CN111810410B - 一种具有轴向力平衡装置的多级离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有新型轴向力平衡装置的多级离心泵，包括锥形体、锥形套、电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及PLC，锥形体和锥形套为轴向力的水力平衡元件；电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及调压管为轴向力的测控元件；锥形体与锥形套将高压腔与调压腔隔离开来，调压管将低压腔和调压腔连接起来。本发明所述新型轴向力平衡装置以两级调节的方式平衡轴向力，锥形体和锥形套的水力平衡为一级平衡，电动调压阀、电涡流位移传感器、应变式测力传感器及PLC的调控为二级平衡。本发明可完全平衡轴向力，安全可靠，耐磨损，寿命高，没有残余轴向力，在额定工况及非额定工况均能可靠工作。

Description

一种具有轴向力平衡装置的多级离心泵

技术领域

本发明涉及水泵领域，特别是涉及一种具有新型轴向力平衡装置的多级离心泵。

背景技术

多级泵由于其能产生比单级泵更高的压力，因而在电力、化工、钢铁、矿山等行业得到了广泛的应用。

多级泵由于其工作原理，泵转子会产生很大的轴向力。叶轮吸入侧和另一侧的压力分布不同，吸入口为低压区，而另一侧对应的面积为高压区，就会产生一个压力差，这样每级叶轮都受到一个与液体吸入方向相反的作用力，所有叶轮的合力就是多级泵的轴向力。太大的轴向力会对泵的轴承产生很大的影响，轴承由于载荷增加，温度升高，磨损严重，大大缩短了轴承寿命。由于多级泵的轴向力很大，所以要采取措施平衡轴向力。多级泵平衡轴向力有两种方式：平衡鼓平衡法和平衡盘平衡法。然而，现有技术的平衡鼓平衡法和平衡盘平衡法存在着诸多缺陷：平衡盘平衡法和平衡鼓平衡法要求在泵设计之初要计算泵在额定工况的轴向力的大小，这主要凭经验法计算，结果往往不太准确，另外更不能获得泵在非额定工况下的轴向力；平衡鼓平衡法从原理上来讲不能完全平衡轴向力，同时平衡鼓易于磨损，致使平衡效果进一步下降，较大的残余轴向力会严重影响轴承的工作寿命；平衡盘平衡法由于对工作间隙特别敏感，在开机或停机时会产生很大的轴向冲击，另外，平衡盘在磨蚀性介质中磨损后平衡效果急剧下降；现有技术的平衡盘平衡法和平衡鼓平衡法在非额定工况下的表现均不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有新型轴向力平衡装置的多级离心泵，可以很好解决现有技术的轴向力平衡方法存在的易于磨损、轴向冲击、残余轴向力很大等诸多缺陷；同时本发明提供一种新型轴向力平衡装置的设计方法，克服了现有技术设计不够准确以及过分依赖个人经验的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种具有新型轴向力平衡装置的多级离心泵，包括锥形体、锥形套、电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及PLC，所述锥形体和锥形套为轴向力的水力平衡元件；所述电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及调压管为轴向力的测控元件；所述锥形体具有一个圆锥形外表面，所述锥形套具有一个圆锥形内表面，且两者的锥角相等，两表面之间保持一定的运转间隙；所述锥形体通过键与泵轴连接，所述锥形套固定于出口段的高压腔的右侧，所述锥形体设置于锥形套的圆锥形内孔中且与锥形套同轴布置，所述锥形体与锥形套将高压腔与调压腔隔离开来；所述电动调压阀设置于调压管中部，所述调压管将低压腔和调压腔连接起来；所述应变式测力传感器设置于第一轴承压盖的端面与滚动轴承的外圈端面之间，用于变送滚动轴承的轴向推力的电信号；所述电涡流位移传感器通过螺纹固定于第四轴承压盖，用于探测泵轴的轴向位移，所述电涡流位移传感器的端面与泵轴右端面保持一定的间隙；当所述滚动轴承的外圈左端面紧贴应变式测力传感器时，所述滚动轴承的外圈右端面与第二轴承压盖的端面之间保持0.5～0.6mm的间隙，所述电涡流位移传感器的端面与泵轴右端面之间的间隙比上述间隙大0.2mm，所述锥形体与锥形套的锥面之间的间隙为0.05～0.1mm，所述圆柱滚子轴承的外圈左右端面分别与第三轴承压盖的右端面及第四轴承压盖的左端面正好接触；所述泵轴、锥形体、多个叶轮、第一轴套、第二轴套、两对圆螺母、滚动轴承及圆柱滚子轴承的旋转部分构成了转子部件，所述转子部件在产生轴向位移时，除了滚动轴承及圆柱滚子轴承外，其余转动部分均不会接触到任何静止零件的表面；所述应变式测力传感器将转子部件的轴向推力转换为模拟量通过第一信号线传送给PLC的模拟量输入口，所述电涡流位移传感器将泵轴的位移转换为模拟量通过第二信号线传送给PLC的模拟量输入口；所述PLC根据输入的模拟量通过计算，将电动调压阀所需求的开度变化量转换为脉冲量，通过第三信号线传送给电动调压阀的伺服电机控制器，以驱动伺服电机调节电动调压阀的开度。

