LJ12-1A型旋槳式流速儀
1 用途
本系列旋槳式流速儀造型小,重量輕,攜帶方便,適用于小河、渠道、徑流實驗站、水利調(diào)查和環(huán)保污水監(jiān)測等場合,用以測定過水?dāng)嗝嬷蓄A(yù)定測點時段平均流速。配用CBL-1型泵站流速儀測桿,可測中、小型泵站單機流量。與積時式懸移質(zhì)采樣器配套,供測流速。安裝懸索轉(zhuǎn)軸部件可在深水中測流。
2 旋槳式流速儀型號
本系列儀器按測流安裝方式和信號減速傳動部分結(jié)構(gòu)分:
LJ12-1A型——安裝測桿直徑Φ16mm,每一信號轉(zhuǎn)數(shù):20轉(zhuǎn);
3 旋槳式流速儀主要技術(shù)指標(biāo)
⑴ 旋槳結(jié)構(gòu): 螺旋曲面三葉片,左旋,PC工程塑料
⑵ 旋槳回轉(zhuǎn)直徑D: 60mm
⑶ 旋槳水力螺距b: 120mm
⑷ 儀器起轉(zhuǎn)速V0: ≤0.06m/s
⑸ 流速測量范圍V: 0.05~7m/s
⑹ 信號部件結(jié)構(gòu): 磁敏干簧管電子開關(guān)
⑺ 檢定曲線相對誤差E: V≥0.2m/s時,E≤±1.5%;
V<0.2m/s時,E≤±5%
⑻ 開關(guān)觸點容量: 電流≤50mA,電壓≤6V
⑼ 干簧管工作次數(shù): 7000萬次
⑽ 儀器連續(xù)工作時間: 2小時(含沙量≤0.5kg/m3,水深≤1m/s時)
⑾ 儀器安裝測桿規(guī)格: CG16-1型
⑿ 懸索轉(zhuǎn)軸部件轉(zhuǎn)角: LJ12-2A/C型—水平360°,垂直20°
⒀ 儀器工作水流條件
水深范圍: 配用測桿時,下限為0.1m,上限據(jù)測桿長度而定;
配懸索轉(zhuǎn)軸部件測流時,0.5~40m
水體水溫: 0~40℃
懸移質(zhì)含沙量: ≤10kg/m3
4 流速儀工作原理及流速測量和計算方法
4.1流速儀工作原理
流速儀工作原理是基于:水流作用到旋槳時,旋槳產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動,其轉(zhuǎn)速,與流速V之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系:V=f(n)。通過流速儀檢定水槽實驗,建立檢定公式,在臨界流速VK以上,近似一直線,用經(jīng)驗公式表示:
V=a+bn (1)
式中V為流速:a為附加常數(shù),旋槳結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,主要取決于主機內(nèi)摩阻力矩M;b為旋槳水力螺矩,當(dāng)M值小而穩(wěn)定時,主要取決于旋槳結(jié)構(gòu)參數(shù),如旋槳機械導(dǎo)程,形狀阻力,表面阻力等;n為旋槳轉(zhuǎn)速,為測速歷時T內(nèi)旋槳轉(zhuǎn)數(shù)N,即n=N/T,轉(zhuǎn)數(shù)N為儀器輸出的信號數(shù)R與每一個信號數(shù)代表旋槳轉(zhuǎn)數(shù)Z乘積,即N-ZR。
VK以下低速區(qū),水流動力矩ML很小,只能勉強克服儀器內(nèi)摩阻,推動旋槳旋轉(zhuǎn)。因此,旋槳運轉(zhuǎn)過程中受阻產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)運行,故低速V-f(n)關(guān)系呈曲線形式。檢定成果提供V~n 關(guān)系曲線圖,或近似的直線公式。
4.2 流速測量方法
