摘(zhai)要:氣體渦(wo)輪流量計(ji) 主軸承大(da)多采用油(you)潤滑的滑(hua)動軸承或(huo)滾動軸承(cheng)，存在較大(da)的局限性(xing)。采用螺旋(xuan)槽氣體軸(zhou)承，設計了(le)一種氣體(ti)渦輪流量(liang)計。按最大(da)穩定性的(de)原則，利用(yong)MAILAB軟件，系統(tong)地分析了(le)在氣體渦(wo)輪流量計(ji)中動壓氣(qi)體軸承的(de)結構形式(shi)對其載荷(he)及穩定性(xing)的影響，得(de)到了氣體(ti)渦輪流量(liang)計中動壓(ya)氣體軸承(cheng)的可行工(gong)作範圍。
　　流(liu)量測量儀(yi)表種類繁(fan)多，測量方(fang)法也很多(duo)。迄今爲止(zhi)，可供工業(ye)用的流量(liang)測量儀表(biao)種類達60種(zhong)之多。在如(ru)此衆多流(liu)量測量儀(yi)表中，氣體(ti)渦輪流量(liang)計以其精(jing)度佳、重複(fu)性好、抗幹(gan)擾能力好(hao)、測量範圍(wei)寬、結構緊(jin)湊等優點(dian)而廣泛用(yong)于工業生(sheng)産中。但是(shi)由于其主(zhu)軸承使用(yong)滑動軸承(cheng)或滾動軸(zhou)承的局限(xian)性，使得氣(qi)體渦輪流(liu)量計存在(zai)不能長期(qi)保持校準(zhun)特性以及(ji)流體物性(xing)對流量特(te)性有較大(da)影響等缺(que)陷。我國中(zhong)科院有一(yi)些學者曾(ceng)嘗試将氣(qi)體軸承應(ying)用于流量(liang)計中，不過(guo)大多是選(xuan)用可傾瓦(wa)動壓氣體(ti)軸承。由于(yu)可傾瓦動(dong)壓氣體軸(zhou)承不但體(ti)積大，而且(qie)成本極高(gao)，很難用于(yu)民用工業(ye)中，所以僅(jin)僅停留在(zai)試驗階段(duan)。迄今爲止(zhi)國外尚無(wu)此類問題(ti)的研究“4。綜(zong)合制造成(cheng)本、使用壽(shou)命以及精(jing)度提高等(deng)因素，本文(wen)作者設計(ji)了一種氣(qi)體渦輪流(liu)量計用螺(luo)旋槽動壓(ya)氣體軸承(cheng)(以下統稱(cheng)螺旋槽軸(zhou)承)。
1氣體渦(wo)輪流量計(ji)的結構及(ji)工作原理(li)
　　渦輪流量(liang)計 的結構(gou)如圖1所示(shi)。在管道中(zhong)心安放一(yi)個渦輪，兩(liang)端由軸承(cheng)支撐。當流(liu)體通過管(guan)道時，沖擊(ji)渦輪葉片(pian)，對渦輪産(chan)生驅動力(li)矩，使渦輪(lun)克服摩擦(ca)力矩和流(liu)體阻力矩(ju)而産生旋(xuan)轉。在一定(ding)的流量範(fan)圍内,對一(yi)定的流體(ti)介質粘度(du)，渦輪的旋(xuan)轉角速度(du)與流體流(liu)速成正比(bi)。由此，流體(ti)流速可通(tong)過渦輪的(de)旋轉角速(su)度得到，從(cong)而可以計(ji)算得到通(tong)過管道的(de)流體流量(liang)。渦輪的轉(zhuan)速通過裝(zhuang)在機殼外(wai)的傳感線(xian)圈來檢測(ce)。當渦輪葉(ye)，片切割由(you)殼體内永(yong)久磁鋼産(chan)生的磁力(li)線時，就會(hui)引起傳感(gan)線圈中的(de)磁通變化(hua)。傳感線圈(quan)将檢測到(dao)的磁通周(zhou)期變化信(xin)号送入前(qian)置放大器(qi)，對信号進(jin)行放大、整(zheng)形，産生與(yu)流速成正(zheng)比的脈沖(chong)信号。再将(jiang)脈沖信号(hao)轉換成模(mo)拟電流量(liang)，進而指示(shi)瞬時流量(liang)值。由于流(liu)體通過渦(wo)輪時會對(dui)渦輪産生(sheng)--個軸向推(tui)力，使軸承(cheng)的摩擦轉(zhuan)矩增大，加(jia)速軸承磨(mo)損，爲了消(xiao)除軸向力(li)，需在.結構(gou).上采取水(shui)力平衡措(cuo)施，這裏不(bu)再贅述。從(cong)圖1中也不(bu)難看出工(gong)作主軸的(de)性能對流(liu)量計有很(hen)大的影響(xiang)。
 