作为本发明的进一步改进，所述锥形体和锥形套的锥形表面的锥角为30°～45°，且两者锥角相等，锥形表面的尺寸公差与形位公差高于6级；所述锥形体和锥形套的锥形表面均喷涂耐磨的碳化钨材料以提高表面的耐磨性；所述锥形体和锥形套的锥形表面均开有数个宽1mm深1mm的环形槽，且两组环形槽错位布置；在一定工况下，所述锥形体和锥形套可构成一对摩擦副。

作为本发明的进一步改进，所述电涡流位移传感器通过螺纹固定于第四轴承压盖，可以调整其端面与泵轴端面之间的间隙；所述电涡流位移传感器的量程为0～1mm。

作为本发明的进一步改进，所述电动调压阀的控制信号为PLC发出的脉冲量，电动调压阀的开度变化量和脉冲总数量成正比，电动调压阀的开度变化速度和单位时间的脉冲数成正比，所述电动调压阀为线性压力调节；所述PLC包括一个脉冲输出口。

作为本发明的进一步改进，还包括从左至右依次排列布置的前轴承架、吸入段、多个径向导叶、多个中段、出口段、后盖和后轴承架；所述中段和径向导叶为分别进行铸造，分别进行粗加工，然后把两者焊接在一起，最后进行精加工；所述吸入段包括一个与入口连通的环形低压腔，所述出口段包括一个与出口连通的环形高压腔；所述出口段、后盖、第二轴套、锥形体和锥形套围成了调压腔，所述调压腔通过调压管和电动调压阀与低压腔连通；所述调压腔通过运转间隙与高压腔连通。

作为本发明的进一步改进，所述调压管的最大管道压力损失不大于高压腔与低压腔压差的1％。

作为本发明的进一步改进，所述滚动轴承的外圈与前轴承架的内孔采用较松的过渡配合，所述前轴承架的内孔的尺寸公差等级为H8，以便所述滚动轴承在轴向力作用下可以在前轴承架的内孔自由地沿轴向滑动。

作为本发明的进一步改进，所述应变式测力传感器有2件，以旋转轴线上下对称布置，2件应变式测力传感器所测的轴向推力的数值由PLC取其平均值作为最终数据。

本发明还提供了一种新型轴向力平衡装置的设计方法，包括以下步骤：

(1)确定初始参数：

已知流量Q和杨程H，取低压腔的总压为0，

则低压腔的静压P1为：P1＝0-0.5ρV12＝-0.5ρV12

则高压腔的静压P2为：P2＝ρgH-0.5ρV22

取调压腔的静压P3＝0.1ρgH(通过调整电动调压阀的开度可以实现)

其中，V1和V2分别为低压腔和高压腔的平均流速，ρ为介质密度。

(2)确定轴向力：使用SOLIDWORKS软件建立多级离心泵的3D模型(不包含锥形体与锥形套)，以P1、P2、P3、ρ等为基本参数，设定有关边界条件，通过CFX流场分析软件获得泵转子的水力轴向力Fz。