旋槳流速儀測量流速、流量應(yīng)遵照水文測驗規(guī)范規(guī)定的方法進行。測驗斷面、渠道位置的選擇、測線的布設(shè)、垂線測點數(shù)目及流量計算方法詳見水利部水文司編《水文測驗規(guī)范》第四卷、第二冊流量測驗。流速儀測量安裝應(yīng)根據(jù)水流條件,見圖1~4。把儀器施放到預(yù)定測點位置,并固定。測量歷時一般流速為100秒,低速為200秒,根據(jù)測速歷時T內(nèi)流速儀輸出的信號數(shù)R,可計算出儀器實際轉(zhuǎn)數(shù)N,進而計算流速。
4.3 流速計算方法
例:LJ12-2A型旋槳式流速儀,檢定公式:V=0.120n+0.010,信號部件結(jié)構(gòu)為每一信號20轉(zhuǎn),實際轉(zhuǎn)數(shù)N=ZR,即N=20×R。在測速歷時T=100秒,測得信號數(shù)R=50個。據(jù)此,即可計算出流速。首先計算實際轉(zhuǎn)數(shù)N=20×50=1000轉(zhuǎn),代入公式(1):
V=0.120×1000/100+0.010=1.21m/s
5 儀器結(jié)構(gòu)
LJ12-2A/C型旋槳式流速儀外貌如圖5所示,可分為儀器主機和尾翼兩部分。圖6為LJ12-2A/C型旋槳流速儀主機結(jié)構(gòu),按其工組原理可分為:旋槳,旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng),信號轉(zhuǎn)換發(fā)生部分和儀器座等四部分。A、C型儀器結(jié)構(gòu)差別僅是旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)2A/C中信號減速傳動部分,其余完全相同。
5.1 旋槳
旋槳結(jié)構(gòu)包括:三個螺旋曲面葉片(左旋)、槳柱和導(dǎo)流帽。槳柱內(nèi)腔是一精確的圓柱孔,孔口為M9×1螺紋,供與旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)配合;導(dǎo)流帽為一流線型槳頭,旋槳旋轉(zhuǎn)外廓具有較好的流線型,水阻較小。旋槳葉片正投影面積較大,增大了水動力矩,因而具有較好的低速性能。旋槳材料選用PC優(yōu)質(zhì)工程塑料具有良好的抗沖擊強度、耐大氣老化和熱穩(wěn)定性特點。
5.2 LJ12-2A型旋槳式流速儀支承系統(tǒng)
旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)(組件)為本系列旋槳流速儀的機芯,LJ12-2A型儀器結(jié)構(gòu)如圖7所示。
旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)包括:旋轉(zhuǎn)部分、旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封部分、旋轉(zhuǎn)支承部分、信號轉(zhuǎn)換發(fā)生部分。
5.2.1 旋轉(zhuǎn)部分(球軸承支部件)
由旋槳軸,旋槳軸密封圈,前、后球軸承,內(nèi)隔套和軸承內(nèi)圈并帽-螺絲套等組成。前、后球軸承中間用內(nèi)隔套定位,安裝在旋轉(zhuǎn)軸上,后端用軸承內(nèi)圈并帽-螺絲套擰緊,固定,構(gòu)成旋轉(zhuǎn)部分基體。如圖7所示。從總體看,旋轉(zhuǎn)部分還應(yīng)包括旋槳轉(zhuǎn)套和 齒式密封裝置中的動套等,見圖6。前、后球軸承為不銹鋼精密儀表單列向心球軸承:8系列20000086MX、9系列1000096MX,啟動摩擦力矩為0.5~1.0g.cm;旋轉(zhuǎn)軸為Φ6×85mm,9Cr18不銹鋼,具有良好的結(jié)構(gòu)剛度,制造精度高,同心度小于0.01mm,從而為本系列儀器支承系統(tǒng)提供高精度、穩(wěn)定可靠的旋轉(zhuǎn)支承基礎(chǔ),具有低而穩(wěn)定的摩阻力矩和防銹能力。
