叶轮作为水泵中唯一旋转的部件,其裂纹的出现,不仅会对正常叶片的运转造成危害,还会对机组的运行安全造成严重影响,使得经济效益降低。本文通过数值计算和实验方法研究了泵流道中脉动特性和空化特性对叶片应力的影响,探究两种不同泵型的裂纹根源。叶轮运行时会受到各种激振力的作用,若某一激振力的频率接近或等于叶轮叶片自振频率时,叶片便产生共振,此时叶轮叶片振动剧烈。如果叶片在共振状态下长时间运行,将很容易造成叶片的疲劳损坏。空化是水力机械在运行过程中可能会发生的特有的复杂物理过程,对于过流部件的表面,特别是叶轮部件来说,很容易遭受到汽泡溃灭冲击波的破坏,而汽泡溃灭通常发生于水泵空化过程中汽泡伴随流体流至高压区的过程,这对于水泵的运行和工作寿命来说都有一定的影响。同时当泵流道中发生空化现象,流动的不连续引起压力变化,影响泵的压力脉动特性。本文综合这两种影响因素对叶片应力的影响,分别开展导致裂纹的机理研究,研究内容与结论主要包含两个方面:1、针对主给水泵模型开展了全流道CFD计算,计算结果表明,叶片出口与侧盖板交界处存在明显的应力集中现象,该部位易出现裂纹或断裂,且叶轮侧盖板靠近应力集中处存在最大变形位移;流场瞬态计算及模态计算的结果表明,叶轮实际破损位置的二阶主频接近叶轮第3、4阶的固有频率。因此,激起了局部模态的共振,使叶轮受到较大的交变应力,造成叶轮的疲劳破坏。2、针对混流式水泵水轮机模型泵工况,选取1.2Qd、1.0Qd、0.7Qd三种流量工况展开了空化数值模拟和实验研究,通过实验结果验证了数值计算的可靠性。并通过数值模拟对不同空化工况的叶片应力进行了研究,研究表明叶片最大等效应力值随着空化数的降低,先增大后逐渐减小至最低值。当空化严重时应力反而降低,这是因为在严重空化时叶片表面被大量汽泡覆盖,此时未能模拟出汽泡溃灭作用对叶片的影响。因此本文考虑了汽泡溃灭时对叶片表面的冲击力,通过施加由大到小的溃灭力至汽泡体积分数较大区域,研究分析溃灭力对叶片应力的影响。研究发现,汽泡溃灭作用对叶片应力分布及其变形有显著的影响。随着施加溃灭力的减小,叶片最大等效应力值逐渐减小,其位置从叶片入口移动至叶片出口处,这些部位由于结构的原因较脆弱,容易发生断裂。在设计流量工况下:当溃灭力大于0.75MPa时,最大等效应力值大于材料的屈服强度355MPa,此时叶轮叶片发生断裂;叶片变形量最大均出现在汽泡体积分数较大的区域。在小流量工况下:当溃灭力大于1MPa时,最大等效应力值大于材料的屈服强度355MPa,此时叶轮叶片发生断裂。当溃灭力大于0.1MPa时,汽泡体积分数最大的地方对应于叶片最大变形量处。当溃灭力小于0.1MPa时,叶片变形量最大不在汽泡体积分数较大的区域出现,而是位于叶片出口处。