高转速泵作透平的水力优化与性能分析

泵反转作透平应用领域广泛，除了可应用于可再生能源发电，还可应用于高能耗行业的高压余能回收，但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率，可结合水轮机水力设计理论，采用CFD方法进行水力性能优化。本文对离心泵反转作透平的叶轮采用正交实验方法进行了水力优化，该透平应用于海水淡化能量回收装置，运行额定转速12000 r/min，且部分外形尺寸已被限定。采用试验和数值方法，对优化后的透平水力性能与流动特性进行了详细分析，水力优化结果表明，与初始设计方案相比，采用正交优化后的叶轮内的流动分离和漩涡流等现象得到明显改善，透平的水力效率得到了较大提升；数值计算与试验的性能特性曲线趋势吻合良好，在额定转速下，随着水头的增加，水力效率先增加后减小，最优水力效率达85.47%；在偏工况下，离最优工况点越远，水力效率会相应降低，且内部流动状态变得更加复杂。