5.2.2 旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封部分
采用非接觸式迷宮密封結(jié)構(gòu),由若干對動、靜套相互套合,構(gòu)成迂回曲折、細(xì)小縫隙的途徑(圖7),對河水的進入產(chǎn)生減壓、消能作用,從而可減緩河水進入軸承油室。分前、后二級:前級a為轉(zhuǎn)套式,由旋槳轉(zhuǎn)套和滾花并緊螺帽、篦齒式密封裝置后緣的靜套構(gòu)成;后級b為篦齒式(圖9為放大圖),動、靜套采用篦齒式,組裝成一整體,具有更佳的密封效應(yīng),安裝在軸承油室c前。
為確保儀器靈敏度,裝配前應(yīng)測試其軸、徑向活動間隙:0.2~0.3mm。
5.2.3 支承部分
由軸承座、軸承座密封圈和儀器座密封圈等組成,用于安裝旋轉(zhuǎn)部分、旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封和信號轉(zhuǎn)換部分。軸承座中間柱腔作為軸承油室(圖10)。
5.2.4 信號轉(zhuǎn)換、發(fā)生部分
信號轉(zhuǎn)換、發(fā)生部分包括機械運動的轉(zhuǎn)換、減速和信號發(fā)生三個功能。A型儀器減速比為1:20;C型為1:1。
5.2.4.1 減速齒輪支部件
由齒輪、齒輪座、齒輪軸、齒輪蓋、磁鋼和齒輪軸卡等組成(圖11),齒輪20齒,裝于齒輪座槽中,用齒輪軸支承。磁鋼嵌在齒輪腹中,用齒輪蓋密封磁鋼N-S極圍繞齒輪軸線旋轉(zhuǎn)。
齒輪、齒輪軸等零件均為精密儀表零件,制造精良,具有很高的幾何精度和旋轉(zhuǎn)精度(同習(xí)度、端面垂直度和徑向跳動量)和表面光潔度,以及小而穩(wěn)定的摩阻力矩(平均0.10g.cm),運轉(zhuǎn)平衡,磁鋼為稀土釤鈷(SmCo-2),具有很高的磁能積和穩(wěn)定性。
5.2.4.2 干簧管支部件
作為磁敏干簧管電子開關(guān)的信號發(fā)生部分。由干簧管、聯(lián)接套、管座等組成,用環(huán)氧樹脂密封。
干簧管為超微型常開式結(jié)構(gòu),觸點最大額定功率3W,最大開關(guān)電流0.11A,最大初始觸點電阻200mΩ,最小絕緣電阻107Ω,電氣壽命(阻性負(fù)載)7×106(6VDC,20mA)。
干簧管支部件安裝在軸承油室之外的儀器座中,它與磁鋼參數(shù)匹配范圍寬,通用性強,無須調(diào)整,更換十分方便。
干簧管與電感性負(fù)載(電鈴計數(shù)器等)配套,觸點在負(fù)載電路觸點開路時,將加有高感生電壓,它會損害干簧管或降低工作壽命。因此,不宜配用這類負(fù)載計數(shù)器。
儀器信號輸出是采用一根導(dǎo)線,另一根以儀器座為地線,通過測桿或鋼絲索輸出。因此,要求計數(shù)器電路入口應(yīng)有較大的輸入阻抗,否則要在接線柱處包裹膠布,使該導(dǎo)線、接線柱與儀器座絕緣,使用很不方便。為此,建議采購計數(shù)器配套時,應(yīng)認(rèn)準(zhǔn)專業(yè)生產(chǎn)廠。
5.2.5 旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)總裝
(1)安裝步驟
a把 齒密封裝置安裝在支承部分軸承座前方螺孔中;
b旋槳軸(含旋槳軸密封圈)從軸承座后孔裝進,端部伸出;
c在旋槳軸前端裝上旋槳轉(zhuǎn)套,用圓柱頭螺釘、彈簧墊圈固緊;
d在軸承座孔中注滿8號儀表油(GB487);
c裝上前球軸承、內(nèi)隔套、后球軸承,同軸承內(nèi)圈并帽一螺絲套并緊;
