离心泵作为最常用的的流体输送设备,在工业生产领域扮演着不可或缺的角色。实际应用中,由于其复杂的内部结构,泵内流体始终处于三维、粘性和非定常的流动状态,这种非定常流动引起的压力脉动对离心泵的平稳运行有很大危害,严重时甚至会造成叶片折损等典型故障的出现。针对上述问题,本文以单级单吸离心泵为研究对象,以改善泵内流体的流动状态、提高离心泵工作的稳定性和可靠性为目标,在离心泵的叶轮结构参数优化以及叶片折损故障的诊断方面开展了相关研究,具体的研究内容如下。(1)在叶轮结构的水力设计中,充分考虑到改善泵内流体流动状态这一因素的重要性,以减小能量损失、提高叶轮的抗汽蚀性能以及改善泵内流体的流动状态为目标,建立优化数学模型。将优化数学模型编写成M文件,并根据泵的性能要求确定叶轮结构参数的变化范围,利用Matlab软件中的遗传算法工具箱对数学模型进行多目标优化。分析优化后的方案,离心泵的工作效率、抗汽蚀性能和运行稳定性都有一定程度的提高。(2)根据优化后的叶轮结构参数,通过计算得出与其相匹配的蜗壳部件的结构参数。使用Pro/E软件建立离心泵的三维流体模型,采用ICEM CFD软件对泵的流体模型作非结构化网格划分,最后在Fluent软件中对离心泵分别进行稳态数值模拟和瞬态数值模拟,得到离心泵内部流场的压力分布云图以及压力脉动数据。对比优化前后泵内流场的压力脉动强度,结果显示,经过优化后泵内流体的流动状态得到了改善。(3)建立叶片发生1/2折损故障的离心泵模型,通过数值模拟得到故障工况下流场内的压力脉动数据。采用频谱分析法对正常工况和故障工况的压力脉动进行分析,比较两种工况压力脉动信号的频谱图,完成对离心泵叶片折损故障的判断识别。