广一水泵轴向力及径向力的产生原因
一、轴向力的产生原因
当广一管道泵工作时，液体将在其转于上产生一个很大的作用力，此作用力的方向与水泵转轴的轴心线平行，因此称为轴向力早在1915年就初步讨论了离心泵产生轴向力的原因。在1958年出版的专著中，则更为系统地介绍了单级、多级离心泵轴向力产生的原因、平衡轴向力的方法以及影响轴向力的因素。
轴向力的产生生要有几下几方面的原因：
1、当泵在正常运行时，叶轮吸入口处的压力为P1，叶轮背面的压力为P2,且P2>P1。因此沿着泵的轴向方向就会产生一个推力F1。
2、液体流经叶轮后，由于流动方向变化所产生的动反力F2。在多级离心泵中，流体通常由轴向流入叶轮，径向流出，流动方向的变化是由于液体受到叶轮的作用力，因此液体也反作用给叶轮一个大小相等、方向相反的力。
由于叶片上压力分布不对称而引起的轴向力F3。叶片IT作面压强大于叶片背面的压强，其所形成的压力差也将产生轴向力。
4、由于叶轮流道内的压力分布不对称而产生的轴向力F4。
5、对子立式泵而言，其内部的转子是有重力的，这会成为轴向力的组成部分；而对于卧式泵，这个轴向力是不存在的。
二、径向力的产生原因
由广一水泵叶轮产生的垂直于泵轴心线方向的力称做径向力。离心泵是具有蜗形压水室的泵，采用蜗形压出室的泵在最优工况时，蜗室各断面中的压力基本上是均匀的。离心泵的流量小于最优工况流暈时，蜗室中的液体流速减慢，而叶轮出液体的绝对速度大于最优工况时的绝对速度，此时也大于蜗室中的速度，从叶轮中流出的液体不断撞击着蜗室中的液体，使蜗食中的液体接受能量，蜗室中的液体压力便自隔舌开始向扩散管进口不断增加。当泵的流量大于最优工况流量时，与上述情况相反，从叶轮中流出的液体的绝对速度小于最优工况时的绝对速度，也小于蜗室中的液体流速，两种液体蜗室中撞击的结果，是蜗室中的液体要不断传出能量，以增加从叶轮中流出的液体的速度，这样，蜗室中的液体压力自隔舌至扩散管进口是逐渐降低的蜗室各断面中的压力不相等，液体作用于叶轮出口处的圆周面上的压力也各不相等于是在叶轮上就产生一个径向力。又因为叶轮周围液体压力分布的不均匀，破坏了叶轮中液体的轴对称流动，，压力大的地方液体自叶轮中流出得少.压力小的地方液体自叶轮中流出得多。由于沿叶轮的圆周液体流出的多少不一样，所以作用于叶轮圆周上的液体动反力也不。样，这又引起一个径向力。作用于叶轮上的径向力就是上述两个径向力的向量和。对子卧式泵来说，泵轴的自重也是产生径向力的因素之一。
三、轴向力测试的发展现状
现有的轴向力预测方法一般分为试验测量采用经验公式计算两种，广一水泵厂很多由经验法和理论计算法所得出的轴向力精度及适用性较差，对于重要用途的离心泵需要进行轴向力的实际测量，以保证正确设计轴向力平衡装置，选用合适的轴向推力轴承，防止轴向力平衡装置或轴承破坏引发的失效等故障。同时，通过测试还可以获取准确的轴向力数值，用来校正和修改经验计算公式及理论计算模型。综合国内外多种轴向力测试方法，可分为以下几类：
1、安装拉压力传感器
2010年，俄罗斯学者提出在测试轴向力时，可以将该测力仪安装在泵转子末端，直接测量轴向力，利用弹性元件及应变片产生的形变进行测量，其测试方法如下图所示。该方法结构简单，易于安装，但体积较大，不适合内部结构紧凑的水泵装置。
图1：安装拉压传感器法
2、液压测力机构
利用液压测力机构测试单级离心泵轴向力的装置,如图2所示，该装置由轴向力输出、轴向力输入、轴向力数值显示和砝码测力机构四部分组成。其基本原理是泵运行时，泵轴在轴向力与静态液压测力机构给予的相反方向力轴向力的作用下，达到轴向平衡，不产生轴向位移。由于该装置能够自动消除滑动摩擦力和静摩擦力的干扰，所以液压测力机构给予泵轴的反向轴向力正好等于泵腔内运动流体给予叶轮的轴向力。读出两个显示装置的压力差，就能得到轴向力的大小.还可以用静态液压测力机构和砝码测力机构互相酉己合测出轴向力，对比两套测力装置的测试结果。该方法可以在时一种工况下用两种方法同时测量，从而具有自校功能，准确性高，读取数据方便快捷，但装置体积较大，装配复杂。
图2：液压测力机构测试轴向力
3、直接粘贴应变片
在结构紧凑的广一管道泵上，由于轴向空间被机械密封占据，没有足够的空间给予安装测量装置，难以测定轴向力。用“多点应力法”测量多级离心泵轴向力和径向力，该方法是根据多级离心泵的受力特点，对离心泵后端轴承的支架进行测量，该支架的形状通常都为一定厚度的准半圓柱壳体，选取适当的截面粘贴应变片，读取测试值后，再计算轴承支架的惯性矩、金属截面积形心位置等几何特性，通过轴向力计算公式最终求得轴向力。该方法所占空间小，但计算复杂。
4、测力弹性元件
测量燃气轮压气机转子轴向力的传感器，当转子轴承腔内有一定的安装空间时，可以考虑在轴承的两侧安装传感器弹性元件，弹性元件设计为圆环形，其几何尺寸近似于转子推力轴承的外环的尺寸，分别将圆环形传感器安装在轴承的两端面，直接感受轴承外环轴向力。该方法结构简单，尺寸小，实时性好，但测量结果易受到环境干扰。
5、弹簧秤测量装置
以弹簧秤为测力核心，轴承座与定子固定，轴承套与右轴承座为间隙配合，安装在轴承套内的零件可随转子一起作轴向位移，压盖与测力拉杆连接，利用杠杆原理，通过弹簧枰进行轴向力测量。当广一水泵运转时，叶轮转子体在轴向力的作用下偏向一端，用外力拉动转子居中，此拉力与轴向力相等，测力机构测得的拉力即为轴向力。该方法原理简单易懂，但测试精度不高，数据不能即时与微机数据处理系统相连接，不能实现实时的数据采集。
6、电涡流效应测量裝置
可以使用电祸流式测力仪来测量主轴回转精度,当被测对象的尺寸、位移等参数发生改变时，会引起测力仪感应线圈电感、阻抗等特性发生变化，并具备特定对应关系。如果上述参数中的某一个发生改变，即可用来实现各类测试。测量时，在主轴的轴线平行方向安装这个电涡流式测力仪，当有轴向力产生时，主轴产生位移，使主轴末端与涡流式测力仪线圈之间的距离发生变化，与侧向测力伩配合，将位移量转化为电信号，经放大、滤波、A/D转化等处理转化为数字信号，再经计算机处理即可得到使主轴产生此位移量的轴向力大小，该方法可结合计算机处理数据，实时性好，抗干扰能力强，但不适于内部结构紧凑的机械装置。除了以上介绍的方式外，广一水泵厂还有利用即应变计填埋法，轴向电磁力，等离子电弧力等方法测量轴向力。