低比转速多级泵在工业生产和生活领域应用广泛且需求巨大,而低比转速多级泵的效率普遍不高、能耗严重。随着用户对产品实用性和节能性的要求越来越高,低比转速节段式多级泵这种泵型的发展也遇到了困难。低比转速多级泵内部流动不均匀、间隙较多和多段结构的组合复杂一直是研究的难点,而每一段的性能影响着多级泵的整体,也影响着整个生产的经济性,其过流部件参数的选择更是牵一发而动全身。了解其内部间隙流动和关键结构对泵的影响对提高其效率、优化设计和增强产品竞争力具有重要意义。通过了解低比转速多级泵型号和结构,在给定参数的条件下给出节段式多级离心泵各过流部件参数的设计过程,并根据模型泵做出了数值分析并通过试验验证其可靠性。进而考虑实际情况增加间隙流动并分析其内部流场,考量反导叶参数对多级泵的影响,最终通过改变叶轮与导叶的参数对叶轮和导叶的匹配做出优化。主要内容和结论如下:根据已有参数选择泵的结构,设计吸水室、叶轮和导叶,并建模装配、划分网格进行数值模拟。结果表明:吸水室的损失很小,隔舌角度偏小不利于叶轮进口;叶轮与导叶的压力和流线分布较合理,导叶内存在冲击损失和漩涡。搭建水泵开式试验台进行试验并和数值分析值进行对比。结果表明:模拟值普遍高于试验值,但整体趋势一致,误差在4%以内,这说明数值模拟是可靠的。分析低比转速多级离心泵内存在的间隙并对其建模分析。结果表明:叶轮泵腔间隙和叶轮导叶轴向间隙内的流体存在泄漏、压差和旋转运动;叶轮与导叶运转间隙两侧的流体存在少量交换;带间隙模型泵的扬程效率曲线比原模型泵的曲线略有下降但并不明显。建立12组不同间隙尺寸的模型对其进行数值分析。结果表明:间隙整体水平尺寸越大对多级泵的性能越不利;所有间隙对多级泵性能影响程度为:叶轮口环间隙>导叶口环间隙>叶轮与导叶运转间隙;叶轮口环和导叶口环间隙内的泄漏量随间隙尺寸的加大而加剧;由数值计算得出的容积效率和由估算公式得出的相差在4%以内,可以认为数值模拟对小间隙的处理有很好的适应性。着重分析反导叶内部流场信息。结果表明:靠近导叶壁面处附近的流体流动速度较慢且更加不均匀;反导叶和环形空间内存在漩涡和撞击损失;在没有次级叶轮的影响下次级叶轮进口处不均匀且伴有回流。改变反导叶叶片数、进口直径、进口角和出口角建立多组模型进行分析。结果表明:反导叶叶片数较少时容易在出口处形成漩涡,随着正反导叶叶片数的增加扬程略有增加,而泵的效率却是先增加后下降;反导叶进口直径变大致使内部流动更加不均匀;过大的进口角对反导叶的出口的流场产生不利影响;适当减小反导叶出口角可以改善流体流动条件、提高泵的效率以及获得下降的特性曲线。通过正交试验的方法设置叶轮叶片数Z_Y、导叶叶片数Z_D、叶轮叶片出口角β₂和导叶喉部面积F₃这四种因素对模型泵进行分析。结果表明:对扬程产生影响的因素排序为:Z_D>Z_Y>F₃>β₂,对效率产生影响的因素排序为β₂>Z_D>F₃>Z_Y,在最佳组合下对多级泵进行计算分析,优化后的多级泵效率提升2%,扬程提高近5m。