(3)预定锥形体的尺寸：

取锥形体小径：

取锥形体锥角：Y＝30°～45°

取锥形体的有效厚度：L＝0.4d₃

则锥形体大径：d₄＝d₃+2tg(0.5Y)L

取锥形体与锥形套之间的运转间隙：d＝0.1～0.2mm

锥形套的锥角、有效厚度同锥形体，则可以计算出锥形套的大径和小径

锥形体与锥形套的其它尺寸通过结构设计确定

(4)根据步骤(3)所确定的尺寸，使用SOLIDWORKS软件建立多级离心泵的3D模型(包含锥形体与锥形套)，以P1、P2、P3、ρ等为基本参数，设定有关边界条件，通过CFX流场分析软件获得泵转子的残余水力轴向力Fz1。

(5)判断Fz1是否满足预期的残余水力轴向力值的条件：如果Fz1小于预期值，则满足条件，表示设计完成；如果Fz1大于或等于预期值，则需要根据实际表现，调整有关锥形体与锥形套的尺寸，重新建立多级离心泵的3D模型(包含锥形体与锥形套)，再次使用CFX进行分析，直至Fz1满足条件。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1.可完全平衡轴向力，安全可靠：可通过锥形体和锥形套的间隙的改变和电动调压阀开度的变化来自动平衡轴向力，没有残余轴向力。

2.在额定工况及非额定工况均能可靠工作：由于同时采用锥形体和锥形套的水力平衡及电动调压阀、电涡流位移传感器和应变式测力传感器的自控调节两套措施，使得平衡装置的工作域很宽，在额定工况及非额定工况均能可靠工作。

3.耐磨损，寿命高：由于锥形体和锥形套的锥形表面均喷涂有耐磨损的碳化钨，并且设置有数道环形槽，可以将细小颗粒冲入环形槽，避免磨损锥形体和锥形套的锥形表面。

4.平衡装置的设计方法借助计算机仿真辅助，设计精度高，简单实用，克服了传统技术过分依赖个人经验及结果不够准确的缺陷。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明的主视剖面图。

