专利名称：非密封自动补偿旋桨式流速仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋桨式流速仪的一种旋转支撑结构的全新设计。
背景技术：
从1610年外国设计师萨多利尔利用绞链绞合叶片制造全球第一架流速仪算起，流速仪已经历了 400年的发展历程。我国于1940年由当时民国政府直接主导，在重庆首次成功仿制美国普来斯旋杯流速仪，进而组建水文实验工厂，并首批生产100台，分发全国各地水文站使用，开创了我国流速仪自主生产的先河。中国政府历来对水利事业高度关注，流速仪的研发和技术进步一直倍受重视。上世纪五十年代，我国曾分别邀请过前苏联和前民主德国的专家来华直接指导我国企业流速仪的技术改进；至八十年代，我国的转子式流速仪生产和研发已基本接近或达到国际发达 国家同类产品的先进水平。现代流速仪的技术发展前沿已转向电磁和声光模式，虽然此类新技术产品具有转子式流速仪所不能相比的性能优势，但因其价格昂贵、技术复杂等原因，极大地制约了其应用范畴。迄今为止，转子式流速仪仍然是国内外广大基层单位应用最为广泛的主流品种，其地位无可替代。流速仪最先是江河湖泊传统测流的水文仪器，当今应用范畴已扩展至水利、水渠、水库排流、水电站运行监测、水资源分配管理、船航测速和水工实验等广泛领域。目前，就转子式流速仪而言，我国无论在研发技术和生产能力方面都与发达国家水平相当。虽然转子式流速仪技术已相当成熟，但无可否认，全世界各国转子式流速仪都存在一个共同的致命弱点，主要表现在投入连续运行的时间十分有限。一般，只能满足短暂测量的需要，随即便要取出进行清洗、检查或加油等维护。据我们对不同厂家生产的流速仪进行广泛调查，一般连续工作的时限通常仅为几个小时！据查，现行国家标准对此指标规定为8小时(参见GB/T 11826-2002之第6. 15条)，而目前国内行业一般执行的技术标准为2至8小时。影响这一指标最最关键的技术难题就在于转子旋转支撑结构与密封的设计。2010年5月21日，水利部“948”项目管理办公室在南京主持召开了由南京水文所承担的水利部“948”项目“LJ系列旋桨式流速仪”验收会。据报导，“该项目针对我国水文测验的特点，总结现有旋桨式流速仪的生产、装配、使用经验，对仪器结构、工艺等进行改进，完成了 LJ系列旋桨式流速仪6种型号仪器的研制。”可以相信，该项目体现了当今我国转子式流速仪的最高技术水平，但此项目并没有在连续工作时间指标上有所突破！水资源的智能化监控和网络化管理是各国水利、水文、水电及水资源管理部门的重大科研课题，智能监控系统主要涉及计算机、网络管理、多媒体通信和精密传感等多门学科，但就当今科技高度发达的年代，相关技术已相当成熟，但流速(流量)这一作为水资源监控最前沿和最基础信息数据的全天候、实时采集却严重地受制于流速仪连续服役时限。因此，流速仪长时间连续运行这一技术难题真正突破，已成为智能化水资源管理和灾害监测、防控技术要解决最最迫切的难题！而本发明极有可能使这一难题迎刃而解！
发明内容
当今，国内外转子式流速仪的设计已非常成熟，成套仪器主要包括旋桨叶片及联动转子、转动轴套、壳体、转运传感发讯元件及其安放之密封仓和相应的转速显示仪表及测量安装结构等。转子旋转支撑结构是流速仪技术之核心所在。防水、密封和润滑是几百年来固有的设计思维。作为一种普及化的民用产品，绝对的密封的设计其经济性是无法实现的。因而只能对极低的连续正常工作时间和不间断的清洗和维护保持高度的容忍。本技术发明对旋浆式流速仪的旋转支撑结构设计主要有如下四方面的重大突破I、非密封的双顶针顶窝式转子设计
