专利名称：旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种江河水文测验领域中水流速度测量仪器的部件，尤其涉及一种旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置。
背景技术：
旋桨流速仪由旋桨、旋转轴动态密封装置、旋转支承系统、发信部件、仪器座部件等组成的主机部分和尾翼部件、计数器等附属设备部分组成。旋桨流速仪技术性能按GB11827《旋桨流速仪)》技术要求设计、制造和检定。
仪器座部件是仪器的基础，前孔安装旋转支承系统，中间安装发信部件，后端装有定向的尾翼部件，仪器传感部分旋桨安装在支承系统上的前方，感应水流速度V，并把其直线运动转换为旋转运动，其转速n与v呈函数关系V＝f(n)(1)旋桨转速n是在一测速时段内通过发信部件转换为开关数字量型式的电脉冲信号输出至计数器的转数。旋转支承系统的轴承部分安装在轴承油室中，其前方至仪器进水通道处设有旋转轴动态密封装置，用于阻挡河水侵入轴承油室污染轴承，保证仪器正常工作。函数关系式(1)是按SL/T150《直线明槽中转子式流速仪的检定》实验确定，与旋桨结构参数，旋转支承系统摩阻特性和发信部件工作特性参数等有关，在使用中，这些参数如发生变化，将影响函数关系式(1)的系数，从而降低仪器测量精度，甚至导致仪器难以正常工作，如1957年我国仿制的前苏联旋桨流速仪。之后，按照我国河流在汛期特有的高速、高含沙量水流条件，进行了改进设计。通过多年实践表明，目前仪器结构性能存在以下缺陷
1.旋转轴动态密封装置，由若干旋转的动套圈和若干相应的静套圈套合成的弯弯曲曲迷宫途径构成，缺点是密封性能欠佳，轴承油室容易进水。
在一般水流条件下，每测完一次流，仪器旋转支承系统的轴承都要拆洗，而在汛期，水流条件恶劣，有时甚至测一条垂线流速，仪器都要提出水面重新进行拆洗，在野外条件下殊不方便，既费工，费时，费料，轴承也难清洗干净，更重要的是，在抢测洪峰流量分秒必争的瞬间，往往殆误战机，丢失宝贵的水文资料。
2.旋转支承系统，由一对外套圈分离型轴承，内、外隔套，支承轴和并帽等组成，两轴承外套圈背靠背，中间用内、外隔套定位，安装在支承轴上，用并帽固定成一体。缺陷①旋转、支承结构不合理，两支承点距离窄，旋转部分跨度长，且旋转重心在支承点外。高速旋转不稳定；②旋转支承系统轴向工作游隙调整困难，影响仪器灵敏度和高速运转稳定性；③上述高速旋转不稳定又导致轴承油室进水；④轴承材料为GCr15轴承铬钢，易锈蚀，常更换，检修工作量大，使上述矛盾更为突出。
目前旋桨流速仪结构存在的缺陷，导致人、财、物力和时间的浪费，并影响水文测量精度。
发明内容
上述目前旋桨流速仪使用中存在的诸多问题，可用本实用新型旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置来解决，达到仪器性能稳定、工作可靠，确保水文测量精度；同时仪器使用、维护、检修、管理均十分方便。而要达到此目的，需具体解决如下技术问题本实用新型将提供一种新结构的旋桨流速仪旋转轴动态密封装置，新结构性能可靠，确保仪器在汛期高速、高含沙量浑水中长期正常工作，轴承油室不进水。
本实用新型的优化方案还要解决旋转支承系统的问题，提供的新结构可以达到①旋转、支承系统具有高速运转的稳态结构；②旋转支承系统轴向工作游隙结构具有免调功能，达到轴承等零件随机安装、更换都能保证系统最佳轴向工作游隙，即仪器最好灵敏度；③轴承材料具有防锈性能。
为完成上述发明任务，本发明理论分析密封装置工作机理，最后用实验进一步验证，结构做到结构精、细、小；采用转套、篦齿两种型式的非接触迷宫迷封装置，串联安装，起缓冲和堵截河水入侵作用，以确保轴承油室不进水。
总体技术方案是旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置旋转轴动态密封是由若干动、静套互相套合，互不摩擦，构成迂回曲折迷宫途径，其缝隙细小，对通过介质产生消能、降压、节流效应，从而起到密封效果。参考水力机械有关旋转轴动态密封装置大量实验得到的经验公式 式中W为液体漏泄量；Δp为密封装置前后压力差；e为旋转轴-套间径向缝隙；d为旋转轴、套直径；μ为液体动力粘性系数；l为密封装置迷宫路径长度；为迷宫结构系数。
