在多级离心泵中,由于空化原因造成的水力学性能下降、使用寿命缩短和振动噪声问题已成为影响多级泵高效稳定运行的重要因素。为了提高多级泵的抗空化性能,泵的首级叶轮往往与次级不同,而多级泵吸入室的结构多为径向流入轴向流出,其出流质点的流动特性对首级叶轮的空化性能具有一定影响,因此分析并研究不同吸入室鼻端宽度下的多级泵水力性能和空化性能,得到最优性能下的吸水室结构,为揭示首级叶轮的空化特性和优化吸水室参数提供理论参考。本文在考虑多级泵首级叶轮空化性能的基础上,以前4级叶轮为研究对象,通过数值计算和理论分析获得了不同吸入室鼻端宽度和分流板厚度下的多级泵的性能参数,研究了不同鼻端和分流板结构下的首级叶轮流场的非定常脉动特性,主要工作包括以下几点:1.不同工况下多级离心泵性能分析通过数值计算,得到了定常状态下多级泵水力性能和空化性能随流量的变化关系,并与试验结果进行了比较,研究结果表明,泵的效率随流量的增加呈先增大后减小的变化趋势,设计工况附近存在高效率区;与小流量相比,设计流量和大流量下的多级泵首级叶轮内部流线分布较均匀,且试验结果与数值计算结果基本一致,误差在允许范围内。当流量由0.7Q_opt增大到1.1Q_opt时,多级泵的空化性能逐渐降低;随着有效汽蚀余量的减小,首级叶轮平均空泡体积分数逐渐增大;相同有效汽蚀余量下,随着流量的增加,平均空泡体积分数呈逐渐减小的变化趋势。不同流量下多级离心泵各测点的脉动主频均为叶频。在0.9Q_opt至1.1Q_opt工况下,各测点的脉动幅值和频谱特征相似。在0.7Q_opt工况下,各测点的脉动幅值明显增大。2.吸入室鼻端宽度对多级离心泵性能的影响通过数值计算得到了4种不同鼻端宽度的模型泵下的水力性能和空化性能,研究结果表明,与原模型相比,鼻端宽度为10.30mm的模型泵整体水力性能最好,其效率、扬程分别提高了0.85%、18.35m;且吸入室的流线分布较均匀,首级叶轮进口压力较大,临界汽蚀余量较小;随着有效汽蚀余量的减小,4种模型泵下的首级叶轮内部流动逐渐变得紊乱,脉动强度增加,这是由于空化发展过程中空泡的产生、迁移、溃灭以及动静干涉作用所造成的影响。在空化发展初期,不同模型泵的脉动特征基本相似;而在空化后期,鼻端宽度为10.30mm的模型泵的脉动强度相比较弱,且空泡体积分数在一个周期内最小,说明适当的增加鼻端宽度能使空化后期首级叶轮进口压力脉动强度减弱并降低空泡体积分数。3.吸入室分流板厚度对多级离心泵性能的影响在鼻端宽度10.30mm的基础上,改变分流板厚度,得到不同分流板厚度下的多级泵水力性能和空化性能,研究结果表明,当分流板厚度为3mm时,效率、扬程与原分流板模型相比下降了1.20%、1.78m,但其临界汽蚀余量有所降低,且分流板厚度为3mm的模型泵空泡体积分数最小,多级泵抗空化性能明显提高,说明不同分流板厚度下的泵水力性能和空化性能具有一定的互抑作用,即适当增大分流板厚度可抑制空化的发展,但也使多级离心泵水力性能降低。在空化初生阶段,各分流板厚度下的模型泵的压力脉动幅值基本不变,且主频均在2倍叶频处,次频为叶频。当空化发展到末期时,原分流板模型的脉动幅值最小,而分流板厚度为4mm的模型泵的脉动幅值增加了3倍,且主频也由倍频变为叶频。说明增加分流板厚度对多级泵的压力脉动产生了很大影响。