泵的应用十分广泛,发挥着巨大的作用。在泵类机械中,轴向力问题是泵设计、运行中必须考虑的因素。从大量的文献资料中不难发现,现有的轴向力平衡装置的应用范围和平衡能力都受到一定程度的限制,而且轴向力计算公式方面的研究也一直是泵设计中的薄弱环节。本文跟踪水泵行业这一难点和热点问题,对浮动叶轮自动平衡轴向力装置进行了理论研究,通过简化的Navier-Stokes方程,尝试求解出速度分布和压力分布,为浮动叶轮在工程上的广泛应用提供的理论依据。首先,从轴向力产生的原因、研究轴向力常用方法、平衡轴向力常用方法、轴向力的计算四方面阐述了国内外轴向力研究现状。研究表明:对泵腔内液体压力分布的理论研究还不够深入,轴向力计算公式较多,按照不同的计算公式算出的轴向力的值有时相差很大,这给设计者造成了困惑。在上述研究的基础上,提出了本文的主要研究内容。其次,介绍了近几年平衡装置的研究进展情况。如在叶轮后盖板上设有平衡孔、多级泵中采用叶轮对称布置、平衡盘、平衡鼓、平衡盘和平衡鼓联合作用等方法。这些方法是基于对背叶片、平衡盘、平衡鼓的改进,针对某种类型的泵,这些装置确实起到了良好的平衡作用。再次,开展了浮动叶轮自动平衡轴向力的理论研究。针对平衡腔体直径方向长轴向方向短的特点,建立了平衡腔内液体流动模型,利用量次对比法得出简化的Navier-Stokes方程,求解出了平衡腔内压力沿半径的关系式,其压力分布为一条对数函数。为轴向力的计算提供理论依据。以3BA-6单级单吸离心泵为研究对象,通过对平衡腔内压力的定量分析得出:平衡腔内压力p的变化是实现浮动叶轮自动调节的关键技术之一,影响压力变化的主要因素是叶轮平衡孔总面积与后密封环间隙d₁的面积的比值k;当k≥2时,平衡腔内压力p变化平坦。因此在轴向力计算时,可认为平衡腔内压力p不变,且平衡腔内压力p为水泵相应工况下的扬程的5～10%。该结论对浮动叶轮自动平衡离心泵轴向力结构设计有重要的指导意义。最后,针对3BA-6单级单吸离心泵平衡腔内压力进行了测量,在前后密封环直径相等,后密封环直径加大等两种条件下,获得了在平衡孔直径不同时,平衡腔内压力随流量的变化规律。依据试验数据,对相似平衡腔体内的压力进行了分析;为了便于分析相似平衡腔体内压力,采用了压力系数和比面积两个无因次特征参数。解决了相似平衡腔体内的压力的计算问题,其结论具有较高的实用价值。