高压多级离心泵是现代工业体系中的重要成员,是保障各种流体输送工艺流程的核心设备,随着国家供给侧改革,以及“碳达峰”、“碳中和”的压力,各行业对于高压多级离心泵的需求日益剧增。研究和提高高压多级离心泵设计能力对于促进现代先进工业技术发展、产业升级具有重要战略意义。高压多级离心泵一般采用具有高可靠性的双壳体结构,其转子系统由两端的滑动轴承支撑;在运转过程中,级间密封结构对转子运行的稳定性也有不可忽略的作用。若滑动轴承设计不当,密封结构设计不合理,会使转子系统具有较差的动力学特性,造成转子碰摩,转子运行失稳等故障,降低泵组寿命,严重时甚至可能导致整泵共振,给生产运行系统带来不可估量的经济损失及严重的安全隐患。因此,在考虑流体激振力、密封力、轴承油膜力等对转子系统的影响,充分研究转子系统的动力学特性、转子系统的强度对于提供转子系统的可靠性,进而降低泵组振动,提高泵运行的稳定性与寿命有重要意义。本文综合考虑流体激振力、密封结构、轴承结构等因素对转子系统动力学特性的影响,建立了轴承.密封.转子系统耦合动力学计算模型,对转子系统的动力学特性进行了详细分析,结合ASME标准对转子强度可靠性进行了评定,保证了转子系统的可靠性。主要研究内容如下:1.本文首先对多级离心泵的水力模型进行分析,发现泵各级水力模型一致,具有相同的水力性能。因此,根据泵设计理论以及综合考虑仿真计算能力,取首级叶轮采用CFD技术详细分析其内部流动特性,得到泵的流量.扬程曲线,流体不平衡径向力等参数,为转子系统动力学特性提供依据。2.基于流体力学理论及流体动力学方程建立了密封间隙动力学计算模型,并通过经验模型计算了密封间隙两端流体流动压差,采用CFD方法计算了多级离心泵叶轮前口环、后口环、节流称套、中间轴套等密封结构的密封动力学特性系数及密封泄漏量,为后续研究转子动力学特性、转子振动响应以及评估泵性能提供数据支撑。3.通过分析滑动轴承工作机理,基于流体质量守恒定律、动量守恒、能量守恒方程建立了滑动轴承油膜力计算模型。计算了2瓦块轴瓦和4瓦块轴瓦两种轴瓦结构的油膜压力分布、油膜厚度、功率损失、偏心率、偏位角等轴承特性,分析了转速、轴承载荷对轴承承载特性及动力学特性的影响,为高压泵在高速运行状态选择合适的轴承提供理论依据。4.基于转子动力学计算理论,建立了转子动力学有限元计算模型,并编制MATLAB程序对转子在自重、流体径向力、密封力、轴承支承力等耦合作用下的转子在不同转速、不同工况下的临界转速、不平衡响应及瞬态分析,并进行评定,确定转子可靠的运行区间。5.基于高压离心泵叶轮、轴单向流固耦合分析模型基础,采用有限元软件ANSYS对叶轮强度、轴的强度及疲劳强度进行了数值模拟,并基于ASME标准对计算结果进行了评定