图2为本发明的俯视图。

图3为图1的A部分局部放大图。

图4为图1的B部分局部放大图。

图5为锥形体和锥形套的设计结构图。

图中：1、第一轴承压盖，2、应变式测力传感器，3、滚动轴承，4、第二轴承压盖，5、吸入段，6、调压管，7、电动调压阀，8、出口段，9、后盖，10、第三轴承压盖，11、圆柱滚子轴承，12、第四轴承压盖，13、电涡流位移传感器，14、锥形体，15、锥形套，16、中段，17、径向导叶，18、叶轮，19、泵轴，20、第一轴套，21、圆螺母，22、第二轴套，23、前轴承架，24、后轴承架，25、键，26、第一信号线，27、第二信号线，28、第三信号线，29、PLC，100、低压腔，200、调压腔，300、高压腔，400、运转间隙，500、出口，600、入口，700、圆锥形外表面，800、圆锥形内表面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图5所示，本发明提供一种具有新型轴向力平衡装置的多级离心泵，包括锥形体14、锥形套15、电动调压阀7、应变式测力传感器2、电涡流位移传感器13及PLC29，锥形体14和锥形套15为轴向力的水力平衡元件，电动调压阀7、应变式测力传感器2、电涡流位移传感器13及调压管6为轴向力的测控元件。锥形体14具有一个圆锥形外表面700，锥形套15具有一个圆锥形内表面800，且两者的锥角相等，两表面之间保持一定的运转间隙400。锥形体14通过键25与泵轴19连接，锥形套15固定于出口段8的高压腔300的右侧，锥形体14设置于锥形套15的圆锥形内孔中且与锥形套15同轴布置，锥形体14与锥形套15将高压腔300与调压腔200隔离开来。电动调压阀7设置于调压管6中部，调压管6将低压腔100和调压腔200连接起来。电动调压阀7的作用是通过调节开度来改变流阻，从而调节调压腔200的压力。应变式测力传感器2设置于第一轴承压盖1的端面与滚动轴承3的外圈端面之间，用于变送滚动轴承3的轴向推力的电信号。电涡流位移传感器13通过螺纹固定于第四轴承压盖12，和泵轴19共轴线，用于探测泵轴19的轴向位移，电涡流位移传感器13的端面与泵轴19右端面保持一定的间隙d2。当滚动轴承3的外圈左端面紧贴应变式测力传感器2时，滚动轴承3的外圈右端面与第二轴承压盖4的端面之间的间隙d1保持0.5～0.6mm，电涡流位移传感器13的端面与泵轴19右端面之间的间隙d2比上述间隙d1大0.2mm，锥形体14与锥形套15的锥面之间的间隙d为0.05～0.1mm，圆柱滚子轴承11的外圈左右端面分别与第三轴承压盖10的右端面及第四轴承压盖12的左端面正好接触。泵轴19、锥形体14、多个叶轮18、第一轴套20、第二轴套22、两对圆螺母21、滚动轴承3及圆柱滚子轴承11的旋转部分构成了转子部件，转子部件在产生轴向位移时，除了滚动轴承3及圆柱滚子轴承11外，其余转动部分均不会接触到任何静止零件的表面。应变式测力传感器2将转子部件的轴向推力转换为模拟量通过第一信号线26传送给PLC29的模拟量输入口，电涡流位移传感器13将泵轴19的位移转换为模拟量通过第二信号线27传送给PLC29的另一模拟量输入口。PLC29根据输入的模拟量进行计算，将电动调压阀7所需求的开度变化量转换为脉冲量，通过第三信号线28传送给电动调压阀7的伺服电机控制器，以驱动伺服电机调节电动调压阀7的开度。

本发明所述新型轴向力平衡装置以两级调节的方式平衡轴向力，锥形体14和锥形套15的水力平衡为一级平衡，电动调压阀7、电涡流位移传感器13、应变式测力传感器2及PLC29的调控为二级平衡。

如图1和图5所示，锥形体14和锥形套15的锥形表面的锥角为30°～45°，且两者锥角相等，锥形表面的尺寸公差与形位公差高于6级，锥形体14和锥形套15的锥形表面均喷涂耐磨的碳化钨材料以提高表面的耐磨性，且其表面的粗糙度值不大于Ra0.1，其目的是让锥形体14和锥形套15可形成一对高精度的摩擦副。锥形体14和锥形套15的锥形表面均开有数个宽1mm深1mm的环形槽，且两组环形槽错位布置，这样做的好处就是让介质中的微小颗粒可以被冲入环形槽中，以避免摩擦副表面被磨损，同时可以增加运转间隙400的流阻，最终降低新型轴向力平衡装置对转子部件的轴向位移的敏感性。

如图1、图2和图4所示，电涡流位移传感器13通过螺纹固定于第四轴承压盖12，可以调整其端面与泵轴19端面之间的间隙,可以使测量数据落在高精度量程范围。电涡流位移传感器13的量程为0～1mm，完全满足测量要求，电涡流位移传感器变送的为4～20mA模拟量电流信号。

如图2所示，电动调压阀7的控制信号为PLC29发出的脉冲量，电动调压阀7的开度变化量和脉冲总数量成正比，电动调压阀7的开度变化速度和单位时间的脉冲数成正比，电动调压阀7为线性压力调节。PLC29包括一个脉冲输出口，用于发出脉冲量，以对电动调压阀7的伺服电机的转速和转角进行控制，安装于伺服电机的编码器将实际转角以4～20mA电流信号传送给PLC29的模拟量输入口，供PLC29进行闭环控制，以达到精密控制伺服电机转角的目的。电动调压阀7的开度变化量和伺服电机的转角成正比，电动调压阀7的开度变化速度和伺服电机的转速成正比。另外，PLC29还包括多个数字量输入口、数字量输出口、模拟量输入口及模拟量输出口，以满足控制需要。

