转子式流速仪的旋转支撑结构与密封.docx

1、转子式流速仪的旋转支撑结构与密封钟湘福（重庆水文仪器厂开发部，重庆400700）摘要本文介绍了转子式流速仪的各冲旋转支撑结构的应用和特点，以及对密封程度的要求和比较。可供有关人上参考，也有利于各地水文工作者根据本地水情，更好地选择和使用各种转子式流速仪。关键词旋转支撑密封轴承1前言多年来.水文测流大髭地采用转子式流速仪。这一类流速仪有其独特的优点：结构精密、灵敏度高、误差小、可靠性高、综合性能好等。在漫长的发展过程中，逐步成为传统的、常规的基本测流工具。转子式流速仪的综合性能的优劣与其旋转支撑结构及密封有着密切的关系。转子式流速仪的测流原理是把水流的直线运动转变为转子的旋转运动，再通过机电转换

2、，以电信号输出。对于理想情况，这种转化应是一丝不差的，实际上由于仪器转动部分的转动惯员与支撑结构的摩擦力而无法完全做到这一点，但在设计中可以尽最减少这种转动惯最及摩擦力的影响。于是在转子式流速仪中均采用轴承作为旋转支撑结构中的减摩部件，旋转部分也尽旦采用了质轻、强度高的材料。实际运用中，根据不同的水流环境测流，转子式流速仪支撑结构主要分为两大类：即球轴承旋转支撑结构和顶针、顶窝、圆柱类轴承的旋转支撑结构。2球轴承旋转支撑结构本文所述转子式流速仪主要指旋杯式和旋桨式流速仪。旋杯式流速仪一般不采用球轴承的支撑方式（主要是难以做到较好的密封），而旋桨式流速仪则大量:采用球轴承的旋转支撑结构。国内一般

3、主要采用钢质球轴承（以前主要使用的是轴承钢向心推力球轴承，而现在基本上全部使用不锈钢向心球轴承）。由于球轴承有很高的精度及灵敏度，它一般需要在有润滑油的条件下工作。要保持球轴承的理想工作环境，就必须考虑流速仪的密封，为了保持旋桨式流速仪桨叶旋转的灵敏度，又只能采用开放式活动形封（即静止部分与运动部分，除球轴承外无接触），而密封好不好取决于可能进水口的大小及到达球轴承油室的基本长度、间隙等因素，当然这直接又与支撑结构有关。在国内.一般回转直径较大的旋桨式流速仪都采用双球轴承支撑结构.这种支撑结构有两种基本结构形式：一种是球轴承内圈固定，外圈转动；另一种是外圈固定，内圈转动。如图1所示，球轴承内圈

4、随桨轴固定在身架上，套在球轴承外圈的轴套随桨叶转动，这是旋桨式流速仪的一种传统结构。它的非接触密封开口处位于两轴承的后面或之间，这种形式的特点是：密封开口直径较大，从开口到达轴承油室的距离较长，设计有澎涨腔，有的设有曲折的多层迷宫结构，仪器的防水性能因此较好°仪器的回转重心位于或靠近图1球轴承内圈固定、外圈转动的支撑示意图两轴承间，所以高速性能好。在上述基本结构形式F,经过不断改进，派生出多种型号的旋桨流速仪，并且密封、测量范围等性能有了很大提高。另外，近年来在上述结构的基础上，设计了将密封开口放在两球轴承前面的旋桨流速仪（见图2）。其主要特点是：非接触密封的开口直径可以作得较小，并

5、且到轴承油室的距离最长，整个节流迷宫形成一个瓶形气室，既使是仪器油未充满空腔，由于开口小，空气也不易被水挤走，水也因此不能进入油室，仪器的密封有了最大的保障。图3球轴承内圈转动、外圜固定的支撑示意图如图3所示，球轴承的外圈固定在仪器的外光上，套在轴承内圈的桨轴随桨叶转动，这种支撑结构的活动密封开口处位于两球轴承的前方，这种结构形式的特点是：密封开口处直径可以做得较小，有利于密封，但从开口处到轴承油室的距离较近，只有靠多次曲折迷宫和较小间隙来提高防水性。这种支撑结构的转动部分的旋转惯最较小，因此低速较为灵敏，但由于旋转重心靠前，高速时易产生振动，多用于中低流速仪。3顶针、顶窝、圆柱轴承旋转支撑结

6、构这一类形式的支撑结构，既可以用在旋杯流速仪上，也可以用在旋桨流速仪上。顶窝材料一般用轴承钢、硬质合金或刚玉、玛瑙，顶针材料一般使用轴承钢或不锈钢。这一类支撑的主要特点是：一般不易采用密封措施，结构相对简单，保养清洗较方便，但抗水中漂浮物冲击能力较差，在高含沙量的水流中使用时，顶针、顶窝磨损加快。这类支撑结构在设计时，可将顶针、顶窝设计成互为旋转运动件（既可将顶窝置于转动件上，也可将顶针置于转动件上）。这类支撑结构一般可以分为三种基本结构形式：一种是双顶针、顶窝轴承旋转支撑；一种是顶针、顶窝及圆柱止推轴承旋转支撑；还有一种是双圆柱、止推轴承支撑。2.1双顶针、顶窝轴承旋转支撑其结构如图4、图5