f裝上減速齒輪支部件,把儀表油擠滿密封裝置迷宮縫隙,這時應(yīng)有少量儀表油從進水縫隙流出,旋轉(zhuǎn)部件和旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)總裝完成,同時軸承油室和迷宮裝置也加滿油,(圖6)。
(2)檢測軸向工作游隙
當(dāng)球軸承支部件安裝在軸承孔中時,前球軸承與軸承座底孔平面之間留有一定的間隙,它是后球軸承內(nèi)套圈(帶鋼球)軸向的自由度,從而確保:后軸承,也是旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)應(yīng)有的自然軸向工作游隙0.05~0.08mm;軸承應(yīng)有的摩阻力矩0.5~1.0g.cm,即儀器靈敏度。本結(jié)構(gòu)為免調(diào)試,可隨機更換球軸承等零件,不影響工作游隙值,裝配、檢修十分方便。旋轉(zhuǎn)、支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置合理,旋轉(zhuǎn)軸徑向跳動小于0.02mm,高速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好。
(3)檢測儀器靈敏度
旋槳流速儀靈敏度即儀器內(nèi)摩阻力矩,可用JBM12-2型旋槳流速儀靈敏度檢查儀(力矩儀)較科學(xué)、精確、快速地測出摩阻力矩值,以及其運轉(zhuǎn)一個周期(LJ12-1A型、LJ12-2A型為20轉(zhuǎn))摩阻力矩變化情況,摩擦大點分布,準(zhǔn)確地說明球軸承清洗,及其裝配質(zhì)量,從而可準(zhǔn)確地推算出儀器靈敏度,即起轉(zhuǎn)速V0。確保儀器低速測量精度。該儀器可另行訂購。目前測站常用的方法是;吹氣法,即用嘴對準(zhǔn)旋槳迎水面均勻、微微地吹氣,觀察旋槳啟動、運行和停止全過程情況。這個方法優(yōu)點是簡單、易行,最好是在拿到新儀器時多試驗幾次,取得經(jīng)驗,以便今后有所比較;缺點是各人工作經(jīng)驗和熟練程度不同,且保持氣流勻速使旋槳運轉(zhuǎn)一個周期也不容易,準(zhǔn)確性差。
5.3儀器座
供安裝上述組、部件,并可以把儀器以各種形式與測桿、懸掛轉(zhuǎn)軸等安裝。
5.4儀器總裝
5.4.1旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)
旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)之軸承座上有兩紅色窩點,它標(biāo)明減速齒輪支部件中的磁鋼磁極N-S方向,當(dāng)旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)擰進儀器座時,應(yīng)注意其方向與信號部件(即干簧管)平行,偏差不大于20°。
5.4.2旋槳
在旋槳柱孔中加儀表油(約1/2高),然后,右手食、拇指捏住旋轉(zhuǎn)套的滾花外圓,左手拿住旋槳按順時針方向(常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)正螺旋)旋進旋槳轉(zhuǎn)套螺紋,直至槳旋槳密封圈壓緊。
6 維護
保持旋槳完好,儀器靈敏度、信號正常,以確保測流精度。為此,對儀器應(yīng)正確使用和及時維護、清洗、加油,并隨時檢測儀器靈敏度。
6.1 一般維護
⑴使用過程中應(yīng)注意儀器不能遭受碰撞,以免旋槳、旋槳軸等精密零件受損。
⑵測流時應(yīng)小心從儀器箱中取出儀器主機,裝上尾翼,檢查儀器靈敏度、信號。
⑶把儀器安裝在測流設(shè)備上應(yīng)注意正確、牢固。特別是進行高速測流時。