如图1和图2所示，本实施例还包括从左至右依次排列布置的前轴承架23、吸入段5、多个径向导叶17、多个中段16、出口段8、后盖9和后轴承架24。中段16和径向导叶17为分别进行铸造，分别进行粗加工，然后把两者焊接在一起，最后进行精加工，这样做的好处就是可以让中段16和径向导叶17成为一个整体，有利于提高设备整体的精度和刚度。吸入段5包括一个与入口600连通的环形低压腔100，出口段8包括一个与出口500连通的环形高压腔300。出口段8、后盖9、第二轴套22、锥形体14和锥形套15围成了调压腔200，调压腔200通过调压管6和电动调压阀7与低压腔100连通。调压腔200通过运转间隙400与高压腔300连通。

调压管6的最大管道压力损失不大于高压腔300与低压腔100压差的1％，以便让电动调压阀7有更大的调节范围。

如图1和图3所示，滚动轴承3的外圈与前轴承架23的内孔采用较松的过渡配合，前轴承架23的内孔的尺寸公差等级为H8，以便所述滚动轴承3在轴向力作用下可以在前轴承架23的内孔自由地沿轴向滑动。

应变式测力传感器2有2件，以旋转轴线上下对称布置，2件应变式测力传感器2所测的轴向推力的数值由PLC29取其平均值作为最终数据。应变式测力传感器2变送的为4～20mA模拟量电流信号。

如图1至图5所示，本发明还提供了一种新型轴向力平衡装置的设计方法，包括以下步骤：

(1)确定初始参数：

已知流量Q和杨程H，取低压腔100的总压为0，

则低压腔100的静压P1为：P1＝0-0.5ρV12＝-0.5ρV12

则高压腔300的静压P2为：P2＝ρgH-0.5ρV22

取调压腔200的静压P3＝0.1ρgH(通过调整电动调压阀7的开度可以实现)

其中，V1和V2分别为低压腔100和高压腔300的平均流速，ρ为介质密度。

(2)确定轴向力：使用SOLIDWORKS软件建立多级离心泵的3D模型(不包含锥形体14与锥形套15)，以P1、P2、P3、ρ等为基本参数，设定有关边界条件，通过CFX流场分析软件获得泵转子的水力轴向力Fz。

(3)预定锥形体14的尺寸：

取锥形体14小径：

取锥形体14锥角：Y＝30°～45°

取锥形体14的有效厚度：L＝0.4d₃

则锥形体14大径：d₄＝d₃+2tg(0.5Y)L

取锥形体14与锥形套15之间的运转间隙400的大小：d＝0.1～0.2mm

锥形套15的锥角、有效厚度同锥形体15，则可以计算出锥形套15的大径和小径

锥形体14与锥形套15的其它尺寸通过结构设计确定

(4)根据步骤(3)所确定的尺寸，使用SOLIDWORKS软件建立多级离心泵的3D模型(包含锥形体14与锥形套15)，以P1、P2、P3、ρ等为基本参数，设定有关边界条件，通过CFX流场分析软件获得泵转子的残余水力轴向力Fz1。

(5)判断Fz1是否满足预期的残余水力轴向力值的条件：如果Fz1小于预期值，则满足条件，表示设计完成；如果Fz1大于或等于预期值，则需要根据实际表现，调整有关锥形体14与锥形套15的尺寸，重新建立多级离心泵的3D模型(包含锥形体14与锥形套15)，再次使用CFX进行分析，直至Fz1满足条件。

