大型立式轴流泵装置广泛应用于各大水利枢纽泵站工程中,在国民经济中起到了十分重要的作用。轴流泵装置振动会影响泵站运行的可靠性,严重时甚至会导致重大的安全事故。轴流泵装置是复杂的水机电耦合系统,其激振机理尚不清晰。目前国内外研究人员在振源识别、内部流场、流固耦合、转子动力学等各技术层面对轴流泵装置振动特性开展了研究和分析,得出的结论是:轴流泵装置的振动是由机械力、电磁力以及流体作用力共同作用的结果,其中流体作用力占比很大;轴流泵装置中的叶轮区域是流体激振的核心区域,激振力主要来自于汽蚀、涡带、非均匀来流、动静干涉和叶顶间隙泄露涡等多种因素引起的压力脉动。目前的研究还存在下列问题:现有的研究大多局限于轴流泵泵段,关于装置整体稳定性研究较少;水流诱导的压力脉动与振动之间的关联机理不够清晰;原型/模型泵装置水力激振试验测量与数值模拟之间的相关性研究较少。针对现有研究的不足,本文采用理论分析、数值模拟、试验分析和现场测试相结合的方法研究双向流道立式轴流泵机组整体的水力激振特征,发现激振力主要来自于叶轮进口不均匀流场和出水喇叭管口受盲端影响产生的不均匀流场,振动位移分布以及转子系统轴心轨迹均与相应位置流体作用力形状相似,由频谱分析可知两者均以三倍转频为主。主要形成以下研究成果:基于翼型升阻力理论推导得出叶片受水作用力关于流量和叶片安放角的表达式,并通过理论分析得出单张叶片受导叶干涉作用,会出现明显的导叶片数倍转频的谐波脉动力。但当叶片数和导叶数互为质数时,所有叶片所受合力中该成份将会消除。通过模型泵装置内部流场数值模拟验证了理论分析得到的叶片受水作用力表达式和动静干涉下的水作用力频率成分,即主频为f3。通过泵装置内部流场分析进一步研究了动静干涉机理,发现导叶间的涡流是引起叶片压力面靠近出口处压力脉动的主要因素。通过模型试验和现场测试得出一致结论,即叶轮进口和出水喇叭口测点处压力脉动幅值较大。通过数值模拟得出,叶轮进口测点压力脉动是因为叶片之间的正压区和叶片吸力面下的负压区随叶片旋转而旋转产生,出水喇叭管口压力脉动是因为出水流道盲端脱流造成的不均匀流场而产生。通过流固耦合数值模拟得出,出水流道受水作用力对测点处振动的贡献最大,占比达90%以上。现场测量得出的出水喇叭管壁面振幅较大,且与数值模拟得出的壁面压力脉动幅值一样,均随流量的增加而减小。通过模型试验发现,水流增强了水平测点振动的f0～f3脉动成分,而抑制了水平测点高频成分和轴向测点振幅。通过内部流场数值模拟发现,导叶和叶片表面以及它们与轮毂的交接处时均压力最大,出水喇叭管口附近空间压差较大。各过流部件的压力脉动标准差在小流量下最大,最大值出现在叶片进口和导叶片进口处。基于牛顿第二定律和拉格朗日定律分别建立了流体作用力下的叶片叶尖质点振动方程、推力轴承轴心轴向振动方程、转子系统扭转振动方程以及横弯耦合振动方程,并通过李雅普诺夫稳定判据分别得到上述振动方程的稳定判据,为流固耦合数值模拟中的阻尼系数选择提供了依据。通过理论分析和数值模拟证实,叶轮在不平衡径向流体作用力下会产生偏心,导致其它轴心也处于偏心状态。各轴心均关于偏心点涡动,且涡动轨迹相似。联轴器处偏心距和涡动半径均较大,现场测试所得联轴器轴心涡动信号中叶频及其倍频成分占比超过40%,说明流体激振占比很大。