⑷一般測流完畢,儀器提出水面應(yīng)及時用毛巾拭干儀器表面污水。檢查儀器靈敏度合格后,立即小心地將儀器裝妥在儀器箱原位,無須拆洗儀器內(nèi)部。
⑸儀器長期在高速、高含沙量河流中工作,密封裝置可能沉沙,影響儀器靈敏度,這時應(yīng)進行拆洗,或送儀檢站維修。
⑹球軸承及油室清洗、加油間隔時間,應(yīng)根據(jù)儀器工作的水流條件、累計測次和時間,以及儀器油在高溫下?lián)]發(fā)情況,通過實踐確定。
⑺各“O”型橡膠圈是軸承油室密封關(guān)鍵件,應(yīng)注意其老化變硬、皸裂變質(zhì),及時更換備件。
⑻信號發(fā)生部件可靠性測試:把旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)從儀器座孔中旋出2mm(2圈),轉(zhuǎn)動旋槳,信號應(yīng)正常,否則應(yīng)更換干簧管備用件,或送儀檢站修理。
⑼安放儀器的房間應(yīng)清潔、干燥、通風(fēng),氣溫:5~25℃,日溫差?。ㄒ悦鈨x器油室的儀表油揮發(fā)),相對濕度小于90%,儀器附近不應(yīng)有化學(xué)藥品、酸性、堿性及揮發(fā)性物品。
6.2 清洗
6.2.1 儀器外表清洗
儀器在高含沙量河流中測量后,附著在其表面的泥沙、污濁物應(yīng)及時用清水洗凈,毛巾擦干,檢查儀器靈敏度合格后立即裝箱;如靈敏度差,應(yīng)在工藝衛(wèi)生條件較好的室內(nèi)拆洗,加油,再不行則送生產(chǎn)廠檢查。
6.2.2 轉(zhuǎn)套式密封裝置拆洗
儀器在高速、高含沙量河流中長期工作后,轉(zhuǎn)套式密封裝置迷宮細(xì)縫中可能沉積泥沙,影響儀器靈敏度,則應(yīng)及時清洗。其法是取下旋槳和旋槳轉(zhuǎn)套,用汽油(或用清水)清洗旋槳轉(zhuǎn)套內(nèi)孔、旋轉(zhuǎn)軸等外表面沉沙后,在旋轉(zhuǎn)軸套中加滿儀表油,按拆卸相反工序裝妥,再檢查儀器靈敏度。
6.2.3 篦齒式密封裝置拆洗
如篦齒式密封裝置迷宮細(xì)縫中沉積泥沙,清洗較麻煩,可細(xì)心逐件拆下清洗干凈后,再裝回。
6.2.4 軸承油室清洗
用手蒙住軸承座前孔,從后孔倒入適量汽油(120號,SY-1207,下同),上、下晃動數(shù)次后,把臟油倒進貯油瓶(過濾后作為粗洗)。上述清洗工藝重復(fù)清洗3次,晾干。
6.2.5 球軸承清洗
6.2.5.1 手工清洗(測站)
球軸承清洗分:粗洗、半精洗和精洗。清洗工具:有蓋的中號鋁制飯盒(洗凈)3個,距盒底15mm處設(shè)置一層銅絲網(wǎng)(65目/25.4mm),每盒盛汽油約1/2高。清洗工藝:左手食、姆兩指捏住球軸承內(nèi)套圈,右手食指快速撥轉(zhuǎn)其外套圈(帶鋼球),使其不斷旋轉(zhuǎn)、滾洗,然后,按同法進行半精洗和精洗。洗凈后球軸承放在口朝上放置在桌上的盒蓋里面(精洗盒),晾干。這是清洗外圈分離型球軸承傳統(tǒng)的方法,不僅清洗效率低,費油,費時,且不易清洗干凈,特別是不可分離型球軸承。
6.2.5.2 半自動清洗(檢修站)
如圖12所示為球軸承半自動清洗機,清洗頭主軸以1400轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速帶動球軸承高速旋轉(zhuǎn),球軸承中的泥沙、異雜物很快被甩離出,清洗效率高,且干凈,省油,省時。
6.2.6 旋轉(zhuǎn)部件有關(guān)零件清洗
把旋轉(zhuǎn)軸、內(nèi)隔套、軸承內(nèi)圈并帽-螺絲套、減速齒輪支部件等依次在上述3個汽油盒中浸洗后,放在口朝上的盒蓋里面(半精洗盒、粗洗盒),晾干。
6.2.7 裝配、加油
按5.2.5節(jié)進行
6.2.8油質(zhì)
本系列儀器軸承油室加EccoLube ME18系列含油軸承潤滑油(??茲櫥?。最后裝上減速齒輪支部件。
