01

水泵与水泵水轮机的区别与联系

泵是一种可逆旋转机器。泵作为涡轮机的逆操作称为泵作为涡轮机（PAT）。水泵水轮机是水轮机或水轮机的一种。当泵向前运转时，低压液体从吸入口进入叶轮。叶轮的旋转对液体做功。泵轴的旋转机械能转化为液体的压力能和动能。蜗壳收集高速流体，并进一步将液体的动能转化为压力能。 ，高压流体从蜗壳出口位置排出，如图1a所示。当泵反向运行时，内部流动方向与泵内流动方向相反。高压液体从蜗壳进入。流体冲击叶轮并旋转，对叶轮做功。液体的压力能转化为轴系的旋转机械能，最后从叶轮排出。外流。

普通离心泵的外特性曲线如图2a所示，泵作为涡轮运行时的外特性曲线如图2b所示。水轮机的扬程和轴功率随流量的增大而增大，在高效点之前效率随流量的增大而增大。它迅速增加，在高效率点之后，随着流量的增加而缓慢减少。当流量小于额定流量的30%～40%左右时，涡轮机不发电，消耗的液体压力能主要用于克服涡轮机内部的各种损失。根据水轮机的外特性曲线，通常选择小型水轮机在大流量工况下运行，这样当系统流量减小时，水轮机的轴功率不会迅速下降，甚至成为负载。泵作为涡轮运行时最高效率点的流量、扬程和轴功率通常高于泵工况下最高效率点的流量、扬程和轴功率。

使用压力能作为水泵水轮机的优点

目前，小功率液体压力能开发利用技术主要有微型涡轮机和水泵水轮机技术。与微型水轮机相比，水泵水轮机具有以下优点：

(1) 价格较低

由于泵分布广泛且缺乏调节机构，因此与水轮机相比，泵的设计和制造成本较低。这是选择泵作为涡轮机的重要因素之一。

(2)体积小、结构简单

微冲击涡轮机一般通过布置喷嘴的数量和位置来调节涡轮机的输出功率。对于微冲击水轮机，通过调节导叶操作机构来调节导叶的开度来调节水轮机。该泵没有涡轮那样的调节机构，其流量调节主要是通过在进、出口管路上设置调节阀来实现。因此具有体积小、结构简单、调节方便等优点。

(3)分布广泛

泵分布于世界各地，分布广泛，相应的零件和易损件也分布广泛。

(4)易于制造、使用和维护

该泵具有结构简单、安装方便、操作方便、维护方便等特点。水泵水轮机也具有与水泵相同的优点。

(5)流量、扬程范围广

泵的类型多种多样，相应的泵用作涡轮时的流量和扬程的覆盖范围也比较广。

03

泵用作涡轮机的地方

水泵水轮机是一种利用液体压力能的机器。在存在流体压降的地方，可以考虑使用水泵水轮机来开发和利用液体压力能。常见的水泵水轮机应用包括以下几个方面。

(1)工业流程

在工业过程中，有些反应必须在高压条件下进行。高压反应结束后，需要对输送介质进行减压。水泵水轮机可用于此类系统中以回收和利用系统中的压力能。常见的应用场景如下：

a) 加氢裂化过程中，进料罐压力为100~，从反应塔流出的流体压力仍然很高。使用泵作为涡轮机可以回收大部分液体能量。

b)海水反渗透淡化系统中，反渗透膜工作压力为5.8~8.0MPa，排出浓缩海水压力为5.0~6.0MPa。使用泵作为涡轮机来回收和利用压力能将显着降低淡水的生产成本。 ，经济效益十分明显。

c) 气体工艺流程中，为了去除多余成分，用高压介质对原气进行洗涤，并安装泵作为涡轮，回收利用原气介质的高压能量，实现高压介质的再利用。

d) 开挖地下矿山时，需要向地下（地下1000~3000m深）输送水。当水到达矿井底部时，压力非常高。使用泵作为涡轮机可以利用压力能。

(2)供水

a) 在水资源丰富的地区，采用水泵作为水轮驱动水泵，开发利用低扬程、大流量的液体能源，将小流量的水输送到地势较高的田地进行灌溉。

b) 在有压力水的场所，该泵可用作水轮机驱动的高压泵，用于消防或城市供水等。

(3)离网及并网发电

在水资源丰富的地区，水泵可以作为水轮发电机发电，为居民提供生活和生产用电，也可以并入电网发电。

04

如何将泵用作涡轮

(1)涡轮驱动泵常用机组配置方案

a) 涡轮+（齿轮箱）+泵

当系统中存在大量过剩压力能时，可以使用涡轮驱动泵配置。此时，涡轮的轴功率等于泵的轴功率。涡轮机和泵之间安装有变速箱，以提高泵的转速。对于涡轮直驱泵的配置，也可以将涡轮和泵设计为一个整体。

(2)涡轮+超越离合器+电动机+(齿轮箱)+泵

涡轮机、电机和泵可以多种方式布置。如图3所示，水泵水轮机通过超越离合器和电动机驱动大功率增压泵。当涡轮机产生的轴功率小于泵的轴功率时，通常使用这种布置。当涡轮转速小于电机额定转速时，离合器分离，涡轮不工作。当涡轮转速等于电机额定转速时，超越离合器闭合，涡轮和电机共同驱动泵。之所以设置超越离合器，主要是因为涡轮在小流量运转时，涡轮会消耗能量，成为负载。这时电机需要同时驱动水泵和涡轮，这就增加了电机的能耗。由于水轮机处于间歇工作状态，因此要求电机的额定功率大于或等于泵的最大轴功率，即电机能够独立驱动增压泵。

(2) 涡轮驱动发电机发电

利用水泵作为水轮机带动发电机发电如图4所示。当水泵作为水轮机发电时，需要配置自动电力负荷控制器来消耗所产生的多余电能并进行控制发电机转速恒定。

水泵水轮机应用范围

根据泵内部流动状态，泵可分为离心泵、混流泵和轴流泵三种类型。泵的具体形式通常根据不同的比转速来划分。比转速低意味着扬程高、流量小；高比转速意味着低扬程、大流量。一般认为比转速低于50的泵不适合透平运行。主要原因是比转速低时，效率低。这时采用微冲式水轮机比较合适。图5所示为不同类型水泵水轮机的应用范围。

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