现有的轴力预测方法一般分为实验测量和经验公式计算两种。水泵厂很多轴向力是通过经验方法和理论计算方法得到的,准确性和适用性较差。对于有重要应用的离心泵,需要进行轴向力的实测,以保证轴向力平衡装置的正确设计和合适的轴向推力轴承的选择,从而防止轴向力平衡装置失效或轴承损坏。同时,通过试验可以获得准确的轴力值,用于修正和修改经验计算公式和理论计算模型。基于国内外多种轴力测试方法,可分为以下几类:
1.安装张力压力传感器。
年,俄罗斯学者提出,在测试轴向力时,可以在泵转子端部安装测力计直接测量轴向力,利用弹性元件和应变片引起的变形来测量轴向力。测试方法如下图所示。这种方法结构简单,安装方便,但体积大,不适用于内部结构紧凑的水泵装置。
2.液压测力机构
如图2所示,利用液压测力机构测试单级离心泵轴向力的装置由轴向力输出、轴向力输入、轴向力数字显示和重力测力机构四部分组成。其基本原理是:泵运行时,泵轴的轴向力与静液压力测量机构给出的相反方向的轴向力可以达到轴向平衡,不会产生轴向位移。由于该装置能自动消除滑动摩擦和静摩擦的干扰,液压测力机构给泵轴的反向轴向力正好等于泵腔内运动流体给叶轮的轴向力。轴向力可以通过读取两个显示装置之间的压力差来获得。静态液压测力机构和重力测力机构可用于轴向力的测量,两种测力装置的测试结果可以进行比较。这种方法可以在一个工况下同时用两种方法测量,具有自校准功能,精度高,数据读取方便快捷,但装置体积大,组装复杂。
3.直接粘贴应变片。
在结构紧凑的泵上,由于轴向空间被机械密封占据,没有足够的空间安装测量装置,因此很难测量轴向力。采用多点应力法测量多级离心泵的轴向力和径向力。该方法根据多级离心泵的受力特点,测量离心泵后端轴承的支撑。支架的形状通常是具有一定厚度的准半圆柱形壳体。选择合适的截面并粘贴应变仪。读取测试值后,计算出轴承支架的惯性矩、金属截面质心位置等几何特性,再通过轴力计算公式计算出轴力。这种方法占用空间小,但计算复杂。
4.测力弹性元件
当测量燃气轮机压气机转子轴向力的传感器的转子轴承腔内有一定的安装空间时,可以考虑将传感器弹性元件安装在轴承的两侧。弹性元件设计成圆形,其几何尺寸类似于转子推力轴承外圈的几何尺寸。环形传感器分别安装在轴承两端,直接感受轴承外圈的轴向力。该方法结构简单、体积小、实时性好,但测量结果易受环境干扰。
5.弹簧秤的测量装置
弹簧秤是测力的核心,轴承座与定子固定,轴承套与右轴承座间隙配合。安装在轴承套内的零件可随转子轴向移动,压盖与测力杆连接。利用杠杆原理,通过弹簧杵测量轴向力。水泵运行时,叶轮转子体在轴向力的作用下偏向一端,转子被外力拉向中间。这个拉力等于轴向力,测力机构测得的拉力就是轴向力。这种方法原理简单易懂,但测量精度不高,数据不能立即与微机数据处理系统连接,无法实现实时数据采集。
6.涡流效应测量装置
涡流测功机可用于测量主轴旋转精度。当被测物体的尺寸、位移等参数发生变化时,测功机感应线圈的电感、阻抗等特性都会发生变化,并且存在特定的对应关系。如果上述参数中有一个发生变化,就可以用来实现各种测试。测量时,涡流测功机安装在平行于主轴轴线的方向。当产生轴向力时,主轴会发生位移,从而改变主轴端部与电涡流测功机线圈之间的距离。在侧向测力计的配合下,位移将被转换成电信号,电信号经过放大、滤波、A/D转换等处理,转换成数字信号。,然后通过计算机处理得到导致主轴产生这个位移的轴向力。这种方法可以结合使用。除上述方法外,泵厂还采用应变片填埋法、轴向电磁力、等离子弧力等方法测量轴向力。