新型轴向力平衡装置(以下简称平衡装置)的工作原理：如图1至图5所示，转子部件工作时产生的轴向力向左，因此由平衡装置产生的平衡力的大小应和轴向力相等，方向应和轴向力相反，方向指向右。锥形体14左右两侧分别为高压腔300和调压腔200，调压管6将低压腔100的低压引入调压腔200，锥形体14左右两侧分别承受高压和低压，作用在锥形体14左侧的高压和右侧的低压会产生一个向右的平衡力。转子部件在轴向可以有0.5～0.6mm的窜量，用于调整锥形体14和锥形套15之间的运转间隙400的大小。由于电动调压阀7的节流减压的功能，调压腔200的压力会比低压腔100的略高，而比高压腔300的压力低。如果平衡力大于轴向力，则转子部件向右移动，此时运转间隙400增大，流经运转间隙400的液体的流阻减小，调压腔200的压力升高，锥形体14左右两侧的压差减小，平衡力随之减小，直到和轴向力平衡；如果平衡力小于轴向力，则转子部件向左移动，此时运转间隙400减小，流经运转间隙400的液体的流阻增大，调压腔200的压力降低，锥形体14左右两侧的压差增大，平衡力随之增大，直到和轴向力平衡。锥形体14和锥形套15平衡轴向力是不断地处于动态调节中，依靠转子部件的左右移动改变运转间隙400的大小，从而达到平衡轴向力的目的，这就是一级平衡。如果电涡流位移传感器13通过检测间隙d2，当转子部件已达到向右的极限位置时任然不能实现动态平衡，说明平衡力太大，无法实现新的平衡。此时，PLC29根据电涡流位移传感器13传来的位移信号进行判断后，会向电动调压阀7发出减小开度的信号。在电动调压阀7减小开度后，调压腔200的压力增加，高压腔300和调压腔200之间的压差减小，平衡力随之减小，使转子部件适当向左回移，直到平衡力和轴向力达到新的平衡；如果电涡流位移传感器13通过检测间隙d2，当转子部件已达到向左的极限位置(或者应变式测力传感器2检测到来自滚动轴承3的推力)时任然不能实现动态平衡，说明平衡力太小，无法实现新的平衡。此时，PLC29根据电涡流位移传感器13传来的位移信号(或者是应变式测力传感器2检测到的滚动轴承3的推力信号)进行判断后，会向电动调压阀7发出增加开度的信号。在电动调压阀7增加开度后，调压腔200的压力减小，高压腔300和调压腔200之间的压差增大，平衡力随之增大，使转子部件适当向右回移，直到平衡力和轴向力达到新的平衡，以上就是二级平衡。在一般情况下，只需要一级平衡就可满足轴向力平衡要求，只有在平衡装置使用了若干年后或者泵在严重偏离额定工况的状态下运行时，才会用到二级平衡。