由上式可见，在压力差Δp、液体动力粘性系数μ相同时，漏泄量W与旋转轴-套间径向缝隙e的三次方、旋转轴或套直径d的一次方成正比；而与迷宫长度l的一次方成反比。后者是目前国内外旋桨流速仪旋转轴动态密封装置结构设计理论的主要依据，它片面加长旋转轴套长度l。实验表明，目前技术的支承点距离短，长轴套结构在高速旋转时，其尾部上、下摆动厉害，形成偏心泵作用，使漏泄量W增大2.5倍；同时旋转轴套内孔与支承轴产生滑动摩擦，旋转支承系统摩阻力剧增。为避免摩擦，只得增大旋转轴、套间径向缝隙e。因此，总的密封效果明显变差。本实用新型设计理论主要依据为前者，它产生的效应显著，相当于与公式(2)中分子的四次方成正比关系。
本实用新型采用以下结构，以满足上述要求①旋桨旋转支承系统由目前的轴承外套圈改为内套圈，即旋转轴是安装在旋转支承系统前、后轴承内套圈上，使旋转直径d减小；②提高旋转轴、套加工的几何、旋转精度，以减小迷宫径向缝隙b；③增加迷宫路径拐弯次数，以增大消能、减压和节流效应；④迷宫结构设计力求使结构修正系数减小。总体布局在进水通道处布设转套式密封装置，以清水为封液，从而可避免常规使用比重小的仪器油，在深水压力和旋桨高速旋转离心力作用下被排挤出器外，河水乘虚直入仪器油室，同时清洗也十分方便；紧接其后，轴承油室前，串接安装密封性能更好的篦齿式密封装置，迷宫缝隙中充满比重大于水的封液，可有效地达到堵截河水入侵轴承油室。篦齿式密封装置结构为一独立的整体，并有备用件，装卸方便。
具体地说，其技术方案是，旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置安装在旋转支承系统中，其特征在于，旋转轴密封是由安装在进水通道的转套式密封装置和安装在轴承油室B前的篦齿式密封装置组成；旋转支承系统由旋转轴安装在中间隔以内隔套的前、后轴承内套圈中，用轴承内套圈固定帽并紧成一体的旋转部分和由孔中安装旋转部分的轴承座，并紧后轴承外套圈的轴承外圈固定帽等组成的支承部分组成。
本实用新型有以下进一步优化的方案1、转套式密封装置迷宫细缝中充满清水封液。
2、篦齿式密封装置是由密封座、套和其上的若干动、静篦齿构成的互相错开、互不接触、迂回曲折迷宫细缝的独立结构。
3、篦齿式密封装置迷宫细缝中充满SY-1封液。
4、所说的封液是配比为10∶1的甘油和红墨水混合液体。
5、篦齿式密封装置的密封套外圆具有方便装卸的螺纹。
6、轴承座前方螺孔切槽中和旋转轴凸台肩部处，分别装有中、小“O”型橡胶圈。
7、篦齿式密封装置安装在轴承座前方螺孔中，密封套、座端部分别压住中、小“O”型橡胶圈。
8、旋转支承系统的前轴承端面与轴承座孔底平面之间设有一供后轴承轴向游隙自调间隙C。
在具体实施中，本实用新型可以是单独的旋桨流速仪旋转轴动态密封装置；也可以是包括有本结构的旋转轴动态密封装置的整体的旋桨流速仪；还可以是旋桨流速仪的旋转支承系统和旋转支承系统，即旋桨流速仪的主机，以上各种方式均可以形成商品。
在采用上述第三种商品形式时，为了达到第2发明目的，本实用新型的优化方案是还设有旋转支承系统，并对旋转支承系统进行改进，①旋转、支承结构的支承点跨度大于旋转体的长度，重心在支点内，旋转稳定；②采用不可分离型单列向心轴承，取消外隔套，后轴承外套圈固定，内套圈-钢球与前面直径较小的前轴承处于轴向悬浮状态，后轴承游隙便是系统轴向工作游隙，在结构上设计成免调式，达到轴承、零件等可随机装配，检修简便，确保仪器应有的灵敏度；
③轴承材料采用不锈钢。
本实用新型与现有技术比较有益效果1.旋转轴动态密封装置，密封性能较完善，工作可靠，轴承油室不进水，轴承摩阻力矩稳定，因而可确保仪器灵敏度，即低速测量精度，特别是能及时准确地测得洪峰流量，获得可靠水文资料。
2.旋转支承系统，①旋转、支承结构配置合理，高转速稳定性好；②轴向工作游隙为免调式结构，在装配、检修时，随机换用轴承等零件，都能保持最佳值，即最小的摩阻力矩，因而可确保仪器灵敏度和高速旋转的稳定性。装配、维护、检修均十分方便；③不锈钢轴承防锈性能好。
本实用新型旋桨流速仪结构性能比较完善，可在汛期复杂的水流条件下长时间正常工作，确保水文测量精度，使用、维护、检修、管理均十分简便，可节省大量的人、物、财力和时间。对具有河流多，水情复杂多变，测流次数频繁、工作量大，仪器数量多，检修任务重的我国，具有现实意义。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型旋桨流速仪主机结构图；图2是旋桨流速仪旋转支承系统结构图；图3是旋桨流速仪机芯结构图；图4是旋桨流速仪篦齿式密封装置结构图；图5是图4旋桨流速仪篦齿式密封装置封液注入示意图。
