杨加兵 童江波

（1.湖南工业大学 机械工程学院，株洲 412000；2.衢州学院，衢州 324000）

泵是可逆式旋转机械，泵反向用作透平称为泵作透平（Pump as Turbine，PAT）。泵作透平作为原动机，可以将流体的压力能转化为机械能，进一步产生电能。它可被用于城市智慧水网提取管道余压能为其余设备提供电力，还可以应用于海水淡化、石油化工以及小型水利发电等。PAT是减少能源浪费及开发新能源的重要举措，但目前对PAT的研究依然不够成熟。目前的研究主要集中在透平的选型、优化及流态稳定性，其中对透平叶片的研究是优化透平的重要措施及难点。

PAT最初由THOMA[1]等偶然发现。在透平中，流体通过冲击叶片使叶轮旋转，将流体介质的压力能转化为机械能，同时叶轮叶片与流体域工作介质相互作用，影响流体速度的改变和偏转[2]。YANG[3]使用CFX预测分析了PAT的性能，指出随着叶片数量的增加，透平效率提高，改善了内部非定常压力场。ADU[4]通过数值模拟得出，转速n=1 500 r·min-1时，4叶片PAT和6叶片PAT效率分别为57.8%和59.3%。PECZKIS[5]通过数值模拟和实验研究，对4叶片数和5叶片数的涡轮效率进行比较，结果显示4叶和5叶涡轮的效率分别为72%和84%，即5叶片数的涡轮可以更加高效地提取可再生能源。LI[6]研究了叶片数分别为22和32的径流式涡轮。研究得出，当叶片数为32时，涡轮流动状态平稳，不存在明显的流动分离和激波。

叶轮是影响透平能量转化的重要结构。本文对比研究了不同叶片数对泵和透平的性能，可以根据现有的流量信息选择现有合适的泵来用作透平使用，提高了压力能的回收。……