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本文根据南水北调东线工程低扬程泵站的特点，采用简单径向平衡流动模型和二维叶栅面元法叶片造型的方法研制开发了比转速分别为600、850和900的3组水力模型，运用多维优化设计方法优化，模型泵最高效率达86％、空化比转速大于1100；根据进、出水流道的不同型式，采用优化设计理论和透明流道测试相结合的方式开发适合低扬程泵站的装置型式，结果表明在合理确定型线尺寸时，肘形进水和平直管出水流道具有明显优势，比转速为850叶轮的模型装置最高效率达73.5％；根据优化设计的装置型式，结合工程实例从水量平衡方程、机械力矩平衡方程以及泵装置能量守恒方程出发，建立起水泵从起动到同步的微分方程式和结合水泵全特性建立停机过渡过程数学模型，对平直管出水采用快速门加拍门断流方式的过渡过程进行了全面深入研究。