摘(zhai)要:氣體(ti)渦輪流(liu)量計 主(zhu)軸承大(da)多采用(yong)油潤滑(hua)的滑動(dong)軸承或(huo)滾動軸(zhou)承，存在(zai)較大的(de)局限性(xing)。采用螺(luo)旋槽氣(qi)體軸承(cheng)，設計了(le)一種氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)。按最大(da)穩定性(xing)的原則(ze)，利用MAILAB軟(ruan)件，系統(tong)地分析(xi)了在氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)中動壓(ya)氣體軸(zhou)承的結(jie)構形式(shi)對其載(zai)荷及穩(wen)定性的(de)影響，得(de)到了氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)中動壓(ya)氣體軸(zhou)承的可(ke)行工作(zuo)範圍。
　　流(liu)量測量(liang)儀表種(zhong)類繁多(duo)，測量方(fang)法也很(hen)多。迄今(jin)爲止，可(ke)供工業(ye)用的流(liu)量測量(liang)儀表種(zhong)類達60種(zhong)之多。在(zai)如此衆(zhong)多流量(liang)測量儀(yi)表中，氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)以其精(jing)度佳、重(zhong)複性好(hao)、抗幹擾(rao)能力好(hao)、測量範(fan)圍寬、結(jie)構緊湊(cou)等優點(dian)而廣泛(fan)用于工(gong)業生産(chan)中。但是(shi)由于其(qi)主軸承(cheng)使用滑(hua)動軸承(cheng)或滾動(dong)軸承的(de)局限性(xing)，使得氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)存在不(bu)能長期(qi)保持校(xiao)準特性(xing)以及流(liu)體物性(xing)對流量(liang)特性有(you)較大影(ying)響等缺(que)陷。我國(guo)中科院(yuan)有一些(xie)學者曾(ceng)嘗試将(jiang)氣體軸(zhou)承應用(yong)于流量(liang)計中，不(bu)過大多(duo)是選用(yong)可傾瓦(wa)動壓氣(qi)體軸承(cheng)。由于可(ke)傾瓦動(dong)壓氣體(ti)軸承不(bu)但體積(ji)大，而且(qie)成本極(ji)高，很難(nan)用于民(min)用工業(ye)中，所以(yi)僅僅停(ting)留在試(shi)驗階段(duan)。迄今爲(wei)止國外(wai)尚無此(ci)類問題(ti)的研究(jiu)“4。綜合制(zhi)造成本(ben)、使用壽(shou)命以及(ji)精度提(ti)高等因(yin)素，本文(wen)作者設(she)計了一(yi)種氣體(ti)渦輪流(liu)量計用(yong)螺旋槽(cao)動壓氣(qi)體軸承(cheng)(以下統(tong)稱螺旋(xuan)槽軸承(cheng))。
1氣體渦(wo)輪流量(liang)計的結(jie)構及工(gong)作原理(li)
　　渦輪流(liu)量計 的(de)結構如(ru)圖1所示(shi)。在管道(dao)中心安(an)放一個(ge)渦輪，兩(liang)端由軸(zhou)承支撐(cheng)。當流體(ti)通過管(guan)道時，沖(chong)擊渦輪(lun)葉片，對(dui)渦輪産(chan)生驅動(dong)力矩，使(shi)渦輪克(ke)服摩擦(ca)力矩和(he)流體阻(zu)力矩而(er)産生旋(xuan)轉。在一(yi)定的流(liu)量範圍(wei)内,對一(yi)定的流(liu)體介質(zhi)粘度，渦(wo)輪的旋(xuan)轉角速(su)度與流(liu)體流速(su)成正比(bi)。由此，流(liu)體流速(su)可通過(guo)渦輪的(de)旋轉角(jiao)速度得(de)到，從而(er)可以計(ji)算得到(dao)通過管(guan)道的流(liu)體流量(liang)。渦輪的(de)轉速通(tong)過裝在(zai)機殼外(wai)的傳感(gan)線圈來(lai)檢測。當(dang)渦輪葉(ye)，片切割(ge)由殼體(ti)内永久(jiu)磁鋼産(chan)生的磁(ci)力線時(shi)，就會引(yin)起傳感(gan)線圈中(zhong)的磁通(tong)變化。傳(chuan)感線圈(quan)将檢測(ce)到的磁(ci)通周期(qi)變化信(xin)号送入(ru)前置放(fang)大器，對(dui)信号進(jin)行放大(da)、整形，産(chan)生與流(liu)速成正(zheng)比的脈(mo)沖信号(hao)。再将脈(mo)沖信号(hao)轉換成(cheng)模拟電(dian)流量，進(jin)而指示(shi)瞬時流(liu)量值。由(you)于流體(ti)通過渦(wo)輪時會(hui)對渦輪(lun)産生--個(ge)軸向推(tui)力，使軸(zhou)承的摩(mo)擦轉矩(ju)增大，加(jia)速軸承(cheng)磨損，爲(wei)了消除(chu)軸向力(li)，需在.結(jie)構.上采(cai)取水力(li)平衡措(cuo)施，這裏(li)不再贅(zhui)述。從圖(tu)1中也不(bu)難看出(chu)工作主(zhu)軸的性(xing)能對流(liu)量計有(you)很大的(de)影響。
 
