离心泵管路系统发生喘振时,结构剧烈振动,流量忽大忽小,转速和压力也出现大范围、周期性波动,严重影响系统正常运行。因此,研究离心泵管路系统喘振诱导机理和控制方法具有重要的现实意义。本文针对一种新型布局的给水管路系统在小流量区间运行时出现的喘振现象,以揭示喘振诱导机理和发生条件,消除喘振故障为研究目标,开展了理论推导、数值计算与分析以及实验验证研究。新型给水系统的管路布局决定了给水泵和新型空排止回阀在流量输送和流量分配方面的重要作用。通过建立给水泵和空排止回阀的数值计算模型,分别研究了它们的过流特性。计算结果表明:空排止回阀过流截面不规则的几何形状决定了其过流特性的非平稳性,导致其流阻系数与开度不存在连续变化关系。此外,数值计算了离心泵的稳态水力特性和瞬态压力脉动变化,实验验证了数值计算结果的准确度和可靠性;仿真和计算结果都表明给水泵为“驼峰”型离心泵。通过联立流体流动的伯努利方程和流体驱动运动方程,建立了以流量为自变量的泵阀系统振动微分方程,得到了表征离心泵水力性能和管路系统阻力特性匹配关系的特征量小于零,是系统保持稳定的必要条件。通过对比分析不同结构布局的泵阀系统失稳条件,得到了系统流量变化同时是时间与位置的函数,拓展得到了管路系统稳定动力学二阶偏微分耦合方程组,在此基础上明确了离心泵管路系统喘振的三个诱导因素以及三个外在表现;提出了系统单元的自适应属性,明确了自适应单元会增加系统自由度。通过给水系统喘振故障的实验测试与数据分析,验证了给水系统的喘振失稳机理和频率特性。实验结果表明了给水系统喘振频率为系统回路的声频率,只与参与系统功能的管路回路布局有关,不随流量或者给水泵转速变化而变化。流量会影响结构振动的幅值以及相位:流量大,相位大,结构振动幅值小。从流体、结构和系统调控三方面,明晰了能增加系统自由度的特征。在明确了离心泵扬程性能曲线的“驼峰”特征是诱导系统喘振的重要因素的基础上,以削弱给水泵扬程性能曲线“驼峰”特征为目的,开展了给水泵蜗壳、叶轮和出口导叶等过流部件的再设计与优化;此外,还研究了出口导叶的安装位置对离心泵水力性能和动态特性的影响规律,研究结果表明蜗壳隔舌应当安装在出口导叶相邻叶片的中间位置。通过以上方法,得到了优化后的给水泵。优化后的给水泵不仅具有最优、最平稳的水力性能曲线,还能有效的降低流场的压力脉动。空排止回阀是一种三通弹簧阀,其结构复杂,是喘振给水系统最重要的自适应单元,也是系统调控最直接的表现单元。在研究了原动机、给水泵以及空排止回阀的调节特性的基础上,以实现系统设定流量线性分配关系为目标,开展了基于空排止回阀线性分流特性的阀门结构设计与改进研究,提出了全面考虑给水系统实际工作特性的系统调控策略优化方案,例如改变节流口形状、增加流量调节裕度以及采用回滞函数控制法等。为了评价增压泵在抑制给水泵空化、保持给水泵在瞬态过渡过程中的平稳运行的重要作用,数值模拟了两种不同进口压力下,给水泵启动过程中内部空化衍变过程。计算结果表明增压泵能有效的抑制空泡的初生和发展以及减少空泡体积,能极大的提升给水泵的抗空化能力,对保持给水泵在瞬态过渡过程中的平稳运行具有重要作用。实验证明了采用单元防喘振改进措施和优化调控方案后的给水系统,不仅运行平稳、无喘振故障,而且极大的改善了系统的结构振动特性,系统运行时结构振动更小。喘振是一种系统性流动失稳故障,它是当具有“驼峰”特征的离心泵在小流量不稳定区间运行时,管路系统的闭环输入能量引起自由度离散而造成的一种系统自激振荡现象,具有振动频率小且不随流量变化、流动参数波动范围大等表现特征。喘振主要发生在高温、高压的给水系统中,往往伴随着强烈的离心泵空化等非稳态流动现象。