[发明专利]一种基于表面激流旋转平衡仪

权利要求书

1.一种基于表面激流旋转平衡仪，其特征在于：它包含上部结构和下部结构；

其中，上部结构包含调整锥固定螺栓（1）、绕线手柄（2）、绕线支撑环（4）、绕线上支架（5）、绕线盘线轴（6）、绕线下支架（7）、下部挡板（8）、接线耳（9）、固定螺栓柔性钢丝接线耳（11）、绕线支撑轴承（12）、上部挡板（15）、绕线上轴承（16）、绕线中心轴（17）、绕线下轴承（18）；调整锥固定螺栓（1）的底部固定有固定螺栓柔性钢丝接线耳（11），调整锥固定螺栓（1）穿设固定在绕线手柄（2）的顶壁，绕线手柄（2）为空心结构，其设置于绕线支撑环（4）中，绕线支撑环（4）内嵌设有绕线支撑轴承（12），绕线支撑轴承（12）中开设有穿线孔（3）；绕线支撑环（4）的底表面等角度连接有数个绕线上支架（5），每个绕线上支架（5）的下端均连接有绕线下支架（7）；上述绕线手柄（2）的下端固定有绕线盘线轴（6），绕线盘线轴（6）的下端外壁固定有接线耳（9），绕线中心轴（17）的上下两端分别利用绕线上轴承（16）、绕线下轴承（18）旋接在绕线盘线轴（6）内部；绕线盘线轴（6）的上下两端分别固定有上部挡板（15）和下部挡板（8）；

上述下部结构包含平衡叶片（10）、叶形平衡器（19）、叶形平衡器连接杆（20）、平衡仪空腔（21）、外侧内嵌叶片（22）、平衡球（23）、调整锥（24）、调整锥柔性钢丝接线耳（25）、镂空支架（26）、调整锥柔性钢丝（27）；每个绕线下支架（7）的下端均固定有平衡叶片（10），若干个平衡叶片（10）等角度固定在平衡仪空腔（21）的顶壁，平衡仪空腔（21）由顶部的正向锥形空腔结构（21-1）、中部的圆柱形空腔结构（21-2）和下部的倒锥形空腔结构（21-3）构成；圆柱形空腔结构（21-2）的上下两端分别一体成型有正向锥形空腔结构（21-1）、倒锥形空腔结构（21-3）；正向锥形空腔结构（21-1）的顶壁开设有通过孔（28），该通过孔（28）与绕线中心轴（17）以及绕线手柄（2）均贯通设置，其中绕线中心轴（17）的下端固定在正向锥形空腔结构（21-1）的顶壁，正向锥形空腔结构（21-1）的底边缘固定有镂空支架（26），且镂空支架（26）设置于圆柱形空腔结构（21-2）内，上述调整锥（24）悬设于圆柱形空腔结构（21-2）内，且其顶壁上固定有调整锥柔性钢丝接线耳（25），上述平衡球（23）活动设置于倒锥形空腔结构（21-3）内，上述调整锥柔性钢丝（27）的下端连接固定在调整锥柔性钢丝接线耳（25）上，调整锥柔性钢丝（27）的上端依次穿过镂空支架（26）、通过孔（28）、绕线中心轴（17）以及绕线手柄的底壁后，固定在固定螺栓柔性钢丝接线耳（11）上；所述的叶形平衡器（19）利用若干个叶形平衡器连接杆（20）套设并固定在圆柱形空腔结构（21-2）的外壁上；平衡仪空腔（21）的外环壁上圆周等角度设置有若干个外侧内嵌叶片（22），若干个外侧内嵌叶片（22）之间呈非交叉式结构设置，且位于圆柱形空腔结构（21-2）和倒锥形空腔结构（21-3）上的同一个外侧内嵌叶片（22）相贯通设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于表面激流旋转平衡仪，其特征在于：所述的绕线手柄（2）的上端外环壁圆周等角度开设有螺纹槽（13）。