2氣體(ti)潤滑的(de)特點
　　從(cong)氣體固(gu)有的特(te)點來看(kan)，氣體作(zuo)爲潤滑(hua)劑具有(you)以下特(te)點:
(1)粘度(du)小。在15~20℃時(shi)，其粘度(du)約爲油(you)的1/1000，摩擦(ca)力亦爲(wei)油的1/1000;當(dang)溫度從(cong)20℃上升到(dao)80℃,其粘度(du)增加約(yue)16%，而相同(tong)條件下(xia)油的粘(zhan)度下降(jiang)1/14。氣體由(you)于粘度(du)小，它所(suo)引起的(de)摩擦力(li)矩比油(you)引起的(de)小3個數(shu)量級。加(jia)上氣體(ti)具有均(jun)化作用(yong)，所以用(yong)氣膜潤(run)滑支承(cheng)的回轉(zhuan)精度比(bi)油膜高(gao)2個數量(liang)級。
(2)适應(ying)性好。油(you)在極高(gao)或極低(di)溫下，都(dou)不起潤(run)滑作用(yong)。氣體潤(run)滑劑在(zai)高低溫(wen)時，化學(xue)性能穩(wen)定，不受(shou)原子輻(fu)射的影(ying)響;加之(zhi)空氣的(de)對流作(zuo)用，即使(shi)在高溫(wen)下，也可(ke)把氣膜(mo)看成恒(heng)溫。因此(ci)用氣體(ti)潤滑，排(pai)除了與(yu)邊界有(you)關的一(yi)些問題(ti)。
(3)清潔無(wu)污染。氣(qi)體作爲(wei)潤滑劑(ji)其排放(fang)出來的(de)氣體，對(dui)環境無(wu)任何污(wu)染;且排(pai)氣壓力(li)大于大(da)氣壓力(li)，外界污(wu)物不易(yi)進入機(ji)器，保持(chi)機器清(qing)潔。氣膜(mo)潤滑使(shi)機器運(yun)行平穩(wen)，不存在(zai)振動和(he)噪聲的(de)污染。
(4)壽(shou)命長。壽(shou)命分布(bu)離散是(shi)普通軸(zhou)承尤其(qi)是高速(su)軸承緻(zhi)命的弱(ruo)點，工作(zuo)壽命隻(zhi)有幾十(shi)到幾百(bai)小時。氣(qi)體軸承(cheng)正常工(gong)作時，無(wu)金屬接(jie)觸，即使(shi)考慮其(qi)它條件(jian)的限制(zhi)，壽命仍(reng)比普通(tong)軸承高(gao)得多，而(er)且能始(shi)終保持(chi)精度不(bu)變。
綜上(shang)所述，氣(qi)體軸承(cheng)的引入(ru)，無疑将(jiang)會使氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)産生一(yi)次革命(ming)。
3氣體動(dong)壓潤滑(hua)
　　如圖2所(suo)示，旋轉(zhuan)件1受載(zai)後将與(yu)固定件(jian)2産生偏(pian)心。當旋(xuan)轉件1以(yi)轉速n運(yun)動時，其(qi)間隙爲(wei)和H，且H1>H2過(guo)濾後的(de)氣體從(cong)H流向H2氣(qi)體在楔(xie)形間隙(xi)中形成(cheng)壓力F1。氣(qi)體是可(ke)壓縮的(de)，在間隙(xi)H2處形成(cheng)低壓區(qu)，結果在(zai)偏心方(fang)向也産(chan)生支承(cheng)力F2則總(zong)支承力(li)F爲矢量(liang)相加即(ji)
F=F1+F2
F用來平(ping)衡外載(zai)荷W.
　　動壓(ya)氣膜，是(shi)靠自生(sheng)壓力來(lai)支承外(wai)載荷的(de)，故适應(ying)性差。轉(zhuan)速越高(gao)，形成動(dong)壓越好(hao)。但無論(lun)轉速如(ru)何增加(jia)，或使油(you)膜厚度(du)h減到最(zui)小，氣體(ti)動壓潤(run)滑所産(chan)生的壓(ya)強分布(bu)和承載(zai)能力都(dou)有其限(xian)制。
4螺旋(xuan)槽軸承(cheng)的設計(ji)
　　螺旋槽(cao)軸承以(yi)其承載(zai)大(特别(bie)是在高(gao)速下).功(gong)耗低、高(gao)速穩定(ding)性好等(deng)優點，遠(yuan)優于其(qi)它類型(xing)的動壓(ya)氣體軸(zhou)承。由于(yu)按最大(da)穩定性(xing)優化的(de)螺旋槽(cao)軸承，與(yu)按最大(da)承載優(you)化的螺(luo)旋槽軸(zhou)承相比(bi)較，其穩(wen)定性提(ti)高近千(qian)倍，而其(qi)承載能(neng)力最多(duo)損失77%，因(yin)此本文(wen)選用按(an)最大穩(wen)定性原(yuan)則設計(ji)。
　　根據窄(zhai)槽原理(li)，同時充(chong)分考慮(lü)可壓縮(suo)性，由最(zui)大穩定(ding)性原則(ze)可以得(de)出以下(xia)結論:
 
