摘(zhāi)要:氣體渦輪(lun)流量計 主軸(zhóu)承大多采用(yòng)油潤滑的滑(hua)動軸承或滾(gǔn)動軸承，存在(zài)較大的局限(xian)性。采用螺旋(xuán)槽氣體軸承(chéng)，設計了一種(zhong)氣體渦輪流(liu)量計。按最大(da)穩定性的原(yuán)則，利用MAILAB軟件(jiàn)，系統地分析(xi)了在氣體渦(wo)輪流量計中(zhong)動壓氣體軸(zhou)承的結構形(xing)式對其載荷(hé)及穩定性的(de)影響，得到了(le)氣體渦輪流(liu)量計中動壓(yā)氣體軸承的(de)可行工作範(fan)圍。
　　流量測量(liàng)儀表種類繁(fán)多，測量方法(fa)也很多。迄今(jīn)爲止，可供工(gōng)業用的流量(liàng)測量儀表種(zhong)類達60種之多(duō)。在如此衆多(duō)流量測量儀(yí)表中，氣體渦(wō)輪流量計以(yi)其精度佳、重(zhong)複性好、抗幹(gàn)擾能力好、測(cè)量範圍寬、結(jie)構緊湊等優(you)點而廣泛用(yong)于工業生産(chǎn)中。但是由于(yú)其主軸承使(shi)用滑動軸承(cheng)或滾動軸承(cheng)的局限性，使(shi)得氣體渦輪(lun)流量計存在(zài)不能長期保(bǎo)持校準特性(xing)以及流體物(wù)性對流量特(tè)性有較大影(yǐng)響等缺陷。我(wǒ)國中科院有(yǒu)一些學者曾(céng)嘗試将氣體(ti)軸承應用于(yú)流量計中，不(bu)過大多是選(xuan)用可傾瓦動(dòng)壓氣體軸承(chéng)。由于可傾瓦(wǎ)動壓氣體軸(zhóu)承不但體積(ji)大，而且成本(ben)極高，很難用(yòng)于民用工業(ye)中，所以僅僅(jǐn)停留在試驗(yan)階段。迄今爲(wei)止國外尚無(wú)此類問題的(de)研究“4。綜合制(zhi)造成本、使用(yong)壽命以及精(jīng)度提高等因(yīn)素，本文作者(zhe)設計了一種(zhǒng)氣體渦輪流(liu)量計用螺旋(xuán)槽動壓氣體(ti)軸承(以下統(tǒng)稱螺旋槽軸(zhóu)承)。
1氣體渦輪(lun)流量計的結(jie)構及工作原(yuan)理
　　渦輪流量(liang)計 的結構如(ru)圖1所示。在管(guan)道中心安放(fang)一個渦輪，兩(liǎng)端由軸承支(zhī)撐。當流體通(tong)過管道時，沖(chong)擊渦輪葉片(pian)，對渦輪産生(sheng)驅動力矩，使(shǐ)渦輪克服摩(mó)擦力矩和流(liu)體阻力矩而(er)産生旋轉。在(zài)一定的流量(liang)範圍内,對一(yī)定的流體介(jie)質粘度，渦輪(lún)的旋轉角速(sù)度與流體流(liú)速成正比。由(you)此，流體流速(su)可通過渦輪(lun)的旋轉角速(su)度得到，從而(er)可以計算得(de)到通過管道(dao)的流體流量(liàng)。渦輪的轉速(su)通過裝在機(jī)殼外的傳感(gan)線圈來檢測(cè)。當渦輪葉，片(pian)切割由殼體(ti)内永久磁鋼(gang)産生的磁力(li)線時，就會引(yǐn)起傳感線圈(quan)中的磁通變(bian)化。傳感線圈(quān)将檢測到的(de)磁通周期變(bian)化信号送入(ru)前置放大器(qi)，對信号進行(hang)放大、整形，産(chan)生與流速成(chéng)正比的脈沖(chòng)信号。再将脈(mo)沖信号轉換(huan)成模拟電流(liú)量，進而指示(shì)瞬時流量值(zhí)。由于流體通(tong)過渦輪時會(huì)對渦輪産生(sheng)--個軸向推力(li)，使軸承的摩(mo)擦轉矩增大(dà)，加速軸承磨(mó)損，爲了消除(chu)軸向力，需在(zai).結構.上采取(qu)水力平衡措(cuo)施，這裏不再(zài)贅述。從圖1中(zhong)也不難看出(chu)工作主軸的(de)性能對流量(liàng)計有很大的(de)影響。
 