3.根据权利要求1所述的一种基于表面激流旋转平衡仪，其特征在于：所述的正向锥形空腔结构（21-1）的上端与绕线中心轴（17）的连接处填设有密封胶（14）。

4.根据权利要求1所述的一种基于表面激流旋转平衡仪，其特征在于：的工作原理：

水中调整放置方向及平衡：

平衡仪放置于水中后，由于平衡仪空腔（21）、叶形平衡器（19）和外侧内嵌叶片（22）相结合，在浮力作用下自动漂浮于水面，由于平衡仪空腔（21）顶部为正向锥形构造、下部是倒锥形设计、侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球（23）处于运动状态，在平衡仪空腔（21）内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在空腔下部的倒锥体底部，平衡球（23）和平衡仪空腔（21）的构造共同完成平衡仪自动调整在水面的位置调整；同时，由于平衡仪整体呈轴对称设置，叶形平衡器（19）外侧的边界在平衡仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶形面产生向上的推力，向上的叶形面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的压力，加之向上的推力和向下的压力作用线不过平衡仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下平衡仪倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为平衡仪空腔（21）中的平衡球（23）向下运动创造条件，进而加快了平衡仪在水中放置位置的调整，即平衡仪空腔（21）的构造、平衡球（23）的运动规律和叶形平衡器（19）促进平衡仪位置调整，最终平衡球（23）停留在平衡仪空腔（21）中倒锥形空腔结构（21-3）的底部，平衡仪的结构设计保持了平衡仪在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器（19）与圆柱形空腔结构（21-2）外侧连接，当平衡仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器（19）以下的结构全部浸入流体中，增强了平衡仪整体的平衡性；

水流对外侧内嵌叶片（22）作用，产生旋转和浮力：

流体对外侧内嵌叶片（22）的作用，其水平分力F3通过对外侧内嵌叶片（22）的作用，产生与平衡仪相切的旋转力矩，对平衡仪产生旋转的机械能使平衡仪在水面上旋转，其向上分力F4与沿平衡仪放置方向相同且与外侧内嵌叶片（22）相切产生浮力，与平衡仪空腔（21）、叶形平衡器（19）配合提升平衡仪漂浮性能；外侧内嵌叶片（22）在平衡仪空腔（21）的外侧体型的变化规律，使平衡仪在流体作用下旋转时更加平稳；

水中旋转绕线：

在水流作用下，外侧内嵌叶片（22）获得旋转力矩，平衡仪空腔（21）的外部结构形成旋转运动，由于平衡仪整体为轴对称设计，其旋转受到外侧内嵌叶片（22）的位置和大小、平衡仪的尺寸、叶形平衡器（19）和平衡球（23）的几何空间布置及其尺寸关系因素影响，旋转的平衡仪中调整锥（24）由于惯性的作用与旋转的平衡仪存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由穿线孔（3）向下引出，并绑设在接线耳（9）上，再该平衡仪置于水中，其漂浮于水面，水流对外侧内嵌叶片（22）具有冲击力，从而对外侧内嵌叶片（22）具有一定的施力，外侧内嵌叶片（22）受力之后，带动平衡仪空腔（21）旋转，在平衡仪空腔（21）内部的平衡球（23）以及位于圆柱形空腔结构（21-2）外侧的为环形结构的叶形平衡器（19）共同作用下，使得平衡仪在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄（2）、绕线盘线轴（6）、上部挡板（15）、下部挡板（8）以及接线耳（9）均保持不动，平衡仪空腔（21）旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴（6）上，通过调整锥柔性钢丝（27）来调整调整锥（24）的高度，用来调整整个平衡仪位于水中的下沉量；调整锥的角速度与平衡仪的角速度不相等时，产生绕线功能；

激流表面实现平衡仪旋转平衡：

当平衡仪在水中调整放置方向及平衡后，当平衡仪在遭遇激荡水流时，平衡仪受到激流的冲击，由于平衡仪整体为轴对称设计、顶部的正向锥形空腔结构（21-1）、平衡叶片（10）均匀圆周分布在正向锥形空腔结构（21-1）外侧，当激流冲击平衡仪时，正向锥形空腔结构（21-1）和平衡叶片（10）四周所受的冲击力相互平衡，使平衡仪保持旋转平衡。