多级离心泵广泛运用于火电、核电、消防、石油化工、矿山和海水淡化等国民经济的重要行业,发挥着不可取代的作用。随着我国节能减排要求的不断提高,对多级泵的性能和稳定性提出了更高的要求。近年来时序效应在多级离心泵性能优化方面得到了较为广泛的应用,但现有关于多级离心泵时序优化的研究往往集中在叶轮时序位置的优化,而对于同样是重要过流部件的导叶时序关注较少。本文以一个典型的节段式多级离心泵为研究对象,采用数值计算和试验测试相结合的方法,从节段式多级离心泵的能量性能、压力脉动、振动特性和内流机理方面分析研究了导叶时序效应的作用机理,为多级离心泵的优化提供了新的方向和指导。本文的主要工作内容及成果如下:1、概述了多级离心泵的分类及导叶研究进展,阐述了时序效应在多级离心泵领域的发展趋势,较为系统地总结了试验测试与数值模拟方法在离心泵内流研究的应用现状。2、采用雷诺时均方法结合RNG k-ε湍流模型,分别对节段式多级泵2泵级在不同导叶时序方案下的内流进行了模拟,分析了导叶时序对泵能量性能、压力脉动、叶片载荷方面的影响,得到如下结论:(1)随着流量的增加,各方案下扬程和效率相对于无导叶时序方案的最大差值从0.2%增加至0.6%,导叶时序效应得到加强;(2)导叶时序角度为30°时,扬程和效率在一个周期内的脉动峰峰值同时达到最大,分别为0.417m和2.029%;(3)随着导叶时序角度的增加,2泵级内各位置压力脉动的主频幅值均呈现先减小后增大的趋势,最大降低幅度可达35.9%;(4)导叶时序对转轴径向力在周向方位上的分布产生了明显影响,导叶时序角度为30°时,2泵级转子径向力的分布最为均匀;(5)导叶时序角度为30°,即叶片间夹角的一半时,导叶时序效应对于降低压力脉动及均布径向力的作用最为明显。3、搭建了5级离心泵的外特性、振动及压力脉动的同步测试试验台,应用正交设计方法确定了5级离心泵导叶时序的试验方案,对不同导叶时序方案下5级离心泵的性能进行了测试,测试结果表明:(1)不同导叶时序方案下的5级离心泵扬程和效率均有所增加,扬程最多增加0.4个百分点,效率最多增加0.5个百分点;(2)导叶时序对5级泵出口压力脉动影响较大,导叶时序方案下泵的出口压力脉动有效值最多降低27.2%,主频幅值最多降低35.8%;(3)导叶时序效应最多降低进口振动速度主频幅值达20%,4个泵级导叶交错布置可降低泵出口振动速度主频幅值达30%;(4)5级泵4个泵级导叶交错布置,对于降低出口压力脉动及振动效果最佳,泵运行稳定性最好。4、对无时序方案和最优导叶时序方案下的5级离心泵内流进行了数值模拟计算,对泵腔轴面、导叶截面、泵出口等位置的流动情况进行了逐一分析,对比研究了导叶时序效应的作用机理,对比结果表明:(1)导叶时序效应改变了各泵级叶轮出口处的出流高速区形状及两侧漩涡的位置及面积,破坏了漩涡在整个泵内的累积效应;(2)导叶时序效应降低了各泵级导叶流道内的速度梯度,使导叶流道和出口截面上的速度更加均匀,提升了导叶降速增压的效果;(3)导叶时序效应降低了各泵级导叶流道的水力损失,导叶泵级流道水力损失总和降低达0.4272m,占整泵扬程的1.11%;(4)导叶时序效应可降低泵出口流道内的湍动能,减小流道内漩涡的涡核面积,使得出流更加稳定。