2氣體(ti)潤滑的特(te)點
　　從氣體(ti)固有的特(te)點來看，氣(qi)體作爲潤(run)滑劑具有(you)以下特點(dian):
(1)粘度小。在(zai)15~20℃時，其粘度(du)約爲油的(de)1/1000，摩擦力亦(yi)爲油的1/1000;當(dang)溫度從20℃上(shang)升到80℃,其粘(zhan)度增加約(yue)16%，而相同條(tiao)件下油的(de)粘度下降(jiang)1/14。氣體由于(yu)粘度小，它(ta)所引起的(de)摩擦力矩(ju)比油引起(qi)的小3個數(shu)量級。加上(shang)氣體具有(you)均化作用(yong)，所以用氣(qi)膜潤滑支(zhi)承的回轉(zhuan)精度比油(you)膜高2個數(shu)量級。
(2)适應(ying)性好。油在(zai)極高或極(ji)低溫下，都(dou)不起潤滑(hua)作用。氣體(ti)潤滑劑在(zai)高低溫時(shi)，化學性能(neng)穩定，不受(shou)原子輻射(she)的影響;加(jia)之空氣的(de)對流作用(yong)，即使在高(gao)溫下，也可(ke)把氣膜看(kan)成恒溫。因(yin)此用氣體(ti)潤滑，排除(chu)了與邊界(jie)有關的一(yi)些問題。
(3)清(qing)潔無污染(ran)。氣體作爲(wei)潤滑劑其(qi)排放出來(lai)的氣體，對(dui)環境無任(ren)何污染;且(qie)排氣壓力(li)大于大氣(qi)壓力，外界(jie)污物不易(yi)進入機器(qi)，保持機器(qi)清潔。氣膜(mo)潤滑使機(ji)器運行平(ping)穩，不存在(zai)振動和噪(zao)聲的污染(ran)。
(4)壽命長。壽(shou)命分布離(li)散是普通(tong)軸承尤其(qi)是高速軸(zhou)承緻命的(de)弱點，工作(zuo)壽命隻有(you)幾十到幾(ji)百小時。氣(qi)體軸承正(zheng)常工作時(shi)，無金屬接(jie)觸，即使考(kao)慮其它條(tiao)件的限制(zhi)，壽命仍比(bi)普通軸承(cheng)高得多，而(er)且能始終(zhong)保持精度(du)不變。
綜上(shang)所述，氣體(ti)軸承的引(yin)入，無疑将(jiang)會使氣體(ti)渦輪流量(liang)計産生一(yi)次革命。
3氣(qi)體動壓潤(run)滑
　　如圖2所(suo)示，旋轉件(jian)1受載後将(jiang)與固定件(jian)2産生偏心(xin)。當旋轉件(jian)1以轉速n運(yun)動時，其間(jian)隙爲和H，且(qie)H1>H2過濾後的(de)氣體從H流(liu)向H2氣體在(zai)楔形間隙(xi)中形成壓(ya)力F1。氣體是(shi)可壓縮的(de)，在間隙H2處(chu)形成低壓(ya)區，結果在(zai)偏心方向(xiang)也産生支(zhi)承力F2則總(zong)支承力F爲(wei)矢量相加(jia)即
F=F1+F2
F用來平(ping)衡外載荷(he)W.
　　動壓氣膜(mo)，是靠自生(sheng)壓力來支(zhi)承外載荷(he)的，故适應(ying)性差。轉速(su)越高，形成(cheng)動壓越好(hao)。但無論轉(zhuan)速如何增(zeng)加，或使油(you)膜厚度h減(jian)到最小，氣(qi)體動壓潤(run)滑所産生(sheng)的壓強分(fen)布和承載(zai)能力都有(you)其限制。
4螺(luo)旋槽軸承(cheng)的設計
　　螺(luo)旋槽軸承(cheng)以其承載(zai)大(特别是(shi)在高速下(xia)).功耗低、高(gao)速穩定性(xing)好等優點(dian)，遠優于其(qi)它類型的(de)動壓氣體(ti)軸承。由于(yu)按最大穩(wen)定性優化(hua)的螺旋槽(cao)軸承，與按(an)最大承載(zai)優化的螺(luo)旋槽軸承(cheng)相比較，其(qi)穩定性提(ti)高近千倍(bei)，而其承載(zai)能力最多(duo)損失77%，因此(ci)本文選用(yong)按最大穩(wen)定性原則(ze)設計。
　　根據(ju)窄槽原理(li)，同時充分(fen)考慮可壓(ya)縮性，由最(zui)大穩定性(xing)原則可以(yi)得出以下(xia)結論:
 
