旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置的製作方法

2023-10-05 22:59:39 3

專利名稱：旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種江河水文測驗領域中水流速度測量儀器的部件，尤其涉及一種旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置。
背景技術：
旋槳流速儀由旋槳、旋轉軸動態密封裝置、旋轉支承系統、發信部件、儀器座部件等組成的主機部分和尾翼部件、計數器等附屬設備部分組成。旋槳流速儀技術性能按GB11827《旋槳流速儀)》技術要求設計、製造和檢定。
儀器座部件是儀器的基礎，前孔安裝旋轉支承系統，中間安裝發信部件，後端裝有定向的尾翼部件，儀器傳感部分旋槳安裝在支承系統上的前方，感應水流速度V，並把其直線運動轉換為旋轉運動，其轉速n與v呈函數關係V＝f(n)(1)旋槳轉速n是在一測速時段內通過發信部件轉換為開關數字量型式的電脈衝信號輸出至計數器的轉數。旋轉支承系統的軸承部分安裝在軸承油室中，其前方至儀器進水通道處設有旋轉軸動態密封裝置，用於阻擋河水侵入軸承油室汙染軸承，保證儀器正常工作。函數關係式(1)是按SL/T150《直線明槽中轉子式流速儀的檢定》實驗確定，與旋槳結構參數，旋轉支承系統摩阻特性和發信部件工作特性參數等有關，在使用中，這些參數如發生變化，將影響函數關係式(1)的係數，從而降低儀器測量精度，甚至導致儀器難以正常工作，如1957年我國仿製的前蘇聯旋槳流速儀。之後，按照我國河流在汛期特有的高速、高含沙量水流條件，進行了改進設計。通過多年實踐表明，目前儀器結構性能存在以下缺陷
1.旋轉軸動態密封裝置，由若干旋轉的動套圈和若干相應的靜套圈套合成的彎彎曲曲迷宮途徑構成，缺點是密封性能欠佳，軸承油室容易進水。
在一般水流條件下，每測完一次流，儀器旋轉支承系統的軸承都要拆洗，而在汛期，水流條件惡劣，有時甚至測一條垂線流速，儀器都要提出水面重新進行拆洗，在野外條件下殊不方便，既費工，費時，費料，軸承也難清洗乾淨，更重要的是，在搶測洪峰流量分秒必爭的瞬間，往往殆誤戰機，丟失寶貴的水文資料。
2.旋轉支承系統，由一對外套圈分離型軸承，內、外隔套，支承軸和並帽等組成，兩軸承外套圈背靠背，中間用內、外隔套定位，安裝在支承軸上，用並帽固定成一體。缺陷①旋轉、支承結構不合理，兩支承點距離窄，旋轉部分跨度長，且旋轉重心在支承點外。高速旋轉不穩定；②旋轉支承系統軸向工作遊隙調整困難，影響儀器靈敏度和高速運轉穩定性；③上述高速旋轉不穩定又導致軸承油室進水；④軸承材料為GCr15軸承鉻鋼，易鏽蝕，常更換，檢修工作量大，使上述矛盾更為突出。
目前旋槳流速儀結構存在的缺陷，導致人、財、物力和時間的浪費，並影響水文測量精度。

發明內容
上述目前旋槳流速儀使用中存在的諸多問題，可用本實用新型旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置來解決，達到儀器性能穩定、工作可靠，確保水文測量精度；同時儀器使用、維護、檢修、管理均十分方便。而要達到此目的，需具體解決如下技術問題本實用新型將提供一種新結構的旋槳流速儀旋轉軸動態密封裝置，新結構性能可靠，確保儀器在汛期高速、高含沙量渾水中長期正常工作，軸承油室不進水。
本實用新型的優化方案還要解決旋轉支承系統的問題，提供的新結構可以達到①旋轉、支承系統具有高速運轉的穩態結構；②旋轉支承系統軸向工作遊隙結構具有免調功能，達到軸承等零件隨機安裝、更換都能保證系統最佳軸向工作遊隙，即儀器最好靈敏度；③軸承材料具有防鏽性能。