具体实施方式
图1所示为本实用新型旋桨流速仪主机结构图，包括旋桨1，篦齿式密封装置2，转套式密封装置3，旋转支承系统4，发信部件5，仪器座部件6。作为仪器传感元件旋桨1安装在旋转支承系统4上前方，感受水流速度V，并把它转换为转速n的旋转运动。旋转支承系统4后端主磁钢21与旋桨1同步旋转，每转一圈激励其后的发信部件5一次，把旋桨转数转换为开关数字量型式的电脉冲信号，输出至计数器。仪器座部件6为各部件安装的基座，其后部大外圆处有一竖孔K是仪器测流安装孔。旋转支承系统4安装在仪器座部件6前方孔中，为保证其正常工作，在轴承油室前方装有篦齿、转套式密封装置2、3。
图2是旋桨流速仪旋转支承系统结构图。由不可分离型，小、大直径配对的前、后轴承13、18和旋转轴10，轴承座14，内隔套16，轴承内、外圈固定帽19、20、油室盖帽22等组成，B为轴承油室。旋转轴10安装在中间隔以内隔套16的前、后轴承13、18内套圈中，用轴承内套圈固定帽19并紧，构成旋转部分，它装在轴承座14孔中，用轴承外圈固定帽20并紧后轴承18外套圈构成支承部分，轴承座14孔兼作轴承油室B，其中充满仪器油，然后用油室盖帽22盖严，成为旋转支承系统4，安装在仪器座部件6孔中。前轴承13端面与轴承座14孔的底平面之间有一间隙C，这是后轴承18轴向游隙自调距离，也是旋转支承系统轴向工作游隙免调式结构。它可使后轴承18的钢球-内套圈轴向具有足够的自由度，从而保证其自身固有的，也是旋转支承系统最佳的轴向工作游隙，使仪器具有小而稳定的内摩阻力矩，即低速灵敏度和高转速稳定性。本实用新型旋转支承系统从结构理论分析和样机装配、实验均表明，可达到旋转系统工作游隙免调的目的，从而保证仪器装配、检修过程中可随机更换轴承等零件，上述仪器性能保持不变。为监测旋转支承系统内摩阻力矩，配备有摩阻力矩标准砝码。这样，水文站网在流速仪使用、维修和管理上都变得十分方便。
图3是旋桨流速仪机芯结构图。以图2所示的旋转支承系统4为基体，还包括篦齿式密封装置2，半圆头螺钉7，弹簧垫圈8，旋转轴套9，中、小“O”型橡胶圈11、12，滚花并帽15，大“O”型橡胶圈17，主磁钢21。在轴承座14外圆凸肩处安装大“O”型橡胶圈17和滚花并帽15，轴承座14前方螺孔切槽中和旋转轴10凸台肩部处，分别安装中、小“O”型橡胶圈11、12后，拧上篦齿式密封装置2，再用半圆头螺钉7、弹簧垫圈8把旋转轴套9固定在旋转轴10上，即为旋桨流速仪机芯。把它安装在仪器座部件6前方孔中，用滚花并帽15并紧，最后装上旋桨1、发信部件5便是本实用新型旋桨流速仪主机。安装在仪器座部件6尾部的尾翼部件和水面上的计数器未表示。
旋转轴套9中部和孔口处各有一个套圈，分别与其外圆孔壁构成一环形槽和动套圈。篦齿式密封装置2的密封套24后部设有环形槽。上述装配过程中，旋转轴套9孔口处环形槽套在滚花并帽15后缘静套圈中，构成互不接触、迂回曲折的细缝，是转套式密封装置3第一道迷宫；旋转轴套9中部孔壁处的环圆槽、动套圈分别与篦齿式密封装置2之密封套24后部静套圈、环形槽套合，构成互不接触、迂回曲折的细缝，是转套式密封装置3的第二道迷宫，同时它把转套式密封型式串接至篦齿式密封型式。转套式密封装置3迷宫细缝中充满清水封液。
图4是本实用新型篦齿式密封装置2结构图。由密封座23，密封套24和若干动、静篦齿26、25等组成。密封座23外圆、密封套24内孔分别交叉压合若干动、静篦齿26、25，构成互相错开、互不接触、迂回曲折迷宫细缝的独立结构。为达到密封功效，各压合面轻涂环氧树脂胶，细缝中充满比重较水大的SY-1封液。它是按配比为10∶1的甘油和红墨水混合液体。颜色是用以判别密封效果。为确保密封性能，篦齿式密封装置2安装在轴承座14前方螺孔中，密封套、座24、23端部分别压住中、小“O”型橡胶圈11、12。篦齿式密封装置2附有备用件，为便于其装卸，在密封套24外圆具有螺纹。当旋桨1带转旋转轴10的同时，密封座23与其上的动篦齿26同步旋转。由水力学理论和实验可知，每一级动、静篦齿26、25之间均存在较大压降，因此，整个篦齿式密封装置2前后具有相当大的压差，故可较有效地截断河水侵入轴承油室B。本实用新型篦齿式密封装置2在室内圆水槽旋臂机以线速度5m/s，含沙量50kg/m3水流条件下连续运转72小时，和黄河水文站连续工作一个汛期，最大流速5.1m/s，最高含沙量100kg/m3，仪器轴承油室B均未进水。室内外实验表明，本篦齿式密封装置2实施例是可行的。
