本文的研究工作是在企业横向项目（核电厂重要厂用水泵智能诊断运维系统研究）的资助下开展的。IS 65-50-125是一种单级单吸卧式中比转速离心泵,应用广泛。它的安全性、效率、稳定性都是重要的考核指标。其中影响泵运行稳定性的因素有很多,目前,针对该类泵的口环磨损和叶片断裂故障,对不同流量工况的流动特性等研究还缺少全面的认识,且已成为国内外学者研究的热点。本文自主搭建了离心泵试验台,通过数值模拟与试验相结合的方法,深入研究了两种故障对泵外特性及内部流动的影响规律。主要工作及创造性成果如下:1.设计5种口环磨损方案,进行不同工况下的数值模拟及试验。结果表明:口环间隙在0.2mm-0.95mm范围内变化时,对泵性能的影响较大;随着口环间隙的增大,叶轮进口处压力升高、出口处压力略微降低;前泵腔及口环间隙处的流体速度,会随着口环间隙的增大而提高,并且不断向蜗壳方向扩散。对蜗壳内不同监测点进行压力脉动分析得出,各点主频均为叶频290Hz,随着口环间隙的增大,各点主频处幅值均有所下降,并且在口环间隙处下降幅度最大,隔舌次之;其余各点虽有所下降,但跟口环间隙和隔舌处相比则变化微小;叶轮所受径向力具有明显的周期性,大小的变化则是随着口环间隙的增大,呈现出非线性减小。2.设计5种单叶片断裂方案,进行不同工况下的数值模拟。结果表明:随着断裂尺寸的增加,对泵外特性的影响呈现先增后减再增的趋势,还会影响叶轮进口附近的湍动能分布,使其内部流动变得复杂,流动损失增大。对蜗壳内几个监测点进行压力脉动分析得出,随着断裂尺寸的增加,叶频290Hz处的幅值最高且在慢慢上升,轴频48.3Hz处的幅值仅次于叶频,并且越来越高,说明轴频开始占据主导地位;叶片发生断裂时,叶轮所受径向力周期性发生变化,其大小随着断裂尺寸的增加,呈现出非线性减小的变化。3.针对口环磨损故障的外特性数据,通过Rational方程拟合得到结果最优的IS泵的效率η、流量Q以及口环间隙δ之间的函数关系;针对叶片断裂故障的外特性数据,通过Poly方程拟合得到结果最优的IS泵的扬程H、流量Q以及叶片断裂γ之间的函数关系。当诊断出故障为口环磨损或叶片断裂时,依此函数关系可在确定泵的流量Q、扬程H或效率η时推算故障程度;也可在确定故障程度和流量Q时预测泵的扬程H或效率η。相比于传统分析方式,此方法可以更清晰地展示故障程度和泵性能之间的联系。4.基于模拟结果,使用Ansys-Workbench软件,对模型泵设计流量工况下不同故障的叶轮,进行转子系统特性研究,根据计算结果和云图有以下发现,叶轮最大变形处出现在叶轮盖板边缘处,等效应力最大值出现在叶片出口处;水力激振力的存在会影响到系统的刚度,从而影响到系统的固有频率。分别对比口环磨损和叶片断裂故障下的各阶固有频率得出:口环磨损对转子系统的固有频率没有显著影响;叶片断裂则会使后三阶固有频率大幅降低。对相同预应力下两种不同材料叶轮进行分析得出:灰口铸铁材料各阶固有频率要低于不锈钢材料。