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离心泵广泛应用于国民经济的各个领域,在热力发电及核能发电厂的辅助系统、石油化工等工业过程中单级双吸离心泵有着非常广泛的应用。在不同的工业过程中,对于单级双吸离心泵的能量性能、空化性能、性能曲线的变化、变工况运行稳定性、流体和结构振动及噪声等有着不同的特殊要求。本课题是结合60Hz汽轮机组供油系统的主油泵研制工作进行的。为了提高油系统的运行稳定性和主油泵设计的可靠性,本文对高转速、高升压比的低比转速单级双吸离心泵的流体和结构性能进行了研究,并探讨了交错布置叶片对双吸离心泵能量性能、蜗壳中压力脉动、转子静力学和动力学特性的影响。具体研究内容和结论如下:(1)针对汽轮机组供油系统用泵环境的特殊要求,介绍了相关的研究现状及理论基础,确立了数值模拟的技术路线和研究方法。(2)结合某比转速n_s=30、出口压力2.5MPa的60Hz汽轮机组供油系统的主油泵,采用CFX对两种叶片布置的离心泵全流道几何模型进行三维定常数值计算。结果表明:交错布置叶片离心泵整机流动规律良好,内部压力分布均匀,满足特性曲线要求。交错布置叶片在小流量工况时增加了泵的效率,而在大流量工况时则降低了泵的效率;扬程和轴功率较对称布置叶片离心泵时略低。(3)在定常数值模拟的基础上对两种叶片布置的离心泵进行非定常数值模拟计算,并对离心泵蜗壳出口和蜗壳内部监测点的压力脉动进行时域和频域分析。结果表明:交错布置叶片离心泵蜗壳中压力脉动均呈现明显的周期性,主频720Hz,为对称布置叶片时的2倍。蜗壳出口压力脉动随着流量的增大而剧烈,蜗壳内部压力脉动越靠近隔舌越剧烈。蜗壳中压力脉动较对称布置叶片时脉动幅值明显降低,其中蜗壳出口处降低最大,为79.36%。(4)基于“流体-结构”耦合分析方法,采用ANSYS Workbench软件对交错布置叶片离心泵转子进行静力学和动力学分析,预测并评估其结构的可靠性,并和对称布置叶片离心泵转子的力学特性进行对比分析。结果表明:交错布置叶片离心泵最大变形、最大应力均处于安全范围内,转子部件的各阶临界转速远远高于其正常运行时的转速,发生共振的可能性极小。交错布置叶片较对称布置叶片时转子总变形和等效应力有所增大,各阶固有频率略有下降。上述研究成果对于降低低比转速单级双吸离心泵的蜗壳压力脉动、结构的振动和噪声等有较大的指导意义,对主油泵优化设计、提高汽轮机组供油系统的稳定性等有较大的工程价值。