我国石油工业起步较晚,国内的石油开采与输送设备尚无法满足日益增长的石油需求。潜油电泵作为石油开采的核心设备,其性能与稳定性的提升已成为国内外石油开采装备领域亟待解决的难题。现有研究尚未完全明晰潜油电泵水力部件几何结构参数与潜油电泵性能之间的关系,而针对其运行稳定性的研究尚未形成完整体系。因此,本文在国家自然科学基金“雷诺数与间隙尺度对多级泵动静腔不稳定流动的影响机理研究”资助下,对某一典型潜油电泵进行了叶片参数化设计与运行稳定性研究。基于理论分析、数值计算及试验研究相结合的研究方法,对潜油电泵叶轮与导叶的叶片进行了参数化设计。以潜油电泵内部动静腔结构作为切入点,研究了动静腔体流与级间泄漏的耦合关系,探究了动静腔参数对轴向力及其瞬时特性的影响,分析了动静腔体流分布特征及其诱导压力脉动的耦合规律,提出了有效控制压力脉动的途径和方法。本文的主要研究内容和取得的创造性成果如下:1、采用四阶贝塞尔曲线对潜油电泵叶轮与导叶的叶片型线进行了参数化设计。在叶片进、出口安放角与包角固定的情况下,基于理论分析确定了叶片安放角与潜油电泵性能之间的数学关系;采用四阶贝塞尔曲线对叶片进行参数化设计并构建了不同的叶片型线方案。对比各方案的单流道数值预测结果,证实参数化设计方法可以提升潜油电泵大流量工况下的扬程与效率,拓宽潜油电泵的适用流量范围。2、开展了动静腔PIV试验、潜油电泵外特性试验和压力脉动试验,对所采用数值模拟方法的精度和准确性进行了验证。基于潜油电泵前动静腔内的流场分析,建立了潜油电泵级间泄漏量与转速及流量工况之间的数学模型。发现级间间隙泄漏使潜油电泵前动静腔内的径向压降增加,导致潜油电泵轴向力增大。级间泄漏流还会与博德瓦特边界层产生流速叠加,导致级间泄漏量增加。在上述分析的基础上,提出了在前动静腔固壁面上设置阻流环来抑制级间泄漏的方案,数值模拟证实该方案在不同流量工况下对级间泄漏均有较好的抑制效果。3、通过后动静腔内的流场分析,发现后动静腔产生的轴向力大小与静腔间隙成正比,且具有强烈的瞬时特性。通过时间序列分解与傅里叶变换,发现后动静腔轴向力的主频信号主要是由叶轮转速、叶轮叶片数和导叶叶片数决定的。在上述分析的基础上,提出了采用较小的后动静腔间隙配合后动静腔背叶片的结构优化方案,研究证实该结构可以有效地降低后动静腔产生的轴向力。4、基于侧动静腔内的流场分析,发现侧动静腔与前、后动静腔之间存在介质与能量交换,在侧动静腔内诱导产生顶缘旋涡结构,提升了侧动静腔内压力脉动的耗散率。针对转速多变、信号组分繁杂的潜油电泵压力脉动信号,创新地定义了压力脉动能流密度用于表征压力脉动中包含的能量,实现了压力脉动强度的量化,为深入开展压力脉动特性提供了有效手段。5、分析了潜油电泵的级间动静耦合机制,即前一级导叶会与后一级叶轮发生动静干涉,进而产生相应的压力脉动信号。通过各级流道内压力脉动时域特性与能流密度的对比,发现级间动静干涉与压力脉动的级间传播是潜油电泵内压力脉动级间差异性存在的根本原因。通过前移导叶叶片出口边,增加级间动静叶片的距离,可以有效地降低由级间干涉诱导产生压力脉动的强度大小。