高转速泵作透平的水力优化与性能分析

摘要

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。