和现有技术的平衡鼓和平衡盘平衡轴向力相比，本发明所述的新型轴向力平衡装置具有显著的优势。一方面，平衡鼓由于其工作原理所限不能完全平衡轴向力，且很易受到磨损，使性能严重下降；另一反面，平衡盘对于间隙太过敏感，工作过程容易发生撞击，同时在盘面受损后平衡性能下降较快，甚至无法正常工作，并且在泵的非额定工况工作时表现也不理想。本发明所述的新型轴向力平衡装置具有两级平衡措施，在额定工况或非额定工况下都能表现良好，能自动地完全平衡轴向力，可靠性高，同时由于采用防磨材料碳化钨及防磨环形槽结构，使其寿命大大增加。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：包括锥形体、锥形套、电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及PLC，所述锥形体和锥形套为轴向力的水力平衡元件；所述电动调压阀、应变式测力传感器、电涡流位移传感器及调压管为轴向力的测控元件；所述锥形体具有一个圆锥形外表面，所述锥形套具有一个圆锥形内表面，且两者的锥角相等，两表面之间保持一定的运转间隙；所述锥形体通过键与泵轴连接，所述锥形套固定于出口段的高压腔的一侧，所述锥形体设置于锥形套的圆锥形内孔中且与锥形套同轴布置，所述锥形体与锥形套将高压腔与调压腔隔离开来；所述电动调压阀设置于调压管中部，所述调压管将低压腔和调压腔连接起来；第一轴承压盖、前轴承架、吸入段、若干中段、出口段、后轴承架和第四轴承压盖从驱动端到非驱动端依次设置与连接，所述前轴承架内测设置并连接有第二轴承压盖，所述后轴承架内测设置并连接有第三轴承压盖，所述中段内部嵌设有径向导叶；所述前轴承架内孔设有滚动轴承，所述后轴承架内孔设有圆柱滚子轴承；所述应变式测力传感器设置于所述第一轴承压盖的端面与滚动轴承的外圈端面之间，用于传送滚动轴承的轴向推力的电信号；所述电涡流位移传感器通过螺纹固定于所述第四轴承压盖，用于探测所述泵轴的轴向位移，所述电涡流位移传感器的端面与所述泵轴右端面保持一定的间隙；当所述滚动轴承的外圈左端面紧贴所述应变式测力传感器时，所述滚动轴承的外圈右端面与所述第二轴承压盖的端面之间保持0.5～0.6mm的间隙，所述电涡流位移传感器的端面与所述泵轴右端面之间的间隙比上述间隙大0.2mm，所述锥形体与锥形套的锥面之间的间隙为0.05～0.1mm，所述圆柱滚子轴承的外圈左右端面分别与所述第三轴承压盖的右端面及第所述四轴承压盖的左端面正好接触；所述泵轴、锥形体、多个叶轮、第一轴套、第二轴套、两对圆螺母、滚动轴承及圆柱滚子轴承的旋转部分构成了转子部件，所述转子部件在产生轴向位移时，除了所述滚动轴承及所述圆柱滚子轴承外，其余转动部分均不会接触到任何静止零件的表面；所述应变式测力传感器将转子部件的轴向推力转换为模拟量通过第一信号线传送给所述PLC的模拟量输入口，所述电涡流位移传感器将泵轴的位移转换为模拟量通过第二信号线传送给所述PLC的模拟量输入口；所述所述PLC根据输入的模拟量通过计算，将所述电动调压阀所需求的开度变化量转换为脉冲量，通过第三信号线传送给所述电动调压阀的伺服电机控制器，以驱动伺服电机调节所述电动调压阀的开度。

2.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述锥形体和锥形套的锥形表面的锥角为30°～45°，且两者锥角相等，锥形表面的尺寸公差与形位公差高于6级；所述锥形体和锥形套的锥形表面均喷涂耐磨的碳化钨材料以提高表面的耐磨性；所述锥形体和锥形套的锥形表面均开有数个宽1mm深1mm的环形槽，且两组环形槽错位布置；在一定工况下，所述锥形体和锥形套可构成一对摩擦副。

3.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述电涡流位移传感器通过螺纹固定于第四轴承压盖，可以调整其端面与泵轴端面之间的间隙；所述电涡流位移传感器的量程为0～1mm 。

4.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述电动调压阀的控制信号为PLC发出的脉冲量，电动调压阀的开度变化量和脉冲总数量成正比，电动调压阀的开度变化速度和单位时间的脉冲数成正比，所述电动调压阀为线性压力调节；所述PLC包括一个脉冲输出口。

5.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：还包括从左至右依次排列布置的前轴承架、吸入段、多个径向导叶、多个中段、出口段、后盖和后轴承架；所述中段和径向导叶为分别进行铸造，分别进行粗加工，然后把两者焊接在一起，最后进行精加工；所述吸入段包括一个与入口连通的环形低压腔，所述出口段包括一个与出口连通的环形高压腔；所述出口段、后盖、第二轴套、锥形体和锥形套围成了调压腔，所述调压腔通过调压管和电动调压阀与低压腔连通；所述调压腔通过运转间隙与高压腔连通。

6.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述调压管的最大管道压力损失不大于高压腔与低压腔压差的1% 。

7.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述滚动轴承的外圈与前轴承架的内孔采用较松的过渡配合，所述前轴承架的内孔的尺寸公差等级为H8，以便所述滚动轴承在轴向力作用下可以在前轴承架的内孔自由地沿轴向滑动。

8.根据权利要求1所述的具有轴向力平衡装置的多级离心泵，其特征在于：所述应变式测力传感器有2件，以旋转轴线上下对称布置，2件应变式测力传感器所测的轴向推力的数值由PLC取其平均值作为最终数据。