影响离心泵的内部流动有很多因素,考虑到实际运行中,离心泵存在转子不对中和叶轮偏心等现象,这会导致动静干涉强度发生改变,使泵内强湍流区位置、压力分布和激振力产生变化,对内流场产生较大影响。因此,充分考虑叶轮复合涡动的影响可以揭示真实情况下离心泵内流激振力分布及内流激励特性,完善离心泵内流场分析理论研究。此外,通过进一步研究其对离心泵转子系统动力学特性的影响,将有利于更为准确地把握离心泵转子系统的稳定性,丰富离心泵转子相关模型及研究方法,以此为建立起低振动、高稳定的转子系统提供重要参考价值。本文主要研究工作和结论如下:1.采用RNG k-ε湍流模型对某台叶轮偏心装配下的低比转速离心泵进行了全流场非稳态数值计算,研究了不同流量、叶轮偏心率、转速等因素对流体激振力的影响,利用最小二乘法得到了复合涡动下流体激振力的拟合模型。研究发现:考虑叶轮偏心作用时的计算结果比没有考虑偏心涡动在一定工况内更加接近实验数据,并且偏心涡动下的流体激振力拟合模型精度较高。2.基于数值计算方法获得了离心泵流体激振力与内部流动结构,在此基础上,重点探讨了复合涡动下叶轮偏心率、流量和转速对流体激振力和内流场非稳态特性的影响及其关联作用。结果表明:流体激振力与时域信号压力系数曲线的趋势相吻合;在相同条件下,叶轮偏心率增大使泵内压力分布更紊乱和动静干涉作用更强烈,引起靠近蜗壳隔舌一侧的流体激振力增大;对流体激振力进行滤波处理和拟合后,发现随着叶轮偏心率增大,轴频成分的振幅逐渐占据主导地位。3.利用有限元法计算分析了不同操作工况与流体激励作用对离心泵转子系统的模态与瞬态响应的影响。结果表明:在模态计算中,一阶临界转速远大于1.5倍的工作转速,因此泵转子系统设计合理;一阶模态振型中泵轴最大形变在叶轮前口环处,二阶振型最大形变在叶轮后口环的轴颈处;转速、启动加速方式和重力作用对转子系统的形变等瞬态响应曲线的振荡幅值影响较大,变加速工况比匀加速工况更为平稳,重力作用使瞬态响应曲线产生往复振荡现象;考虑流体激励效应的转子系统耦合振动计算中,设计流量和转速下的形变等瞬态响应曲线的振荡幅值最小。4.为验证数值计算结果的准确性,设计并搭建了具有叶轮偏心涡动功能的流体激励测试实验台,运用动态信号采集仪与LDV测速系统对激振力与离心泵内部流场进行了测量,获得了不同操作工况下流体激振力的分布情况与离心泵内瞬态速度的频谱特性。研究表明:实验所得的流体激振力与数值计算结果的误差随转速增大而减小,不同工况下误差最小为0.21N;在远离脉动源时,局部瞬态速度的叶频幅值逐渐降低;随着转速增大,0～f BPF之间逐渐出现了幅值越来越高的低频信号;在叶轮出口处、蜗壳隔舌处和蜗壳扩散段,动静干涉强度与流量、转速呈正相关关系。