為完成上述發明任務，本發明理論分析密封裝置工作機理，最後用實驗進一步驗證，結構做到結構精、細、小；採用轉套、篦齒兩種型式的非接觸迷宮迷封裝置，串聯安裝，起緩衝和堵截河水入侵作用，以確保軸承油室不進水。
總體技術方案是旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置旋轉軸動態密封是由若干動、靜套互相套合，互不摩擦，構成迂迴曲折迷宮途徑，其縫隙細小，對通過介質產生消能、降壓、節流效應，從而起到密封效果。參考水力機械有關旋轉軸動態密封裝置大量實驗得到的經驗公式 式中W為液體漏洩量；Δp為密封裝置前後壓力差；e為旋轉軸-套間徑向縫隙；d為旋轉軸、套直徑；μ為液體動力粘性係數；l為密封裝置迷宮路徑長度；為迷宮結構係數。
由上式可見，在壓力差Δp、液體動力粘性係數μ相同時，漏洩量W與旋轉軸-套間徑向縫隙e的三次方、旋轉軸或套直徑d的一次方成正比；而與迷宮長度l的一次方成反比。後者是目前國內外旋槳流速儀旋轉軸動態密封裝置結構設計理論的主要依據，它片面加長旋轉軸套長度l。實驗表明，目前技術的支承點距離短，長軸套結構在高速旋轉時，其尾部上、下擺動厲害，形成偏心泵作用，使漏洩量W增大2.5倍；同時旋轉軸套內孔與支承軸產生滑動摩擦，旋轉支承系統摩阻力劇增。為避免摩擦，只得增大旋轉軸、套間徑向縫隙e。因此，總的密封效果明顯變差。本實用新型設計理論主要依據為前者，它產生的效應顯著，相當於與公式(2)中分子的四次方成正比關係。
本實用新型採用以下結構，以滿足上述要求①旋槳旋轉支承系統由目前的軸承外套圈改為內套圈，即旋轉軸是安裝在旋轉支承系統前、後軸承內套圈上，使旋轉直徑d減小；②提高旋轉軸、套加工的幾何、旋轉精度，以減小迷宮徑向縫隙b；③增加迷宮路徑拐彎次數，以增大消能、減壓和節流效應；④迷宮結構設計力求使結構修正係數減小。總體布局在進水通道處布設轉套式密封裝置，以清水為封液，從而可避免常規使用比重小的儀器油，在深水壓力和旋槳高速旋轉離心力作用下被排擠出器外，河水乘虛直入儀器油室，同時清洗也十分方便；緊接其後，軸承油室前，串接安裝密封性能更好的篦齒式密封裝置，迷宮縫隙中充滿比重大於水的封液，可有效地達到堵截河水入侵軸承油室。篦齒式密封裝置結構為一獨立的整體，並有備用件，裝卸方便。
具體地說，其技術方案是，旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置安裝在旋轉支承系統中，其特徵在於，旋轉軸密封是由安裝在進水通道的轉套式密封裝置和安裝在軸承油室B前的篦齒式密封裝置組成；旋轉支承系統由旋轉軸安裝在中間隔以內隔套的前、後軸承內套圈中，用軸承內套圈固定帽並緊成一體的旋轉部分和由孔中安裝旋轉部分的軸承座，並緊後軸承外套圈的軸承外圈固定帽等組成的支承部分組成。
本實用新型有以下進一步優化的方案1、轉套式密封裝置迷宮細縫中充滿清水封液。
2、篦齒式密封裝置是由密封座、套和其上的若干動、靜篦齒構成的互相錯開、互不接觸、迂迴曲折迷宮細縫的獨立結構。
3、篦齒式密封裝置迷宮細縫中充滿SY-1封液。
4、所說的封液是配比為10∶1的甘油和紅墨水混合液體。
5、篦齒式密封裝置的密封套外圓具有方便裝卸的螺紋。
6、軸承座前方螺孔切槽中和旋轉軸凸臺肩部處，分別裝有中、小「O」型橡膠圈。
7、篦齒式密封裝置安裝在軸承座前方螺孔中，密封套、座端部分別壓住中、小「O」型橡膠圈。
8、旋轉支承系統的前軸承端面與軸承座孔底平面之間設有一供後軸承軸向遊隙自調間隙C。