(1)軸(zhou)承有槽(cao)面旋轉(zhuan)的穩定(ding)性，總好(hao)于無槽(cao)面旋轉(zhuan)的情形(xing)。
(2)在λ-1(λ-1=L/D)時，有(you)槽面旋(xuan)轉的穩(wen)定性最(zui)佳。
(3)軸承(cheng)的穩定(ding)性對槽(cao)參數β、B1、Y和(he)δ十分敏(min)感。
(4)當槽(cao)面旋轉(zhuan)時，Y=1爲最(zui)佳值，δ=4和(he)B1=6是上限(xian)值。.
(5)窄槽(cao)假設的(de)界限爲(wei):Ng>^/5.
(6)相對間(jian)隙e/R=0.0002~0.0004。
(7)相對(dui)偏心率(lü):正常工(gong)作下，Ɛ=0.1~0.5;極(ji)限狀态(tai)下，e-0.8~0.9。
　　綜合(he)上述結(jie)論，本文(wen)取有槽(cao)面旋轉(zhuan)，且λ=1。
 
 
　　設計(ji)本軸承(cheng)，最重要(yao)的就是(shi)核算其(qi)承載能(neng)力。在上(shang)述前提(ti)下有以(yi)下公式(shi):
最大穩(wen)定承載(zai)w-W/(psLD)
可壓縮(suo)數A=6μɷε2/ps
式中(zhong):pa爲環境(jing)壓力:μ爲(wei)潤滑氣(qi)體動力(li)粘度;D爲(wei)軸承直(zhi)徑;ɷ爲軸(zhou)承轉速(su)。
　　由于各(ge)無量綱(gang)參數都(dou)與可壓(ya)縮數^有(you)密切關(guan)系,所以(yi)要核算(suan)其承載(zai)能力，就(jiu)必須先(xian)求得^。從(cong)上面公(gong)式可以(yi)看出，A由(you)μ、ɷ、ε和ps共同(tong)決定。一(yi)般來說(shuo)，氣體動(dong)力粘度(du)可取2X10-5Pa·s環(huan)境壓力(li)可取1.5X10-5Pa;考(kao)慮到制(zhi)造的成(cheng)本，e可取(qu)1.75X10-6m,而本文(wen)在前面(mian)已經取(qu)λ=1,所以經(jing)過計算(suan)可得:.
A=65.3ɷD²
　　用(yong)MAILAB軟件分(fen)析以上(shang)式子，可(ke)以得到(dao)圖4。
 
　　根據(ju)最大穩(wen)定承載(zai)w=εW/(εp,LD)=7.5X104D2W/Ɛ，通過對(dui)表1的分(fen)析，同樣(yang)利用MAILAB軟(ruan)件分析(xi)最大穩(wen)定承載(zai)w與參數(shu)徑向承(cheng)載w/ε以及(ji)軸承直(zhi)徑D的相(xiang)互關系(xi)，可以得(de)到圖5。
5結(jie)論
　　從圖(tu)4和圖5中(zhong)不難看(kan)出，倘若(ruo)需要氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)的正常(chang)工作速(su)度在4500r/min以(yi)上時，在(zai)各參.數(shu)都取本(ben)文參數(shu)，其最大(da)穩定載(zai)荷會在(zai)5N左右。況(kuang)且本文(wen)的許多(duo)參數是(shi)取近似(si)值，如果(guo)能夠将(jiang)各個參(can)數進一(yi)步優化(hua)，正常工(gong)作速度(du)比較大(da)的氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)主軸承(cheng)完全可(ke)以用螺(luo)旋槽軸(zhou)承。

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quan)聯系即(ji)删除！