(1)軸承(cheng)有槽面旋(xuan)轉的穩定(ding)性，總好于(yu)無槽面旋(xuan)轉的情形(xing)。
(2)在λ-1(λ-1=L/D)時，有槽(cao)面旋轉的(de)穩定性最(zui)佳。
(3)軸承的(de)穩定性對(dui)槽參數β、B1、Y和(he)δ十分敏感(gan)。
(4)當槽面旋(xuan)轉時，Y=1爲最(zui)佳值，δ=4和B1=6是(shi)上限值。.
(5)窄(zhai)槽假設的(de)界限爲:Ng>^/5.
(6)相(xiang)對間隙e/R=0.0002~0.0004。
(7)相(xiang)對偏心率(lü):正常工作(zuo)下，Ɛ=0.1~0.5;極限狀(zhuang)态下，e-0.8~0.9。
　　綜合(he)上述結論(lun)，本文取有(you)槽面旋轉(zhuan)，且λ=1。
 
 
　　設計本(ben)軸承，最重(zhong)要的就是(shi)核算其承(cheng)載能力。在(zai)上述前提(ti)下有以下(xia)公式:
最大(da)穩定承載(zai)w-W/(psLD)
可壓縮數(shu)A=6μɷε2/ps
式中:pa爲環(huan)境壓力:μ爲(wei)潤滑氣體(ti)動力粘度(du);D爲軸承直(zhi)徑;ɷ爲軸承(cheng)轉速。
　　由于(yu)各無量綱(gang)參數都與(yu)可壓縮數(shu)^有密切關(guan)系,所以要(yao)核算其承(cheng)載能力，就(jiu)必須先求(qiu)得^。從上面(mian)公式可以(yi)看出，A由μ、ɷ、ε和(he)ps共同決定(ding)。一般來說(shuo)，氣體動力(li)粘度可取(qu)2X10-5Pa·s環境壓力(li)可取1.5X10-5Pa;考慮(lü)到制造的(de)成本，e可取(qu)1.75X10-6m,而本文在(zai)前面已經(jing)取λ=1,所以經(jing)過計算可(ke)得:.
A=65.3ɷD²
　　用MAILAB軟件(jian)分析以上(shang)式子，可以(yi)得到圖4。
 
　　根(gen)據最大穩(wen)定承載w=εW/(εp,LD)=7.5X104D2W/Ɛ，通(tong)過對表1的(de)分析，同樣(yang)利用MAILAB軟件(jian)分析最大(da)穩定承載(zai)w與參數徑(jing)向承載w/ε以(yi)及軸承直(zhi)徑D的相互(hu)關系，可以(yi)得到圖5。
5結(jie)論
　　從圖4和(he)圖5中不難(nan)看出，倘若(ruo)需要氣體(ti)渦輪流量(liang)計的正常(chang)工作速度(du)在4500r/min以上時(shi)，在各參.數(shu)都取本文(wen)參數，其最(zui)大穩定載(zai)荷會在5N左(zuo)右。況且本(ben)文的許多(duo)參數是取(qu)近似值，如(ru)果能夠将(jiang)各個參數(shu)進一步優(you)化，正常工(gong)作速度比(bi)較大的氣(qi)體渦輪流(liu)量計的主(zhu)軸承完全(quan)可以用螺(luo)旋槽軸承(cheng)。

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