2氣體潤滑(huá)的特點
　　從氣(qi)體固有的特(te)點來看，氣體(tǐ)作爲潤滑劑(ji)具有以下特(te)點:
(1)粘度小。在(zai)15~20℃時，其粘度約(yue)爲油的1/1000，摩擦(cā)力亦爲油的(de)1/1000;當溫度從20℃上(shang)升到80℃,其粘度(du)增加約16%，而相(xiang)同條件下油(you)的粘度下降(jiang)1/14。氣體由于粘(zhan)度小，它所引(yǐn)起的摩擦力(li)矩比油引起(qi)的小3個數量(liang)級。加上氣體(ti)具有均化作(zuò)用，所以用氣(qi)膜潤滑支承(chéng)的回轉精度(du)比油膜高2個(gè)數量級。
(2)适應(ying)性好。油在極(ji)高或極低溫(wēn)下，都不起潤(run)滑作用。氣體(ti)潤滑劑在高(gāo)低溫時，化學(xué)性能穩定，不(bú)受原子輻射(she)的影響;加之(zhī)空氣的對流(liu)作用，即使在(zài)高溫下，也可(ke)把氣膜看成(cheng)恒溫。因此用(yong)氣體潤滑，排(pai)除了與邊界(jiè)有關的一些(xiē)問題。
(3)清潔無(wu)污染。氣體作(zuò)爲潤滑劑其(qi)排放出來的(de)氣體，對環境(jing)無任何污染(ran);且排氣壓力(lì)大于大氣壓(yā)力，外界污物(wu)不易進入機(jī)器，保持機器(qì)清潔。氣膜潤(run)滑使機器運(yùn)行平穩，不存(cun)在振動和噪(zao)聲的污染。
(4)壽(shòu)命長。壽命分(fèn)布離散是普(pǔ)通軸承尤其(qi)是高速軸承(cheng)緻命的弱點(diǎn)，工作壽命隻(zhī)有幾十到幾(ji)百小時。氣體(tǐ)軸承正常工(gong)作時，無金屬(shǔ)接觸，即使考(kǎo)慮其它條件(jian)的限制，壽命(ming)仍比普通軸(zhou)承高得多，而(er)且能始終保(bao)持精度不變(biàn)。
綜上所述，氣(qì)體軸承的引(yǐn)入，無疑将會(huì)使氣體渦輪(lún)流量計産生(sheng)一次革命。
3氣(qi)體動壓潤滑(hua)
　　如圖2所示，旋(xuán)轉件1受載後(hou)将與固定件(jiàn)2産生偏心。當(dāng)旋轉件1以轉(zhuan)速n運動時，其(qi)間隙爲和H，且(qie)H1>H2過濾後的氣(qì)體從H流向H2氣(qi)體在楔形間(jiān)隙中形成壓(ya)力F1。氣體是可(kě)壓縮的，在間(jian)隙H2處形成低(di)壓區，結果在(zai)偏心方向也(yě)産生支承力(li)F2則總支承力(li)F爲矢量相加(jia)即
F=F1+F2
F用來平衡(heng)外載荷W.
　　動壓(ya)氣膜，是靠自(zì)生壓力來支(zhi)承外載荷的(de)，故适應性差(cha)。轉速越高，形(xíng)成動壓越好(hǎo)。但無論轉速(su)如何增加，或(huo)使油膜厚度(du)h減到最小，氣(qi)體動壓潤滑(huá)所産生的壓(yā)強分布和承(cheng)載能力都有(you)其限制。
4螺旋(xuán)槽軸承的設(shè)計
　　螺旋槽軸(zhóu)承以其承載(zai)大(特别是在(zai)高速下).功耗(hao)低、高速穩定(dìng)性好等優點(diǎn)，遠優于其它(ta)類型的動壓(yā)氣體軸承。由(yóu)于按最大穩(wěn)定性優化的(de)螺旋槽軸承(cheng)，與按最大承(chéng)載優化的螺(luó)旋槽軸承相(xiang)比較，其穩定(dìng)性提高近千(qiān)倍，而其承載(zai)能力最多損(sǔn)失77%，因此本文(wén)選用按最大(da)穩定性原則(zé)設計。
　　根據窄(zhai)槽原理，同時(shi)充分考慮可(ke)壓縮性，由最(zuì)大穩定性原(yuan)則可以得出(chu)以下結論:
 
