專利名稱：非密封自動(dòng)補(bǔ)償旋槳式流速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋槳式流速儀的一種旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
從1610年外國(guó)設(shè)計(jì)師薩多利爾利用絞鏈絞合葉片制造全球第一架流速儀算起，流速儀已經(jīng)歷了 400年的發(fā)展歷程。我國(guó)于1940年由當(dāng)時(shí)民國(guó)政府直接主導(dǎo)，在重慶首次成功仿制美國(guó)普來(lái)斯旋杯流速儀，進(jìn)而組建水文實(shí)驗(yàn)工廠，并首批生產(chǎn)100臺(tái)，分發(fā)全國(guó)各地水文站使用，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)流速儀自主生產(chǎn)的先河。中國(guó)政府歷來(lái)對(duì)水利事業(yè)高度關(guān)注，流速儀的研發(fā)和技術(shù)進(jìn)步一直倍受重視。上世紀(jì)五十年代，我國(guó)曾分別邀請(qǐng)過(guò)前蘇聯(lián)和前民主德國(guó)的專家來(lái)華直接指導(dǎo)我國(guó)企業(yè)流速儀的技術(shù)改進(jìn)；至八十年代，我國(guó)的轉(zhuǎn)子式流速儀生產(chǎn)和研發(fā)已基本接近或達(dá)到國(guó)際發(fā)達(dá) 國(guó)家同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平?，F(xiàn)代流速儀的技術(shù)發(fā)展前沿已轉(zhuǎn)向電磁和聲光模式，雖然此類新技術(shù)產(chǎn)品具有轉(zhuǎn)子式流速儀所不能相比的性能優(yōu)勢(shì)，但因其價(jià)格昂貴、技術(shù)復(fù)雜等原因，極大地制約了其應(yīng)用范疇。迄今為止，轉(zhuǎn)子式流速儀仍然是國(guó)內(nèi)外廣大基層單位應(yīng)用最為廣泛的主流品種，其地位無(wú)可替代。流速儀最先是江河湖泊傳統(tǒng)測(cè)流的水文儀器，當(dāng)今應(yīng)用范疇已擴(kuò)展至水利、水渠、水庫(kù)排流、水電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)、水資源分配管理、船航測(cè)速和水工實(shí)驗(yàn)等廣泛領(lǐng)域。目前，就轉(zhuǎn)子式流速儀而言，我國(guó)無(wú)論在研發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)能力方面都與發(fā)達(dá)國(guó)家水平相當(dāng)。雖然轉(zhuǎn)子式流速儀技術(shù)已相當(dāng)成熟，但無(wú)可否認(rèn)，全世界各國(guó)轉(zhuǎn)子式流速儀都存在一個(gè)共同的致命弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在投入連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間十分有限。一般，只能滿足短暫測(cè)量的需要，隨即便要取出進(jìn)行清洗、檢查或加油等維護(hù)。據(jù)我們對(duì)不同廠家生產(chǎn)的流速儀進(jìn)行廣泛調(diào)查，一般連續(xù)工作的時(shí)限通常僅為幾個(gè)小時(shí)！據(jù)查，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此指標(biāo)規(guī)定為8小時(shí)(參見(jiàn)GB/T 11826-2002之第6. 15條)，而目前國(guó)內(nèi)行業(yè)一般執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為2至8小時(shí)。影響這一指標(biāo)最最關(guān)鍵的技術(shù)難題就在于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)與密封的設(shè)計(jì)。2010年5月21日，水利部“948”項(xiàng)目管理辦公室在南京主持召開(kāi)了由南京水文所承擔(dān)的水利部“948”項(xiàng)目“LJ系列旋槳式流速儀”驗(yàn)收會(huì)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，“該項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)水文測(cè)驗(yàn)的特點(diǎn)，總結(jié)現(xiàn)有旋槳式流速儀的生產(chǎn)、裝配、使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)儀器結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行改進(jìn)，完成了 LJ系列旋槳式流速儀6種型號(hào)儀器的研制?！笨梢韵嘈牛擁?xiàng)目體現(xiàn)了當(dāng)今我國(guó)轉(zhuǎn)子式流速儀的最高技術(shù)水平，但此項(xiàng)目并沒(méi)有在連續(xù)工作時(shí)間指標(biāo)上有所突破！水資源的智能化監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理是各國(guó)水利、水文、水電及水資源管理部門的重大科研課題，智能監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理、多媒體通信和精密傳感等多門學(xué)科，但就當(dāng)今科技高度發(fā)達(dá)的年代，相關(guān)技術(shù)已相當(dāng)成熟，但流速(流量)這一作為水資源監(jiān)控最前沿和最基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的全天候、實(shí)時(shí)采集卻嚴(yán)重地受制于流速儀連續(xù)服役時(shí)限。因此，流速儀長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行這一技術(shù)難題真正突破，已成為智能化水資源管理和災(zāi)害監(jiān)測(cè)、防控技術(shù)要解決最最迫切的難題！而本發(fā)明極有可能使這一難題迎刃而解！
