离心泵应用广泛,涵盖水力、航天、化工、消防等众多领域。作为流程工业中的关键设备,将流体介质增压输送至系统的各个生产环节以及操作单位,是流体输送系统的“心脏”,其性能直接影响工作系统的整体运行。离心泵按叶轮级数区分为单级、多级离心泵,多级离心泵拥有大流量、高扬程等特点但其叶轮级间结构复杂,由于叶轮级间存在的流动干涉、不稳定流等对泵的水力性能、振动性能均有较大的影响。而水力特性和振动性能是衡量离心泵性能的重要指标,因此分析多级离心泵的流场特性及振动特性对设备的安全稳定运行具有重要意义。由于传统离心泵设计较少考虑各级叶轮之间的匹配关系,单纯依靠速度系数法设计难以满足多级离心泵的性能要求。在不改变过流部件形状的基础上,调整其周向位置的时序优化方法逐渐成为提高多级离心泵性能的新方向。本文通过调整多级离心泵各级叶轮之间的周向角度研究其对泵综合性能的影响。通过实验获得了叶轮时序效应对离心泵外特性的影响规律,通过数值模拟分析了叶轮时序效应对离心泵的内部流场及对泵振动特性的影响,本文的主要研究内容如下:(1)通过对多级离心泵进行外特性实验,发现随着流量的增大,泵的扬程呈逐渐减小的趋势,效率呈先上升后下降的趋势。将数值计算结果与实验结果进行了对比,计算扬程和实验扬程最大误差为2.4%,计算效率和实验效率最大误差为10%,实验与数值模拟吻合较好,验证了数值模拟方法的准确性、可靠性与适用性。(2)通过设计9种转子时序位置,基于CFX对多级离心泵的内部流场进行数值模拟计算。发现时序效应会影响泵的内流规律:改变静压分布、降低压力脉动、减弱局部湍动能、减少流体介质流动损失,从而提高了多级泵的水力性能。(3)通过对全流场计算各时序位置的转子进行流体激振力与等效动力学特性求解,基于商用软件Ansys Workbench对多级离心泵进行振动模拟计算。发现时序效应对多级泵转子轴向力分布、幅值变化不大而使得径向力有所降低,同时也降低了转子的振动位移、减少了泵轴结构变形量,从而提高了多级泵的振动特性。