6.2.9 清洗工藝衛(wèi)生
球軸承是精密儀表元件,制造精度很高,具有低而穩(wěn)定的摩阻力矩和高速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的特性,旋槳流速儀配用它,極大地提高了儀器性能。然而,它必須在潔凈的油浴中工作,任何污染都會影響其正常工作,直接關(guān)系到儀器性能,即測量精度,甚至工作壽命。因此,儀器使用中軸承油室不能進河水(沙),清洗、加油時,不能混入塵埃等異雜物。為此,清洗器具、儀表油、洗滌劑、清洗工作間、操作者等都要嚴(yán)格做好工藝衛(wèi)生,為防止手汗等污染,可用溫水(約40℃)洗手,加洗手液(肥皂)脫脂、去污,嚴(yán)防塵埃污染,有關(guān)清洗、加油用具應(yīng)置于廚中。球軸承清洗工藝要求極其嚴(yán)格,測站條件較差,建議測站配備清洗干凈、力矩值達標(biāo)的球軸承備件,更換十分方便,并可確保儀器性能。
6.3 檢測儀器靈敏度
儀器裝配后應(yīng)按5.2.5(3)要求檢測儀器靈敏度。
7 使用期限
(1)在正常使用情況下,每隔一年,或累計工作300h(按短的計),流速儀應(yīng)重新進行檢定。如儀器內(nèi)摩阻力矩M值測試達標(biāo),旋槳無損,重檢時間不超過二年。
(2)儀器按本說明書有關(guān)規(guī)定正常使用,服役期限10年。
(3)用戶從收到儀器之日起,一年內(nèi)在按說明書有關(guān)規(guī)定正常使用中,儀器因制造質(zhì)量不良而發(fā)生損壞或不能工作時,制造廠應(yīng)負(fù)責(zé)免費修理。
8 流速儀測流安裝
根據(jù)水文測驗場合的實際情況,LJ12系列流速儀配有多種安裝測量方式。
(1)水文測桿安裝測量,測桿有兩程規(guī)格(直徑×長度):CG16-1型為Φ16mm×1.6m,可拆卸成二節(jié);測桿均有分米刻度,可測量水深。
根據(jù)實際需要,測桿長度可另行加長。測量方式可在測橋、岸邊或涉水測量。儀器工作水深:下限為0.1m;上限視測桿長度而定,可另行訂購所需的長測桿。
(2)鉛魚頭部立柱安裝測量,LJ1-1A/C型儀器可配備鉛魚立柱懸掛轉(zhuǎn)軸部件安裝在鉛魚頭部立柱上進行測量,水深1~40m,流速0.5~7m/s,測量方式可在水文測船或水文纜道上測量。鉛魚重量50~700Kg。
(3在積時式懸移質(zhì)采樣器頭部立柱上安裝,配合測量懸移質(zhì)含沙量的同時,測量流速,以計算懸移質(zhì)輸沙率。
(4)CBL-1型泵站流速儀測桿安裝,測量中、小型泵站單機流量。
9 儀器全套設(shè)備
9.1 儀器本身
儀器主機(上裝有干簧管支部件) 1套
9.2 附件、備用件
(1) 干簧管管支部件 1套
(2) 彈簧墊圈ф4 1套
(3) 圓柱頭螺釘(M4×10mm ) 1件
(4) 各種“O”型橡膠圈 各2件
(ф16×2mm、ф10×ф1.5mm、ф6×ф1.5mm)
(5) 油瓶(內(nèi)裝含油軸承潤滑油 ) 1件
(6) 十字起子(2″) 1件
(7) 一字型鐘表起子(起子口0.2×1.4mm;長85mm) 1件
(8) 改針 1份
(9) 說明書 1份
(10) 檢定證書 1份
(11) 合格證 1份
(12) 儀器箱 1件
9.3 特殊零配件(用戶根據(jù)需要另購)
9.3.1 儀器零部件
(1) 儀器零件、部件、組件
(2) 球軸承(2000086MX、1000096MX)
(3) 易損件
9.3.2 測量安裝備品備件
CG16-1型測桿,ф16mm×1.6mm長(長度、根數(shù)可根據(jù)需要另行訂購)
9.3.3 檢測、清洗設(shè)備
(1) JBM12-2型旋槳流速儀靈敏度檢查儀(力矩儀)
(2) 球軸承半自動清洗機