图5是图4本实用新型篦齿式密封装置封液注入示意图。由中、小“O”型橡胶圈11、12，压盖27，橡胶帽28，圆柱头螺钉29，垫圈30，滚花螺套31，螺帽32等组成。把篦齿式密封装置2装进滚花螺套31中，用圆柱头螺钉29和螺帽32固定。把装有SY-1封液的医用注射器针头插进橡胶帽28小孔，推进封液，直至其从下部渗出。本实用新型篦齿式密封装置及其加封液结构、安装、操作以及封液供应渠道及其配制方法均十分简便。且附有备件，可快捷、简便地更换。其清洗工艺按上述相反次序进行，也十分方便。
权利要求1.一种旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，由若干旋转的动套圈和若干相应的静套圈套合成的弯弯曲曲迷宫途径安装在旋转支承系统中构成，其特征在于，旋转轴密封是由安装在进水通道的转套式密封装置和安装在轴承油室前的篦齿式密封装置组成；旋转支承系统由旋转轴安装在中间隔以内隔套的前、后轴承内套圈中，用轴承内套圈固定帽并紧成一体的旋转部分和由孔中安装旋转部分的轴承座，并紧后轴承外套圈的轴承外圈固定帽等组成的支承部分组成。
2.按照权利要求1所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，所述的篦齿式密封装置是由密封座、套和其上的若干动、静篦齿构成的互相错开、互不接触、迂回曲折迷宫细缝的独立结构。
3.按照权利要求2所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，所述的篦齿式密封装置迷宫细缝中充满清水封液或SY-1封液，所说的SY-1封液是配比为10∶1的甘油和红墨水混合液体。
4.按照权利要求1或2或3所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，所述的篦齿式密封装置的密封套外圆具有方便装卸的螺纹。
5.按照权利要求4所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，所述的轴承座前方螺孔切槽中和旋转轴凸台肩部处，分别装有中、小“O”型橡胶圈。
6.按照权利要求5所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，篦齿式密封装置安装在轴承座前方螺孔中，密封套、座端部分别压住中、小“O”型橡胶圈。
7.按照权利要求6所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，旋转支承系统的前轴承端面与轴承座孔底平面之间设有一供后轴承轴向游隙自调间隙C。
8.按照权利要求7所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，还设有旋转支承系统，其结构是旋转、支承结构的支承点跨度大于旋转体长度，重心在支点内。
9.按照权利要求5～8之一所述的旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，其特征在于，采用不可分离型单列向心轴承，取消外隔套，后轴承外套圈固定，内套圈-钢球与前面直径较小的前轴承处于轴向悬浮状态，后轴承游隙便是系统轴向工作游隙。
专利摘要旋桨流速仪的旋转轴动态密封装置，由若干旋转的动套圈和若干相应的静套圈套合成的弯弯曲曲迷宫途径安装在旋转支承系统中构成，其特征在于，旋转轴密封是由安装在进水通道的转套式密封装置和安装在轴承油室B前的篦齿式密封装置组成；旋转支承系统由旋转轴安装在中间隔以内隔套的前、后轴承内套圈中，用轴承内套圈固定帽并紧成一体的旋转部分和由孔中安装旋转部分的轴承座，并紧后轴承外套圈的轴承外圈固定帽等组成的支承部分组成。本设计密封性能完善，轴承油室不进水，轴承摩阻力矩稳定，可确保仪器灵敏度，能及时准确地测得洪峰流量，获得可靠水文资料。旋转支承系统结构配置合理，高转速稳定性好；装配、维护、检修均十分方便。
文档编号G01P5/00GK2781377SQ200520069598
公开日2006年5月17日 申请日期2005年3月9日 优先权日2005年3月9日
发明者杨汉塘 申请人:水利部南京水利水文自动化研究所