發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)今，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)子式流速儀的設(shè)計(jì)已非常成熟，成套儀器主要包括旋槳葉片及聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸套、殼體、轉(zhuǎn)運(yùn)傳感發(fā)訊元件及其安放之密封倉(cāng)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速顯示儀表及測(cè)量安裝結(jié)構(gòu)等。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)是流速儀技術(shù)之核心所在。防水、密封和潤(rùn)滑是幾百年來(lái)固有的設(shè)計(jì)思維。作為一種普及化的民用產(chǎn)品，絕對(duì)的密封的設(shè)計(jì)其經(jīng)濟(jì)性是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因而只能對(duì)極低的連續(xù)正常工作時(shí)間和不間斷的清洗和維護(hù)保持高度的容忍。本技術(shù)發(fā)明對(duì)旋漿式流速儀的旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有如下四方面的重大突破I、非密封的雙頂針頂窩式轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)
如圖所示，前頂針與轉(zhuǎn)子剛性相連，與之相配合的為滑動(dòng)式頂窩式設(shè)計(jì)；后頂針可在殼體中心孔洞滑動(dòng)。流速儀工作時(shí)，后頂針處于靜止?fàn)顟B(tài)，與轉(zhuǎn)子后端的頂窩相配合。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)運(yùn)傳感器發(fā)訊元件深藏于與密封倉(cāng)相連的洞穴內(nèi)，與轉(zhuǎn)子后端的感應(yīng)板保持適當(dāng)感應(yīng)距離，向轉(zhuǎn)速顯示儀表靈敏而精確地傳送轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率信息。2、前頂針頂窩的轉(zhuǎn)運(yùn)間隙為可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)如圖所示，滑動(dòng)頂窩可通過(guò)螺栓調(diào)節(jié)。內(nèi)行人士眾所周知，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，以電信號(hào)輸出。其計(jì)算流速按如下公式檢定和計(jì)算V = a+bn式中V為流速,單位為米每秒(m/s)；a為儀器常數(shù)，單位為米每秒(m/s);表征驅(qū)動(dòng)流速v與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率n的函數(shù)曲線開(kāi)始呈現(xiàn)為線性關(guān)系時(shí)點(diǎn)流速，此時(shí)的流速略高于能驅(qū)使儀器初始啟動(dòng)的水流速度；b為水力螺距，單位為米(m)，其量值由旋槳設(shè)計(jì)參數(shù)確定； n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率，單位為轉(zhuǎn)/秒(/s)，等于轉(zhuǎn)子總轉(zhuǎn)數(shù)N與相應(yīng)的測(cè)速歷時(shí)T之比；調(diào)節(jié)前頂針與頂窩的轉(zhuǎn)運(yùn)間隙可方便地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力，從而為儀器出廠前正確而簡(jiǎn)便地設(shè)定儀器常數(shù)a成為可能?，F(xiàn)行流速儀出廠前通過(guò)大型的專用長(zhǎng)水槽試驗(yàn)進(jìn)行率定，其過(guò)程是非常煩瑣的，此舉有希望將轉(zhuǎn)子式流速儀的維護(hù)率定程序大為簡(jiǎn)化，費(fèi)用大大降低。3、后頂針帶彈簧自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)流速儀運(yùn)行過(guò)程中，頂針頂窩運(yùn)動(dòng)接觸面不斷磨損是必然的，進(jìn)而產(chǎn)生的結(jié)果是運(yùn)動(dòng)摩擦阻力增加，原本率定公式V = a+bn的兩個(gè)基本參數(shù)a和b都會(huì)隨之發(fā)生變化，這意味著流速儀逐漸失準(zhǔn)了，這也是相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轉(zhuǎn)子式流速儀除頻繁地退役清洗、力口油和維護(hù)外，還必須定期進(jìn)行換算公式重新率定的主要原因。