7、所示。这种支撑结构用在旋杯流速仪时，支撑方向是成上下竖直安置，旋轴径向受力；用在旋桨流速仪时是成水平横向安置，桨轴轴向受力。一般均设计成叉形结构，这种支撑结构灵敏度较高，但轴尖较脆弱，不能抵抗较大外力的冲击，抗墉绕功能较差，在含沙最较大、流速较高的水中测流时顶针、顶窝磨损加快。因此，这种支撑结构的仪器一般只适用于较低流速和较清澈、少漂浮物的水中测流。上述结构用在旋桨流速仪上时，国内一般用于微形流速仪，桨叶回转直径均小于30mm,两轴尖均未密封，也不用加油。多被有关大学、研究部门用于实验室的测流系统中。上述结构用在旋杯流速仪上由于成竖直方向设计，因此上部支撑可利用潜水钟原理设计成开口朝下的密闭气

8、室，水不易进入上部顶窝轴承，因此上部密封相对较好，而下部支持点虽设计有油室，但水还是较易进入轴承（主要是进水位置开口较大）。上述支撑结构顶针部分一般采用不锈钢，顶窝轴承多采用钢玉或玛瑙。2.2顶针、顶窝及圆柱止推轴承支撑其结构如图6、图7所示。这种支撑的灵敏度低于上一种，但抗冲击力相对较强。用于旋杯流速仪时，顶针、顶窝置于下部，上部为圆柱支承，为避免轴向窜动，在上面顶端增加一止推支撑点（通常采用一活动钢珠）。置于下部的顶针、顶窝通常采用轴承钢制造，而置于上部的圆柱轴承用铜合金制造，与之配合的旋轴颈用不锈钢制造。同样这种结构支撑的上部也利用潜水钟原理设计成开口朝下的密封气室来防水，而下部相对防水

9、较差c但这种支撑结构由于上部支撑得到了加强，因而可用于测最相对高的流速。上述支撑用于旋桨流速仪时，由于回转重心偏向一边，回转部件对顶针与顶窝之间的径向间隙比较敏感，在速度较高时易产生振动失速，因此旋桨流速仪一般未采用这种结构。图7（旋杯）顶针、顶窝及圆柱止推轴承副支撑示意图2.3双圆柱、止推轴承支撑其结构如图8所示。这种支撑由于支撑点之间的接触面积较大，因此较前两种抗冲击力更好一些。旋桨式流速仪采用这种结构一般设计成桨轴固定不动，桨叶在桨轴上旋转，顶端止推支撑。虽然圆柱支撑的摩擦力较大，其灵敏度低于顶针、顶窝支撑，但由于避免了“叉形结构支撑”，抗漂浮物缠绕功能增强。回转部分由于构件不多，因而转

10、动贯量较小，适当加大桨叶的迎水面积，有利于克服圆柱支撑摩擦力的影响。与前述球轴承支撑的旋桨流速仪比较，有支撑简单，拆洗方便的优点。这种支撑一般多采用刚玉塑料和不锈钢制造轴承副。同样该支撑由于不易做到完全密封，对于多沙、流速高的水流会加快其轴承副磨损。国外早已有使用这种支撑设计的旋桨式流速仪，而国内由于多数河流的含沙最较大、流速高，故未采用这种设计。另外，在旋杯式流速仪上使用双圆柱、止推轴承支撑，虽然可以提高抗冲击能力及寿命，但灵敏度较顶针、顶窝式轴承支撑差许多，因此也未采用。图8双圆柱止推轴承副支撑示意图3结束语转子式流速仪作为一种常规基本测流工具，已经沿用了两个多世纪，仍然具有强大的生命力。

11、尽管已经有了许多新的测流方法及新型的仪器，但转子式流速仪在现阶段仍然是许多地方的主要测流工具。我们相信随着新材料的使用及技术的不断创新，转子式流速仪的旋转支撑结构与密封也必将更加完整和理想。Nc2.2002钟郴福：转子式流速仪的旋转支撑结构与密封-51-TheRotarytypeSupportingstructureandPressurizationofTherotorKinemometerZhongXiangfu(TheExploitationDepartmentofHydrvlogicalApparatusFactoryinChongqing,Chongqing400700)AbstractThethesisintroducedtheapplicationandcharacteristicofvaretieso(therotarysupportstructureofthervtorkinemometer.Atthesametime,thethesisintroducedtherequirementandcompariso