基于葉輪壓水室特性匹配的離心泵作透平的性能預測

黃 思，何 婧，舒亞籃，區國惟

（1.華南理工大學，廣東廣州 510640；2.廣東省佛山水泵廠有限公司，廣東佛山 528000）

1 前言

泵作透平（Pump as turbine, PAT）是將水泵反轉成為水輪機模式，通過高能流體與泵的出口連接驅動轉輪，帶動發電機工作，實現流體能向電能的轉化［1～6］。PAT是一種方便快捷的能量回收裝置，在合成氨、加氫裂化、城市循環水系統和小型水力發電等工業領域有著廣泛的應用；對于邊遠地區的小型水力發電問題，PAT也是一個較理想的解決方案。

有關PAT的選型和性能預測方面的研究，國內外學者主要是依據轉輪歐拉方程的理論推導結合實驗數據進行修正，得到水泵正轉和反轉模式的性能換算方法［7～11］，這些研究未能考慮壓水室（蝸殼）的水力性能尤其是轉輪與壓水室的匹配關系，在應用上往往受到各自條件的限制。本文從PAT的轉輪和壓水室特性方程出發，根據它們之間的匹配關系確定匹配工況點即最優工況點，為PAT的選型及應用提供理論依據。

2 理論分析

水泵和PAT的水力性能是由葉輪和壓水室共同決定的，二者的最優匹配問題是研究泵和PAT特性的重點。以下使用下標P代表離心泵的正轉模式，T代表反轉模式即PAT模式。對于離心泵正轉模式，葉輪進出口速度三角形如圖1（a）所示，進口下標是1，出口下標是2。

圖1 離心泵正反轉模式下葉輪進出口速度三角形關系

揚程系數ψ和流量系數φ的定義式為：式中 Ht——理論揚程

u——葉輪圓周速度

vm——軸面速度

Qt——理論流量

b——葉輪的寬度

ξ——葉片的堵塞系數

葉……