軸向力

軸向力（axial force）是指作用引起的結構或構件某一正截面上的反向拉力或壓力，當反向拉力位於截面形心時，稱軸心力。

基本介紹

• 中文名：軸向力
• 外文名：axial force
• 類型：名詞
• 領域：物理
• 別稱：軸心力
• 力的位置：反向拉力位於截面形心

簡介

它可以與地球引力相抗衡，也就是說，它能使這個物體更加平穩。陀螺、腳踏車就是靠這個原理而運動的。當他向一個方向傾斜時，這種平衡將會被打破，所以就會產生一個像這個方向的力。傾斜的角度越大，這個力就會越大。德國納粹在二戰時研製的飛碟就是利用這個基本原理起飛和改變方向的。

軸向力舉例

所說的軸向力是慣性力，物體在轉動時由於存在角速度則會產生一個向心加速度，一般的物體在做轉動時都存在一個瞬時軸，可以把這個物體看作是在繞瞬時軸作定軸轉動，從而向心加速度指向瞬時軸。而慣性力的方向正好與向心加速度方向相反，這就是所說的軸向力。

一般慣性力的大小與物體的角速度，質量，形狀，以及質心等等都有關係，並不是簡單的就可以用一個公式解答的。一般質點在繞定軸旋轉時，向心力F=m*w^2*r，m是質點的質量，w是旋轉角速度，r是旋轉半徑。如果是剛體的定軸轉動，產生慣性力，這屬於靜平衡和動平衡。

水泵軸向力的產生原因

水泵軸向力是伴隨水泵轉動時產生的，對於軸向力的產生原因，古往今來有很多學者對此進行了研究，以提高水泵安全可靠運行的能力。研究表明，水泵軸向力的產生原因分為以下幾個方面：

（1）水泵葉輪前後液體壓力不平衡。當水泵工作起來時，葉輪帶動液體轉動，在這個過程中，液體經過轉動機械的葉輪前後，作用在葉輪吸入口與作用在葉輪背面的液體面積不相等。同時轉動機械的葉輪吸入口部位是低壓，背部是高壓，這樣由於葉輪前後的氣壓不同，會在葉輪的前輪蓋和後輪盤之間形成壓差，作用於前蓋板與後蓋板上的液體壓力不能互相平衡，產生一個軸向的力。

（2）液體動量的軸向分量發生改變。通過液體從葉輪吸入口處流入，從葉輪出口處流出這個過程，在液體軸向力方向上的動量分量會發生變化，原因是作用在葉輪前後的液體，其速度的大小不僅發生改變，速度的方向也有很大變化。根據動量定理分析得出，液體經過葉輪的過程中，由於液體動量在軸向分量上的改變，在軸向方向產生一個衝力，也稱動反力。

（3）不同的泵體，軸向力的產生原因也不同。立式泵內部轉子的本身重量，在水泵運行過程中也會成為軸向力的一部分；臥式泵內部的轉子重力則不會對水泵產生軸向力。

多年的實踐表明，水泵軸向力的平衡問題已成為水泵能否普遍套用的關鍵所在。無論在水泵的結構設計上，還是實際套用中，必須要儘可能的平衡軸向力，為水泵的可靠運行提供保障。平衡水泵軸向力的裝置是根據軸向力的大小進行設計的，大部分的軸向力被平衡裝置平衡掉，還有小部分的軸向力由水泵內部的止推軸承等機械裝置承受，這樣軸向力的作用被消除，就不會對水泵的安全運行產生威脅。

禁止泵軸向力平衡新方法

禁止泵作為一種無軸封、絕對無泄漏，結構緊湊、體積小、重量輕，無冷卻風扇、噪聲較低的離心泵，廣泛套用於石油化工、航空航天、國防軍工、環保等重要領域，用來輸送易燃、易爆、易揮發、腐蝕性、劇毒、貴重等介質。但由於其自身的特點，禁止泵的軸向力平衡成為影響禁止泵使用壽命和效率的關鍵因素。實踐表明，禁止泵的失效很多是由於軸向力太大、未能很好平衡造成了石墨軸承損壞。因此，進行禁止泵軸向力平衡新方法的研究，儘可能減少或者消除軸向力的破壞顯得尤為重要。

通過禁止泵軸向力的特點分析，設計了一個副葉輪帶動冷卻液在冷卻迴路中循環流動，並產生一個與主葉輪產生的軸向力及轉子重力等合力大小相等，方向相反的軸向力，平衡方法具有創新性，設計合理、可行。同時，在不需外加動力情況下，增加的副葉輪帶動冷卻循環液體工作，達到了很好冷卻效果，實現系統節能。運用該方法平衡禁止泵軸向力，殘餘軸向力的計算結果與試驗測量結果基本一致，並均小於製造廠的規定值，能基本消除殘餘的軸向力，使軸承的負荷減小，延長了軸承使用壽命，實現了禁止泵的安全可靠運行。該平衡方法可靠，計算過程正確，具有重要的參考與套用價值。

結語

（1）數值模擬可以較為準確地預測深井離心泵的性能及軸向力，在工作流量區間可以提供較為可靠的參考數據，但數值模擬預測值在偏離泵的工作流量區間時誤差相對較大。

（2）在進行軸向力測量時，應在試運行一段時間後再將數值歸零，從而使所有轉子的重量都落在電動機軸上，保證所測數值為葉輪旋轉時所受軸向力的大小。

（3）前、後蓋板上的軸向力分量是葉輪軸向力的主要組成部分，減小後蓋板直徑可以有效地平衡部分軸向力。

（4）深井離心泵的軸向力隨流量的增加逐漸減小，在實際套用中應儘量避免泵長時間在小流量下運行。