如图所示，前顶针与转子刚性相连，与之相配合的为滑动式顶窝式设计；后顶针可在壳体中心孔洞滑动。流速仪工作时，后顶针处于静止状态，与转子后端的顶窝相配合。转子转运传感器发讯元件深藏于与密封仓相连的洞穴内，与转子后端的感应板保持适当感应距离，向转速显示仪表灵敏而精确地传送转子转动速率信息。2、前顶针顶窝的转运间隙为可调节设计如图所示，滑动顶窝可通过螺栓调节。内行人士众所周知，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。其计算流速按如下公式检定和计算V = a+bn式中V为流速,单位为米每秒(m/s)；a为仪器常数，单位为米每秒(m/s);表征驱动流速v与转子转动速率n的函数曲线开始呈现为线性关系时点流速，此时的流速略高于能驱使仪器初始启动的水流速度；b为水力螺距，单位为米(m)，其量值由旋桨设计参数确定； n为转子转动速率，单位为转/秒(/s)，等于转子总转数N与相应的测速历时T之比；调节前顶针与顶窝的转运间隙可方便地调节转子的转动摩擦阻力，从而为仪器出厂前正确而简便地设定仪器常数a成为可能。现行流速仪出厂前通过大型的专用长水槽试验进行率定，其过程是非常烦琐的，此举有希望将转子式流速仪的维护率定程序大为简化，费用大大降低。3、后顶针带弹簧自动补偿设计流速仪运行过程中，顶针顶窝运动接触面不断磨损是必然的，进而产生的结果是运动摩擦阻力增加，原本率定公式V = a+bn的两个基本参数a和b都会随之发生变化，这意味着流速仪逐渐失准了，这也是相关技术标准规定转子式流速仪除频繁地退役清洗、力口油和维护外，还必须定期进行换算公式重新率定的主要原因。4、衬套式顶针设计顶针是叶轮转动的支承部件，小顶针衬套的设计可使顶针与顶窝转动摩擦阻力保持在一个较低而稳定的数值，并有利于顶针选材的优化(包括材质和棒料型材的选择)，从而有利于提高流速仪灵敏度和确保转速线性率定形态稳定，对运行寿命和可靠性作出贡献。当然，顶针越小，顶针与顶窝会加速磨损，在灵敏度和磨损度恰当地寻求寻求平衡，适当地选择最佳的顶针直径是必要的。综上所述，与传统转子式流速仪设计不同，本发明标新立异地引入了带弹簧自动补偿的设计。前顶针顶窝的转运间隙为可调节设计着重解决产品出厂前主要技术参数的定量调整和设定，以保持产品技术指标的一致性；后顶针带弹簧自动补偿设计着重解决的是运行过程的自动补偿，加上小顶针衬套的设计，多得益彰，从而一举解决了二三百多年来传统转子式流速仪连续正常工作时间的重大技术难题。
如前所述，成套转子式流速仪包括多个整件和部件组成，但发明主要是针对其核 心部分进行创新，其他部分完全可以沿用传统设计。为了突出重点，本附图对其他部分就不作表达。
具体实施例方式按本专利技术设计制作流速仪成套仪器，转运传感发讯元件和相应的转速显示仪表等为外购配件，PC塑料注塑成型的旋桨叶片可作为标准件向外采购，其他部件要求自行设计和制作生产。除顶针顶窝运动配合面亘用自行设计的专用磨床加工外，其他零部件加工方法均为常规的切削加工，各种加工工艺无苛刻的技术要求。至于装配调试要求自行设计一些专用的装置，以确保主要参数品质的一致性。
权利要求
1.一种双顶针顶窝式设计，非密封的旋桨旋转支撑结构。
2.前顶窝前端设置调节螺栓，可方便地调整前顶针与顶窝之运动间隙。
3.后顶针后端设计有可通过调节螺栓调节松紧的自动补偿弹簧。
4.取用小顶针衬套的设计。
全文摘要
本发明涉及一种非密封自动补偿旋浆式流速仪。纵观国内水文测流大量地采用转子式流速仪。转子式流速仪的综合性能主要取决于旋转支撑及密封结构的设计。其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。囿于旋转轴运动务必保持良好油润滑的设计观念，传统设计都严格遵守密封或迷宫式阻水设计原则，但绝对阻止水的入侵是不可能的。因而，国内外转子式流速仪的连续正常工作时间都难以超越二十小时的大关。本发明体现了一个反潮流的设计理念，主要表现为非密封的双顶针、顶窝支撑设计，前顶窝可调节，而后针顶带自动补偿。本设计非常有效地解决了连续正常工作时间历史难题。
文档编号G01P5/06GK102749472SQ20111009866
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者黄柏源 申请人:黄柏源