(1)軸(zhóu)承有槽面旋(xuan)轉的穩定性(xing)，總好于無槽(cáo)面旋轉的情(qing)形。
(2)在λ-1(λ-1=L/D)時，有槽(cao)面旋轉的穩(wen)定性最佳。
(3)軸(zhóu)承的穩定性(xìng)對槽參數β、B1、Y和(hé)δ十分敏感。
(4)當(dāng)槽面旋轉時(shí)，Y=1爲最佳值，δ=4和(he)B1=6是上限值。.
(5)窄(zhǎi)槽假設的界(jie)限爲:Ng>^/5.
(6)相對間(jian)隙e/R=0.0002~0.0004。
(7)相對偏心(xīn)率:正常工作(zuo)下，Ɛ=0.1~0.5;極限狀态(tài)下，e-0.8~0.9。
　　綜合上述(shu)結論，本文取(qǔ)有槽面旋轉(zhuǎn)，且λ=1。
 
 
　　設計本軸(zhou)承，最重要的(de)就是核算其(qi)承載能力。在(zai)上述前提下(xià)有以下公式(shì):
最大穩定承(chéng)載w-W/(psLD)
可壓縮數(shù)A=6μɷε2/ps
式中:pa爲環境(jìng)壓力:μ爲潤滑(hua)氣體動力粘(zhan)度;D爲軸承直(zhí)徑;ɷ爲軸承轉(zhuan)速。
　　由于各無(wu)量綱參數都(dōu)與可壓縮數(shù)^有密切關系(xì),所以要核算(suàn)其承載能力(lì)，就必須先求(qiú)得^。從上面公(gong)式可以看出(chū)，A由μ、ɷ、ε和ps共同決(jue)定。一般來說(shuō)，氣體動力粘(zhān)度可取2X10-5Pa·s環境(jìng)壓力可取1.5X10-5Pa;考(kǎo)慮到制造的(de)成本，e可取1.75X10-6m,而(ér)本文在前面(mian)已經取λ=1,所以(yǐ)經過計算可(kě)得:.
A=65.3ɷD²
　　用MAILAB軟件分(fen)析以上式子(zi)，可以得到圖(tu)4。
 
　　根據最大穩(wěn)定承載w=εW/(εp,LD)=7.5X104D2W/Ɛ，通過(guò)對表1的分析(xi)，同樣利用MAILAB軟(ruǎn)件分析最大(da)穩定承載w與(yǔ)參數徑向承(chéng)載w/ε以及軸承(chéng)直徑D的相互(hù)關系，可以得(dé)到圖5。
5結論
　　從(cóng)圖4和圖5中不(bu)難看出，倘若(ruo)需要氣體渦(wō)輪流量計的(de)正常工作速(su)度在4500r/min以上時(shí)，在各參.數都(dōu)取本文參數(shù)，其最大穩定(ding)載荷會在5N左(zuǒ)右。況且本文(wén)的許多參數(shù)是取近似值(zhí)，如果能夠将(jiāng)各個參數進(jin)一步優化，正(zheng)常工作速度(dù)比較大的氣(qì)體渦輪流量(liàng)計的主軸承(chéng)完全可以用(yòng)螺旋槽軸承(cheng)。

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