在具體實施中，本實用新型可以是單獨的旋槳流速儀旋轉軸動態密封裝置；也可以是包括有本結構的旋轉軸動態密封裝置的整體的旋槳流速儀；還可以是旋槳流速儀的旋轉支承系統和旋轉支承系統，即旋槳流速儀的主機，以上各種方式均可以形成商品。
在採用上述第三種商品形式時，為了達到第2發明目的，本實用新型的優化方案是還設有旋轉支承系統，並對旋轉支承系統進行改進，①旋轉、支承結構的支承點跨度大於旋轉體的長度，重心在支點內，旋轉穩定；②採用不可分離型單列向心軸承，取消外隔套，後軸承外套圈固定，內套圈-鋼球與前面直徑較小的前軸承處於軸向懸浮狀態，後軸承遊隙便是系統軸向工作遊隙，在結構上設計成免調式，達到軸承、零件等可隨機裝配，檢修簡便，確保儀器應有的靈敏度；
③軸承材料採用不鏽鋼。
本實用新型與現有技術比較有益效果1.旋轉軸動態密封裝置，密封性能較完善，工作可靠，軸承油室不進水，軸承摩阻力矩穩定，因而可確保儀器靈敏度，即低速測量精度，特別是能及時準確地測得洪峰流量，獲得可靠水文資料。
2.旋轉支承系統，①旋轉、支承結構配置合理，高轉速穩定性好；②軸向工作遊隙為免調式結構，在裝配、檢修時，隨機換用軸承等零件，都能保持最佳值，即最小的摩阻力矩，因而可確保儀器靈敏度和高速旋轉的穩定性。裝配、維護、檢修均十分方便；③不鏽鋼軸承防鏽性能好。
本實用新型旋槳流速儀結構性能比較完善，可在汛期複雜的水流條件下長時間正常工作，確保水文測量精度，使用、維護、檢修、管理均十分簡便，可節省大量的人、物、財力和時間。對具有河流多，水情複雜多變，測流次數頻繁、工作量大，儀器數量多，檢修任務重的我國，具有現實意義。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1是本實用新型旋槳流速儀主機結構圖；圖2是旋槳流速儀旋轉支承系統結構圖；圖3是旋槳流速儀機芯結構圖；圖4是旋槳流速儀篦齒式密封裝置結構圖；圖5是圖4旋槳流速儀篦齒式密封裝置封液注入示意圖。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型旋槳流速儀主機結構圖，包括旋槳1，篦齒式密封裝置2，轉套式密封裝置3，旋轉支承系統4，發信部件5，儀器座部件6。作為儀器傳感元件旋槳1安裝在旋轉支承系統4上前方，感受水流速度V，並把它轉換為轉速n的旋轉運動。旋轉支承系統4後端主磁鋼21與旋槳1同步旋轉，每轉一圈激勵其後的發信部件5一次，把旋槳轉數轉換為開關數字量型式的電脈衝信號，輸出至計數器。儀器座部件6為各部件安裝的基座，其後部大外圓處有一豎孔K是儀器測流安裝孔。旋轉支承系統4安裝在儀器座部件6前方孔中，為保證其正常工作，在軸承油室前方裝有篦齒、轉套式密封裝置2、3。
圖2是旋槳流速儀旋轉支承系統結構圖。由不可分離型，小、大直徑配對的前、後軸承13、18和旋轉軸10，軸承座14，內隔套16，軸承內、外圈固定帽19、20、油室蓋帽22等組成，B為軸承油室。旋轉軸10安裝在中間隔以內隔套16的前、後軸承13、18內套圈中，用軸承內套圈固定帽19並緊，構成旋轉部分，它裝在軸承座14孔中，用軸承外圈固定帽20並緊後軸承18外套圈構成支承部分，軸承座14孔兼作軸承油室B，其中充滿儀器油，然後用油室蓋帽22蓋嚴，成為旋轉支承系統4，安裝在儀器座部件6孔中。前軸承13端面與軸承座14孔的底平面之間有一間隙C，這是後軸承18軸向遊隙自調距離，也是旋轉支承系統軸向工作遊隙免調式結構。它可使後軸承18的鋼球-內套圈軸向具有足夠的自由度，從而保證其自身固有的，也是旋轉支承系統最佳的軸向工作遊隙，使儀器具有小而穩定的內摩阻力矩，即低速靈敏度和高轉速穩定性。本實用新型旋轉支承系統從結構理論分析和樣機裝配、實驗均表明，可達到旋轉系統工作遊隙免調的目的，從而保證儀器裝配、檢修過程中可隨機更換軸承等零件，上述儀器性能保持不變。為監測旋轉支承系統內摩阻力矩，配備有摩阻力矩標準砝碼。這樣，水文站網在流速儀使用、維修和管理上都變得十分方便。
