随着城市污水处理和节能减排要求的不断提高,开发无堵塞高效排污设备显得迫在眉睫。因此,本文在国家十二五科技支撑计划“高效环保用泵关键技术研究及工程应用”(项目编号：2011BAF14B01)的资助下,对单叶片螺旋离心泵进行了相关研究。本文的主要研究内容和取得的主要创造性成果有：1、简述了单叶片螺旋离心泵的两种设计方法,结合具体设计参数,采用保角变化法设计了单叶片螺旋离心叶轮水力图,并对其进行了预配重。2、成功将多面体网格应用于单叶片螺旋离心泵的数值计算中,并与外特性试验结果进行了对比,验证了该数值计算方法的精度。3、对比了不同进出口边形状、不同叶片高度和不同蜗壳隔舌半径时候,单叶片螺旋离心泵性能的变化,通过对内部流场的剖析,揭示了各个设计参数的作用机理；同时,研究了不同叶顶间隙大小情况下,单叶片螺旋离心泵性能的变化,并与试验结果进行了对比,认为实际安装中应保证最小间隙处不大于0.5mm。4、结合具体工程改造项目,设计了比转速相近的传统多叶片式、单叶片式、双流道式离心排污泵,并加工样机和进行试验。根据相似定律,将各类型叶轮换算至与单叶片螺旋离心叶轮同一功率下。对比四者的最大通过颗粒直径、叶片进出口过流面积、高效区宽度及扬程、功率曲线的走势,结果表明,单叶片螺旋离心泵具有最大的通过颗粒直径和进出口面积,并具有平缓的功率曲线和陡降的扬程曲线,效率略次于传统多叶片式排污泵。5、通过透明水箱及叶轮底盖的加工,采用变频启动,利用高速摄影相机,研究不同直径颗粒及长纤维通过单叶片螺旋离心叶轮进口时的过程,发现了颗粒通过叶片进口边并通过叶轮的两种方式,揭示了单叶片螺旋离心叶轮抗堵塞和对输送介质无损性的原因。6、针对单叶片螺旋离心叶轮的配重问题,提出采用参数化建模技术及虚拟样机仿真技术相结合的解决方式,结果表明,通过该方法配重后的双面不平衡质量均在20g以内,精度较高,且节约了大量的时间和成本。7、通过样机改造,实现了潜水状态下,机组不同位置处的压力脉动、振动测量及轴心轨迹测量。通过对振动的测量可知,设计工况下的振动最小,随着流量的增加或减小,振动逐渐增加；随着叶顶间隙的增加,底盖衬套和电机上测点处的振动明显加强,而蜗壳隔舌及基础上的变化规律则不明显。通过对轴心轨迹和压力脉动的分析,给出了二者的分布规律及随着叶顶间隙、不同偏重等因素的变化趋势。8、对比了数值计算与试验的压力脉动结果,二者具有较好的吻合度,并通过对数值计算内部流场的剖析,揭示了压力脉动曲线变化的原因。其次,研究了数值计算预测的径向力结果,并通过与试验中轴心轨迹的对比,判断了计算的正确性。最后,通过将数值预测的叶轮表面迹线分布与油膜试验对比,发现了单叶片螺旋离心泵内部的叶顶泄漏、回流及旋涡等流动现象。