随着煤矿采掘业的日益发展，矿用潜水泵的需求不断增长。随着矿井的采掘日益加深，使得对泵的扬程要求也不断增高，低比速高扬程多级矿用潜水泵的市场越来越大。由于采掘层面的不同，泵的运行工况多变，低比速离心泵的功率特性决定了它在大流量运行时极易因过载而烧毁电机，因此，研发全扬程无过载多级矿用潜水泵迫在眉睫。　　 传统无过载离心泵设计方法是从叶轮着手进行研究，采取较小的叶轮出口安放角和叶轮出口宽度，这将引起效率的降低，且不便于制造加工，对于有防堵塞要求的离心泵更是难以实现。本文创新地将导叶与叶轮结合起来考虑，基于理论分析、数值计算和试验研究相结合的方法，研究了进口预旋对低比速离心泵无过载性能的影响。本文的主要研究内容及成果有:　　 1.结合传统离心泵无过载理论，基于自由旋涡理论和一元流动假设，从欧拉公式出发，采用斯托道拉方法推导了有旋流动时最大轴功率及其对应流量的计算公式，理论上分析了有旋流动下径向前置导叶几何参数对泵性能的影响。分析结果表明，除叶轮几何参数外，离心泵性能只与前置导叶的出口宽度、出口安放角和出口排挤系数有关。前置导叶的出口宽度、排挤系数及出口安放角三种几何参数适当减小，越有助于实现无过载性能。　　 2.在单级离心泵上通过改变前置导叶几何参数和叶轮叶片数，设计了8组方案，利用FLUENT软件进行数值模拟，分析了预旋对该泵外特性的影响。结果表明，数值模拟结果与理论分析相一致，并验证了前一节推导出的计算公式基本上是准确的，但存在着一些误差。　　 3.对上面的各方案模拟结果进行了内部流动分析，研究其内部流场运行规律，分析前置导叶对叶轮进口边前流态的影响，揭示了计算公式产生误差的原因。结果表明，叶轮内部流动并非简单的一元流动，而是复杂的三元流动，自由旋涡理论在固壁区域附近可能并不完全适用。　　 4.按照进口有旋方法设计了多级矿用潜水泵BQS20-50×6-55/N，对所有部件计算区域采用ICEM进行结构化网格划分，利用CFX软件进行全流场数值模拟。根据不同级数、不同粗糙度、有无泄漏设计多种模拟方案进行数值模拟，探索多级矿用潜水泵数值模拟的计算方法。结果表明:在多级离心泵中，叶轮进出口条件相同的中间级可以简化为一级进行模拟;粗糙度增大，泵的扬程会降低，轴功率会加，泄漏会降低泵的扬程和效率。　　 5.试制样机并在清水中进行了试验，并将试验结果和数值模拟结果进行对比，结果表明:全流场数值模拟能更加准确地预测水泵性能，有粗糙度并考虑口环和级间泄漏的模拟方案与试验值更为符合。该泵设计合理，满足了无过载性能要求。　　 6.在前面数值模拟探索方法的基础上，对多级矿用潜水泵选取不同颗粒大小、不同浓度的粒子进行两相流模拟，分析了颗粒大小及粒子浓度对泵内流场及外特性的影响。结果表明:微小浓度和微小粒径对叶轮、导叶中流动的分离有改善，尤其对导叶中靠近叶片工作面尾缘处的流动分离现象有明显的抑制作用，一定程度上可以提高泵扬程。