圖3是旋槳流速儀機芯結構圖。以圖2所示的旋轉支承系統4為基體，還包括篦齒式密封裝置2，半圓頭螺釘7，彈簧墊圈8，旋轉軸套9，中、小「O」型橡膠圈11、12，滾花並帽15，大「O」型橡膠圈17，主磁鋼21。在軸承座14外圓凸肩處安裝大「O」型橡膠圈17和滾花並帽15，軸承座14前方螺孔切槽中和旋轉軸10凸臺肩部處，分別安裝中、小「O」型橡膠圈11、12後，擰上篦齒式密封裝置2，再用半圓頭螺釘7、彈簧墊圈8把旋轉軸套9固定在旋轉軸10上，即為旋槳流速儀機芯。把它安裝在儀器座部件6前方孔中，用滾花並帽15並緊，最後裝上旋槳1、發信部件5便是本實用新型旋槳流速儀主機。安裝在儀器座部件6尾部的尾翼部件和水面上的計數器未表示。
旋轉軸套9中部和孔口處各有一個套圈，分別與其外圓孔壁構成一環形槽和動套圈。篦齒式密封裝置2的密封套24後部設有環形槽。上述裝配過程中，旋轉軸套9孔口處環形槽套在滾花並帽15後緣靜套圈中，構成互不接觸、迂迴曲折的細縫，是轉套式密封裝置3第一道迷宮；旋轉軸套9中部孔壁處的環圓槽、動套圈分別與篦齒式密封裝置2之密封套24後部靜套圈、環形槽套合，構成互不接觸、迂迴曲折的細縫，是轉套式密封裝置3的第二道迷宮，同時它把轉套式密封型式串接至篦齒式密封型式。轉套式密封裝置3迷宮細縫中充滿清水封液。
圖4是本實用新型篦齒式密封裝置2結構圖。由密封座23，密封套24和若干動、靜篦齒26、25等組成。密封座23外圓、密封套24內孔分別交叉壓合若干動、靜篦齒26、25，構成互相錯開、互不接觸、迂迴曲折迷宮細縫的獨立結構。為達到密封功效，各壓合面輕塗環氧樹脂膠，細縫中充滿比重較水大的SY-1封液。它是按配比為10∶1的甘油和紅墨水混合液體。顏色是用以判別密封效果。為確保密封性能，篦齒式密封裝置2安裝在軸承座14前方螺孔中，密封套、座24、23端部分別壓住中、小「O」型橡膠圈11、12。篦齒式密封裝置2附有備用件，為便於其裝卸，在密封套24外圓具有螺紋。當旋槳1帶轉旋轉軸10的同時，密封座23與其上的動篦齒26同步旋轉。由水力學理論和實驗可知，每一級動、靜篦齒26、25之間均存在較大壓降，因此，整個篦齒式密封裝置2前後具有相當大的壓差，故可較有效地截斷河水侵入軸承油室B。本實用新型篦齒式密封裝置2在室內圓水槽旋臂機以線速度5m/s，含沙量50kg/m3水流條件下連續運轉72小時，和黃河水文站連續工作一個汛期，最大流速5.1m/s，最高含沙量100kg/m3，儀器軸承油室B均未進水。室內外實驗表明，本篦齒式密封裝置2實施例是可行的。
圖5是圖4本實用新型篦齒式密封裝置封液注入示意圖。由中、小「O」型橡膠圈11、12，壓蓋27，橡膠帽28，圓柱頭螺釘29，墊圈30，滾花螺套31，螺帽32等組成。把篦齒式密封裝置2裝進滾花螺套31中，用圓柱頭螺釘29和螺帽32固定。把裝有SY-1封液的醫用注射器針頭插進橡膠帽28小孔，推進封液，直至其從下部滲出。本實用新型篦齒式密封裝置及其加封液結構、安裝、操作以及封液供應渠道及其配製方法均十分簡便。且附有備件，可快捷、簡便地更換。其清洗工藝按上述相反次序進行，也十分方便。
