轉子式流速儀的旋轉支撐結構與密封.docx

1、轉子式流速儀的旋轉支撐結構與密封鐘湘福（重慶水文儀器廠開發(fā)部，重慶400700）摘要本文介紹了轉子式流速儀的各沖旋轉支撐結構的應用和特點，以及對密封程度的要求和比較。可供有關人上參考，也有利于各地水文工作者根據本地水情，更好地選擇和使用各種轉子式流速儀。關鍵詞旋轉支撐密封軸承1前言多年來.水文測流大髭地采用轉子式流速儀。這一類流速儀有其獨特的優(yōu)點：結構精密、靈敏度高、誤差小、可靠性高、綜合性能好等。在漫長的發(fā)展過程中，逐步成為傳統(tǒng)的、常規(guī)的基本測流工具。轉子式流速儀的綜合性能的優(yōu)劣與其旋轉支撐結構及密封有著密切的關系。轉子式流速儀的測流原理是把水流的直線運動轉變?yōu)檗D子的旋轉運動，再通過機電轉換

2、，以電信號輸出。對于理想情況，這種轉化應是一絲不差的，實際上由于儀器轉動部分的轉動慣員與支撐結構的摩擦力而無法完全做到這一點，但在設計中可以盡最減少這種轉動慣最及摩擦力的影響。于是在轉子式流速儀中均采用軸承作為旋轉支撐結構中的減摩部件，旋轉部分也盡旦采用了質輕、強度高的材料。實際運用中，根據不同的水流環(huán)境測流，轉子式流速儀支撐結構主要分為兩大類：即球軸承旋轉支撐結構和頂針、頂窩、圓柱類軸承的旋轉支撐結構。2球軸承旋轉支撐結構本文所述轉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:采用球軸承的旋轉支撐結構。國內一般

3、主要采用鋼質球軸承（以前主要使用的是軸承鋼向心推力球軸承，而現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的靈敏度，又只能采用開放式活動形封（即靜止部分與運動部分，除球軸承外無接觸），而密封好不好取決于可能進水口的大小及到達球軸承油室的基本長度、間隙等因素，當然這直接又與支撐結構有關。在國內.一般回轉直徑較大的旋槳式流速儀都采用雙球軸承支撐結構.這種支撐結構有兩種基本結構形式：一種是球軸承內圈固定，外圈轉動；另一種是外圈固定，內圈轉動。如圖1所示，球軸承內圈

4、隨槳軸固定在身架上，套在球軸承外圈的軸套隨槳葉轉動，這是旋槳式流速儀的一種傳統(tǒng)結構。它的非接觸密封開口處位于兩軸承的后面或之間，這種形式的特點是：密封開口直徑較大，從開口到達軸承油室的距離較長，設計有澎漲腔，有的設有曲折的多層迷宮結構，儀器的防水性能因此較好°儀器的回轉重心位于或靠近圖1球軸承內圈固定、外圈轉動的支撐示意圖兩軸承間，所以高速性能好。在上述基本結構形式F,經過不斷改進，派生出多種型號的旋槳流速儀，并且密封、測量范圍等性能有了很大提高。另外，近年來在上述結構的基礎上，設計了將密封開口放在兩球軸承前面的旋槳流速儀（見圖2）。其主要特點是：非接觸密封的開口直徑可以作得較小，并

5、且到軸承油室的距離最長，整個節(jié)流迷宮形成一個瓶形氣室，既使是儀器油未充滿空腔，由于開口小，空氣也不易被水擠走，水也因此不能進入油室，儀器的密封有了最大的保障。圖3球軸承內圈轉動、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，套在軸承內圈的槳軸隨槳葉轉動，這種支撐結構的活動密封開口處位于兩球軸承的前方，這種結構形式的特點是：密封開口處直徑可以做得較小，有利于密封，但從開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提高防水性。這種支撐結構的轉動部分的旋轉慣最較小，因此低速較為靈敏，但由于旋轉重心靠前，高速時易產生振動，多用于中低流速儀。3頂針、頂窩、圓柱軸承旋轉支撐結

6、構這一類形式的支撐結構，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是：一般不易采用密封措施，結構相對簡單，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，頂針、頂窩磨損加快。這類支撐結構在設計時，可將頂針、頂窩設計成互為旋轉運動件（既可將頂窩置于轉動件上，也可將頂針置于轉動件上）。這類支撐結構一般可以分為三種基本結構形式：一種是雙頂針、頂窩軸承旋轉支撐；一種是頂針、頂窩及圓柱止推軸承旋轉支撐；還有一種是雙圓柱、止推軸承支撐。2.1雙頂針、頂窩軸承旋轉支撐其結構如圖4、圖5

7、所示。這種支撐結構用在旋杯流速儀時，支撐方向是成上下豎直安置，旋軸徑向受力；用在旋槳流速儀時是成水平橫向安置，槳軸軸向受力。一般均設計成叉形結構，這種支撐結構靈敏度較高，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、流速較高的水中測流時頂針、頂窩磨損加快。因此，這種支撐結構的儀器一般只適用于較低流速和較清澈、少漂浮物的水中測流。上述結構用在旋槳流速儀上時，國內一般用于微形流速儀，槳葉回轉直徑均小于30mm,兩軸尖均未密封，也不用加油。多被有關大學、研究部門用于實驗室的測流系統(tǒng)中。上述結構用在旋杯流速儀上由于成豎直方向設計，因此上部支撐可利用潛水鐘原理設計成開口朝下的密閉氣

8、室，水不易進入上部頂窩軸承，因此上部密封相對較好，而下部支持點雖設計有油室，但水還是較易進入軸承（主要是進水位置開口較大）。上述支撐結構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構如圖6、圖7所示。這種支撐的靈敏度低于上一種，但抗沖擊力相對較強。用于旋杯流速儀時，頂針、頂窩置于下部，上部為圓柱支承，為避免軸向竄動，在上面頂端增加一止推支撐點（通常采用一活動鋼珠）。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。同樣這種結構支撐的上部也利用潛水鐘原理設計成開口朝下的密封氣室來防水，而下部相對防水

9、較差c但這種支撐結構由于上部支撐得到了加強，因而可用于測最相對高的流速。上述支撐用于旋槳流速儀時，由于回轉重心偏向一邊，回轉部件對頂針與頂窩之間的徑向間隙比較敏感，在速度較高時易產生振動失速，因此旋槳流速儀一般未采用這種結構。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、止推軸承支撐其結構如圖8所示。這種支撐由于支撐點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構一般設計成槳軸固定不動，槳葉在槳軸上旋轉，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“叉形結構支撐”，抗漂浮物纏繞功能增強。回轉部分由于構件不多，因而轉

10、動貫量較小，適當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，有支撐簡單，拆洗方便的優(yōu)點。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，對于多沙、流速高的水流會加快其軸承副磨損。國外早已有使用這種支撐設計的旋槳式流速儀，而國內由于多數河流的含沙最較大、流速高，故未采用這種設計。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結束語轉子式流速儀作為一種常規(guī)基本測流工具，已經沿用了兩個多世紀，仍然具有強大的生命力。

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