一种泵用轴向力最大值测量装置及测量方法与流程

本发明涉及泵试验测量领域，尤其是一种泵用轴向力最大值测量装置。

背景技术：

泵是一种通用机械，广泛应用于农业、工业等领域。泵在运转过程中，作用在叶轮上的轴向力拉动叶轮轴向移动，可能造成叶轮与静止部件接触，导致泵零件损坏，不能正常工作，严重地影响了泵运行的可靠性和安全性，因此测量和减小轴向力是重要的设计研究过程。

产生轴向力的主要原因是前后盖板不对称，流体作用在后盖板压力大于前盖板，前、后盖板上的压力方向相反，因此产生指向叶轮吸入口的力。目前主要通过减小后泵腔中的流体压力达到减小轴向力的目的，比如平衡孔与密封环结构、平衡盘、背叶片等结构，这些结构减小轴向力的同时，可能会改变了泵的性能。

泵的轴向力是随着叶轮旋转而动态变化的，最大轴向力的瞬间破坏力最强，减小轴向力应该以其最大值作为设计参数。目前，减小轴向力结构的设计方法主要依赖于经验，主要是因为难以测量泵在运行时产生的最大轴向力，因而无法定量地进行设计。

在专利CN201410675511.3《一种潜液泵的轴向力测量装置》中，通过加装吊架和拉压传感器、加长传动轴等，实现了针对潜液泵的轴向力测量。不足之处是改动了传动轴，而且过长的悬臂轴容易失稳。

在专利CN201310067993.X《一种用于多级直联离心泵的轴向力测量装置及方法》中，通过在驱动电机上加装支架、力传导装置和测量装置，在电机尾部测量作用在叶轮上的轴向力。但是力传到装置上的轴承可能会把轴向力传递给底座，从而导致测量值小于实际值。

因此，本发明的目的是设计一种体积小、结构简单、能够准确测量最大轴向力的轴向力测量装置。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提供一种泵用轴向力最大值测量装置，在基本不改变泵的内流特性情况下，实现最大轴向力的测量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：一种泵用轴向力最大值测量装置，包括第一平面推力轴承，双层套筒，填料，弹簧，单层套筒和第二平面推力轴承；所述单层套筒的一端固定在第二平面推力轴承B端面上；所述单层套筒插入双层套筒；所述双层套筒内安装弹簧、埋入填料，弹簧两端分别与单层套筒端面和双层套筒内端面相接触；所述双层套筒的外层筒壁上上开设泄料孔，所述双层套筒的一端固定在第一平面推力轴承B端面上。

上述方案中，所述卸料孔的直径D₁的取值范围为[3mm,10mm]；相邻泄料孔（11）的轴距l₃的取值范围为[1.5,5]D₁；最底端的泄料孔位置应小于弹簧被完全压缩时的高度。

上述方案中，所述填料为在常温下具有可塑性且不溶于水的填料。

上述方案中，所述填料为蜡。

上述方案中，所述单层套筒和所述双层套筒间隙配合。

上述方案中，所述单层套筒的长度l₁大于所述双层套筒的长度l₂。

本发明还提供了一种利用上述泵用轴向力最大值测量装置进行测量的方法，包括如下步骤：S1：将第一平面推力轴承，双层套筒，单层套筒和第二平面推力轴承安装在泵轴上，叶轮螺母通过螺纹连接安装在泵轴的一端，并且叶轮螺母与第一推力球轴承A端面或第二推力球轴承A端面相抵S2：持续运行泵轴，然后取出所述一种泵用轴向力最大值测量装置，记录填料被挤出的深度；重新装好填料，在万能材料试验机上，压缩弹簧至上述深度，并读取轴向力最大值。

上述方案中，第一平面推力轴承A端面或第二平面推力轴承A端面与叶轮固定连接；所述单层套筒、双层套筒、第一平面推力轴承、第二平面推力轴承和单层套筒与泵轴的同轴度公差等级均控制在IT6-IT9范围内；与叶轮螺母相抵的第一平面推力轴承A端面或第二平面推力轴承A端面与轴为过盈配合；与叶轮固定连接的第一平面推力轴承A端面或第二平面推力轴承A端面与轴为间隙配合；所述第一平面推力轴承B端面或第二平面推力轴承B端面与泵轴间隙配合。

本发明的有益效果：本发明所述的一种泵用轴向力最大值测量装置，通过在轴上设置叶轮螺母、平面推力轴承、双层套筒、填料、弹簧、单层套筒，并将限定参数、零件之间的匹配关系。安装本装置时，一端与叶轮螺母相抵并与轴同速转动，另一端与叶轮焊接在一起并与轴同速转动，两个平面推力轴承的内端面与轴是间隙配合，不转动或者低速转动。泵在运行时，作用在叶轮上的轴向力推动叶轮向叶轮进口方向移动，压缩弹簧，填料从泄料孔挤出，挤出的填料随流体排到泵外。若轴向力达到最大值，弹簧压缩量最大，挤出的填料最多；若轴向力小于该最大值，则填料不再被挤出。运行一段时间后，取出所述一种泵用轴向力最大值测量装置，记录填料被挤出的深度；重新装好填料，在万能材料试验机上，压缩弹簧至上述深度，并读取轴向力最大值。