權利要求1.一種旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，由若干旋轉的動套圈和若干相應的靜套圈套合成的彎彎曲曲迷宮途徑安裝在旋轉支承系統中構成，其特徵在於，旋轉軸密封是由安裝在進水通道的轉套式密封裝置和安裝在軸承油室前的篦齒式密封裝置組成；旋轉支承系統由旋轉軸安裝在中間隔以內隔套的前、後軸承內套圈中，用軸承內套圈固定帽並緊成一體的旋轉部分和由孔中安裝旋轉部分的軸承座，並緊後軸承外套圈的軸承外圈固定帽等組成的支承部分組成。
2.按照權利要求1所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，所述的篦齒式密封裝置是由密封座、套和其上的若干動、靜篦齒構成的互相錯開、互不接觸、迂迴曲折迷宮細縫的獨立結構。
3.按照權利要求2所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，所述的篦齒式密封裝置迷宮細縫中充滿清水封液或SY-1封液，所說的SY-1封液是配比為10∶1的甘油和紅墨水混合液體。
4.按照權利要求1或2或3所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，所述的篦齒式密封裝置的密封套外圓具有方便裝卸的螺紋。
5.按照權利要求4所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，所述的軸承座前方螺孔切槽中和旋轉軸凸臺肩部處，分別裝有中、小「O」型橡膠圈。
6.按照權利要求5所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，篦齒式密封裝置安裝在軸承座前方螺孔中，密封套、座端部分別壓住中、小「O」型橡膠圈。
7.按照權利要求6所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，旋轉支承系統的前軸承端面與軸承座孔底平面之間設有一供後軸承軸向遊隙自調間隙C。
8.按照權利要求7所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，還設有旋轉支承系統，其結構是旋轉、支承結構的支承點跨度大於旋轉體長度，重心在支點內。
9.按照權利要求5～8之一所述的旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，其特徵在於，採用不可分離型單列向心軸承，取消外隔套，後軸承外套圈固定，內套圈-鋼球與前面直徑較小的前軸承處於軸向懸浮狀態，後軸承遊隙便是系統軸向工作遊隙。
專利摘要旋槳流速儀的旋轉軸動態密封裝置，由若干旋轉的動套圈和若干相應的靜套圈套合成的彎彎曲曲迷宮途徑安裝在旋轉支承系統中構成，其特徵在於，旋轉軸密封是由安裝在進水通道的轉套式密封裝置和安裝在軸承油室B前的篦齒式密封裝置組成；旋轉支承系統由旋轉軸安裝在中間隔以內隔套的前、後軸承內套圈中，用軸承內套圈固定帽並緊成一體的旋轉部分和由孔中安裝旋轉部分的軸承座，並緊後軸承外套圈的軸承外圈固定帽等組成的支承部分組成。本設計密封性能完善，軸承油室不進水，軸承摩阻力矩穩定，可確保儀器靈敏度，能及時準確地測得洪峰流量，獲得可靠水文資料。旋轉支承系統結構配置合理，高轉速穩定性好；裝配、維護、檢修均十分方便。
文檔編號G01P5/00GK2781377SQ200520069598
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月9日 優先權日2005年3月9日
發明者楊漢塘 申請人:水利部南京水利水文自動化研究所