)口朝下的密閉氣

8、室，水不易進(jìn)入上部頂窩軸承，因此上部密封相對(duì)較好，而下部支持點(diǎn)雖設(shè)計(jì)有油室，但水還是較易進(jìn)入軸承（主要是進(jìn)水位置開(kāi)口較大）。上述支撐結(jié)構(gòu)頂針部分一般采用不銹鋼，頂窩軸承多采用鋼玉或瑪瑙。2.2頂針、頂窩及圓柱止推軸承支撐其結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。這種支撐的靈敏度低于上一種，但抗沖擊力相對(duì)較強(qiáng)。用于旋杯流速儀時(shí)，頂針、頂窩置于下部，上部為圓柱支承，為避免軸向竄動(dòng)，在上面頂端增加一止推支撐點(diǎn)（通常采用一活動(dòng)鋼珠）。置于下部的頂針、頂窩通常采用軸承鋼制造，而置于上部的圓柱軸承用銅合金制造，與之配合的旋軸頸用不銹鋼制造。同樣這種結(jié)構(gòu)支撐的上部也利用潛水鐘原理設(shè)計(jì)成開(kāi)口朝下的密封氣室來(lái)防水，而下部相對(duì)防水

9、較差c但這種支撐結(jié)構(gòu)由于上部支撐得到了加強(qiáng)，因而可用于測(cè)最相對(duì)高的流速。上述支撐用于旋槳流速儀時(shí)，由于回轉(zhuǎn)重心偏向一邊，回轉(zhuǎn)部件對(duì)頂針與頂窩之間的徑向間隙比較敏感，在速度較高時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)失速，因此旋槳流速儀一般未采用這種結(jié)構(gòu)。圖7（旋杯）頂針、頂窩及圓柱止推軸承副支撐示意圖2.3雙圓柱、止推軸承支撐其結(jié)構(gòu)如圖8所示。這種支撐由于支撐點(diǎn)之間的接觸面積較大，因此較前兩種抗沖擊力更好一些。旋槳式流速儀采用這種結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)成槳軸固定不動(dòng)，槳葉在槳軸上旋轉(zhuǎn)，頂端止推支撐。雖然圓柱支撐的摩擦力較大，其靈敏度低于頂針、頂窩支撐，但由于避免了“叉形結(jié)構(gòu)支撐”，抗漂浮物纏繞功能增強(qiáng)?；剞D(zhuǎn)部分由于構(gòu)件不多，因而轉(zhuǎn)

10、動(dòng)貫量較小，適當(dāng)加大槳葉的迎水面積，有利于克服圓柱支撐摩擦力的影響。與前述球軸承支撐的旋槳流速儀比較，有支撐簡(jiǎn)單，拆洗方便的優(yōu)點(diǎn)。這種支撐一般多采用剛玉塑料和不銹鋼制造軸承副。同樣該支撐由于不易做到完全密封，對(duì)于多沙、流速高的水流會(huì)加快其軸承副磨損。國(guó)外早已有使用這種支撐設(shè)計(jì)的旋槳式流速儀，而國(guó)內(nèi)由于多數(shù)河流的含沙最較大、流速高，故未采用這種設(shè)計(jì)。另外，在旋杯式流速儀上使用雙圓柱、止推軸承支撐，雖然可以提高抗沖擊能力及壽命，但靈敏度較頂針、頂窩式軸承支撐差許多，因此也未采用。圖8雙圓柱止推軸承副支撐示意圖3結(jié)束語(yǔ)轉(zhuǎn)子式流速儀作為一種常規(guī)基本測(cè)流工具，已經(jīng)沿用了兩個(gè)多世紀(jì)，仍然具有強(qiáng)大的生命力。

11、盡管已經(jīng)有了許多新的測(cè)流方法及新型的儀器，但轉(zhuǎn)子式流速儀在現(xiàn)階段仍然是許多地方的主要測(cè)流工具。我們相信隨著新材料的使用及技術(shù)的不斷創(chuàng)新，轉(zhuǎn)子式流速儀的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)與密封也必將更加完整和理想。Nc2.2002鐘郴福：轉(zhuǎn)子式流速儀的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)與密封-51-TheRotarytypeSupportingstructureandPressurizationofTherotorKinemometerZhongXiangfu(TheExploitationDepartmentofHydrvlogicalApparatusFactoryinChongqing,Chongqing400700)AbstractThethesisintroducedtheapplicationandcharacteristicofvaretieso(therotarysupportstructureofthervtorkinemometer.Atthesametime,thethesisintroducedtherequirementandcompariso