附图说明

图1为本发明所述一种泵用轴向力最大值测量装置的安装示意图。

图2为叶轮螺母。

图3为本发明所述泵用轴向力最大值测量装置的结构示意图。

图4为本发明所述双层套筒。

图中：1-一种泵用轴向力最大值测量装置，2-泵轴，3-叶轮，4-叶轮螺母，5-1-第一平面推力轴承A端面，5-2-第一平面推力轴承B端面，6-双层套筒,7-填料，8-弹簧，9-单层套筒，10-1-第二平面推力轴承A端面，10-2-第二平面推力轴承B端面，11-泄料孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图3和图4所示，一种泵用轴向力最大值测量装置，包括第一平面推力轴承，双层套筒6，填料7，弹簧8，单层套筒9，第二平面推力轴承；所述单层套筒9的一端焊接在第二平面推力轴承B端面10-2上；所述单层套筒9插入双层套筒6，单层套筒9长度l₁大于双层套筒6的长度l₂,满足l₁>l₂，两个套筒是间隙配合；所述双层套筒6内安装弹簧8、埋入填料7，弹簧（8）两端分别与单层套筒9端面和双层套筒6相接触；所述双层套筒6的一端焊接在第一平面推力轴承B端面5-2上；如图1和图2所示，叶轮螺母4通过螺纹连接安装在轴端，安装时在轴2时与第一平面推力轴承或第二平面推力轴承相抵；第二平面推力轴承A端面10-1或者第一平面推力轴承A端面5-1与叶轮3焊接；单层套筒9、双层套筒6、两个平面推力轴承与泵轴2的同轴度公差等级均控制在IT6-IT9范围内；与叶轮螺母4相抵的第二平面推力轴承A端面10-1或者5-1，与泵轴2为过盈配合；与叶轮3焊接的平面推力轴承端10-1或者第一平面推力轴承A端面5-1，与泵轴2为间隙配合；第一平面推力轴承B端面5-2和第二平面推力轴承B端面10-2，与泵轴2间隙配合；双层套筒6上开设泄料孔11，泄料孔11的直径D₁，取值范围为[3mm,10mm]；相邻泄料孔11的轴距l₃，取值范围为[1.5,5]D₁；最底端的泄料孔11位置应小于弹簧8被完全压缩时的高度，保证填料不妨碍弹簧被完全压缩；填料7在常温下具有可塑性、不溶于水，可采用蜡等；根据关醒凡所著《现代泵理论与设计》，估算叶轮所受到的轴向力F₁；对所述一种泵用轴向力最大值测量装置进行试验，在万能材料试验机上，测试弹簧8被完全压缩、填料7被挤出时的压力F₂，F₂应满足F₂=[2,4]F₁，若不满足，则换弹性系数更大的弹簧8进行试验，直到满足为止。

该装置使用流程如下：泵在运行时，作用在叶轮3上的轴向力推动叶轮3向叶轮进口方向移动，压缩弹簧8，填料7从泄料孔11挤出，挤出的填料7随流体排到泵外。若轴向力达到最大值，弹簧8压缩量最大，挤出的填料7最多；若轴向力小于该最大值，则填料7不再被挤出。运行一段时间后，取出所述一种泵用轴向力最大值测量装置，记录填料7被挤出的深度；重新装好填料，在万能材料试验机上，压缩弹簧8至上述深度，并读取轴向力最大值。

实施例1：以一台低比转数离心泵IS50-32-160为例，泵的设计流量为6.3m³/h，设计扬程8m，轴端直径d₁=20mm。由于轴长度限制，取单层套筒9长度l₁=15mm,双层套筒6长度l₂=12mm,满足l₁>l₂;设计泄料孔11的直径D₁=3mm,相邻泄料孔11的轴距l₃=4.5mm,从双层套筒6的底部开始布置一个泄料孔，然后间隔4.5mm再布置第二个泄料，圆周方向均布4列，总计8个泄料孔;填料7采用不溶于水的软蜡；平面推力轴承选用推力球轴承51204（GB/T301-1995），双层套筒6的一端焊接在第一平面推力轴承B端面5-2上；叶轮螺母4通过螺纹连接安装在轴端，与第一平面推力轴承A端面5-1相抵；第二平面推力轴承A端面10-1与叶轮3焊接；单层套筒9、双层套筒6、第一推力球轴承和第二推力球轴承与泵轴2的同轴度公差等级均为IT7；第一平面推力轴承A端面5-1端面与泵轴2是过盈配合，第一平面推力轴承B端面5-2、第二平面推力轴承A端面10-1，第二平面推力轴承B端面10-2与泵轴2是间隙配合。

根据关醒凡所著《现代泵理论与设计》第565页闭式叶轮轴向力计算公式，估算叶轮所受到的轴向力F₁=120N；选取弹簧8，弹性系数k=30N/mm;按照上述方法，制造出泵用轴向力最大值测量装置，并在万能材料试验机上测试，弹簧8被完全压缩后，F₂=290N=2.4F₁，满足设计要求；

将该装置安装到低比转数离心泵IS50-32-160上，运转半个小时候取出，测量填料7被挤出深度5.5mm。重新装填调料7，并在万能材料试验机上测试，得到最大轴向力182N。