在实际应用中,由于选型不合理、安装不符合设计要求以及离心泵本身的空化性能较差等因素,造成离心泵运行中发生空化现象,同时也会引起轴向力的变化。目前,对空化条件下离心泵轴向力特性的研究报道极少。本文主要采用试验及数值模拟的方法,分析了空化条件下不同平衡孔直径和流量对前后泵腔压力、平衡腔压力的影响,进而研究空化条件下轴向力特性,主要工作和结论有:(1)叶轮平衡孔直径对泵空化性能影响的研究。设计了可在同一叶轮上实现不同直径平衡孔更换的平衡孔套装置,通过使用水环真空泵改变进口真空度,以改变离心泵空化状态。在小流量、设计流量和大流量三个工况下,对平衡孔直径为4、6、8、11mm的试验泵分别进行试验测试。得出叶轮平衡孔直径对泵临界托马空化数有一定的影响,但影响较小。此外,不同平衡孔直径下,临界托马空化系数随流量的变化趋势基本一致,皆随流量的增加而升高。(2)空化对泵腔和平衡腔液体压力影响的研究。通过在泵盖上开设测压孔,测得泵腔和平衡腔液体压力值,通过无量纲处理后绘制出不同流量和不同平衡孔直径工况下压力系数与托马空化数的关系曲线,分析空化对前、后泵腔和平衡腔液体压力的影响,得出压力系数随托马空化数的变化规律。(3)空化对轴向力影响的研究。本文采用开平衡孔双密封环叶轮,由于叶轮的前密封环直径和后密封环直径相等,轴向力计算时认为密封环以上的前、后泵腔液体压力分布相同,造成的轴向力可以相互抵消,因此轴向力的主要成分为平衡腔区域叶轮盖板前后液体压力差造成的盖板力。通过无量纲处理后绘制出不同流量和不同平衡块直径工况下轴向力系数与托马空化数的关系曲线,分析空化条件下轴向力特性,得出平衡孔直径为4mm时,平衡腔区域轴向力系数随托马空化系数的降低逐渐减小,当托马空化系数降至一定值后,平衡腔轴向力系数发生突降;当平衡孔直径大于4mm时,平衡腔轴向力系数随托马空化系数的降低先小后增加。(4)基于空化模型对离心泵进行多种工况下的定常数值研究。与试验对比离心泵的外特性曲线和空化性能曲线,结果较为吻合,数值模拟计算结果有一定的可靠性。通过数值模拟计算,分析泵内部流场分布规律,观察腔体内部压力变化情况和空化状态,进而分析空化条件离心泵轴向力的特性。得出空化的发生,会造成流场内部发生变化,影响压力的分布,进而对轴向力产生一定影响。