4、襯套式頂針設(shè)計(jì)頂針是葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的支承部件，小頂針襯套的設(shè)計(jì)可使頂針與頂窩轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力保持在一個(gè)較低而穩(wěn)定的數(shù)值，并有利于頂針選材的優(yōu)化(包括材質(zhì)和棒料型材的選擇)，從而有利于提高流速儀靈敏度和確保轉(zhuǎn)速線性率定形態(tài)穩(wěn)定，對(duì)運(yùn)行壽命和可靠性作出貢獻(xiàn)。當(dāng)然，頂針越小，頂針與頂窩會(huì)加速磨損，在靈敏度和磨損度恰當(dāng)?shù)貙で髮で笃胶?，適當(dāng)?shù)剡x擇最佳的頂針直徑是必要的。綜上所述，與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子式流速儀設(shè)計(jì)不同，本發(fā)明標(biāo)新立異地引入了帶彈簧自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)。前頂針頂窩的轉(zhuǎn)運(yùn)間隙為可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)著重解決產(chǎn)品出廠前主要技術(shù)參數(shù)的定量調(diào)整和設(shè)定，以保持產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的一致性；后頂針帶彈簧自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)著重解決的是運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)補(bǔ)償，加上小頂針襯套的設(shè)計(jì)，多得益彰，從而一舉解決了二三百多年來(lái)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子式流速儀連續(xù)正常工作時(shí)間的重大技術(shù)難題。


如前所述，成套轉(zhuǎn)子式流速儀包括多個(gè)整件和部件組成，但發(fā)明主要是針對(duì)其核 心部分進(jìn)行創(chuàng)新，其他部分完全可以沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了突出重點(diǎn)，本附圖對(duì)其他部分就不作表達(dá)。
具體實(shí)施例方式按本專利技術(shù)設(shè)計(jì)制作流速儀成套儀器，轉(zhuǎn)運(yùn)傳感發(fā)訊元件和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速顯示儀表等為外購(gòu)配件，PC塑料注塑成型的旋槳葉片可作為標(biāo)準(zhǔn)件向外采購(gòu)，其他部件要求自行設(shè)計(jì)和制作生產(chǎn)。除頂針頂窩運(yùn)動(dòng)配合面亙用自行設(shè)計(jì)的專用磨床加工外，其他零部件加工方法均為常規(guī)的切削加工，各種加工工藝無(wú)苛刻的技術(shù)要求。至于裝配調(diào)試要求自行設(shè)計(jì)一些專用的裝置，以確保主要參數(shù)品質(zhì)的一致性。
權(quán)利要求
1.一種雙頂針頂窩式設(shè)計(jì)，非密封的旋槳旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。
2.前頂窩前端設(shè)置調(diào)節(jié)螺栓，可方便地調(diào)整前頂針與頂窩之運(yùn)動(dòng)間隙。
3.后頂針后端設(shè)計(jì)有可通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)松緊的自動(dòng)補(bǔ)償彈簧。
4.取用小頂針襯套的設(shè)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非密封自動(dòng)補(bǔ)償旋漿式流速儀?？v觀國(guó)內(nèi)水文測(cè)流大量地采用轉(zhuǎn)子式流速儀。轉(zhuǎn)子式流速儀的綜合性能主要取決于旋轉(zhuǎn)支撐及密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。其支撐結(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)。囿于旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)務(wù)必保持良好油潤(rùn)滑的設(shè)計(jì)觀念，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)都嚴(yán)格遵守密封或迷宮式阻水設(shè)計(jì)原則，但絕對(duì)阻止水的入侵是不可能的。因而，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)子式流速儀的連續(xù)正常工作時(shí)間都難以超越二十小時(shí)的大關(guān)。本發(fā)明體現(xiàn)了一個(gè)反潮流的設(shè)計(jì)理念，主要表現(xiàn)為非密封的雙頂針、頂窩支撐設(shè)計(jì)，前頂窩可調(diào)節(jié)，而后針頂帶自動(dòng)補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)非常有效地解決了連續(xù)正常工作時(shí)間歷史難題。
文檔編號(hào)G01P5/06GK102749472SQ20111009866
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者黃柏源 申請(qǐng)人:黃柏源