转子式流速仪的旋转支撑结构与密封

　　1前言

　　多年来，水文测流大量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，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量与支撑结构的摩擦力而无法完全做到这一点，但在设计中可以尽量减少这种转动惯量及摩擦力的影响。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，旋转部分也尽量采用了质轻、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密封(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。

　　1.1球轴承内圈固定、外圈转动的旋转支撑

　　如图1所示，球轴承内圈随桨轴固定在身架上，套在球轴承外圈的轴套随桨叶转动，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球轴承桨轴轴套桨叶身架磷葬城蒸型号的的基础非接触个瓶形进人抽两轴承间，所以高速性能好。在上述基本结构形式下，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，水也因此不能进人油室，仪器的密封有了最大的保障。