现代工业众多流程中，普遍存在工艺液介质的“增压—减压”循环。在该循环中，工艺液压力能往往会被简单地排空。由于现代装置规模巨大，此类循环能量浪费总量惊人。而液力透平是回收液体余压能最为有效的方法，能将液体压力能转化为机械能输出，实现余压能的回收利用，变废为宝。航天科技集团六院北京11所敏锐发现了其中商机。

前有市场蓝海 后有政策支撑

2020年9月，我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，要实现“双碳”目标，就必须采取各种方法提高能源利用效率。在工业生产中，每生产1万吨合成氨，液力透平最多可回收电能20万千瓦时，折算为碳减排量是544吨。2022年，我国合成氨产量5135万吨，如应用液力透平，最多可节能10.3亿千瓦时、减少碳排放近280万吨。也就是说，如果在类似工艺液增减压循环的流程中有效应用液力透平，可以呈现出十分可观的节能减排效果。

基于此，液力透平已被列入国家发改委《中国节能技术政策大纲》，作为多种大规模工艺装置的准入项强制配套推广。除此之外，液力透平相关技术也被列入科技部“十二五”国家科技支撑计划。

对于工业企业来说，使用液力透平经济效益十分显著。以30万吨/年合成氨生产装置为例，使用液力透平后，年均节约电费187万元，不到两年即可收回设备投资成本。

在政策和效益的双重驱动下，新建装置低能耗准入和已有装置降耗改造必然成为趋势。国内市场对于液力透平尤其是大功率液力透平产品的需求日益旺盛，预计未来5年内国内余压能回收液力透平市场规模将达到数十亿元级别。

“我们关注液力透平领域，主要是因为政策的大力支持和可观的应用市场。”北京11所副所长张彦军说。

传统方法技术制约 国内外产品差距明显

出于技术经济成本考虑，传统工业液力透平多使用反转离心泵方法设计。但受限于水力结构特性，离心泵反转用作液力透平时，存在诸多不足。工业流程中，受上游投料和下游产出的影响，工艺液往往流量和压力波动较大，如原型泵选择不合理、水力修型不精准，那么工况适应性差的固有缺点就会被放大，只能运行在低效和不稳定工作区，余压能回收效果打折，甚至拖累整套装置。

因此，反转离心泵设计法要求设计方在泵模型库及样机试验数据方面有深厚的积累，且对原型泵叶轮等过流部件要有丰富的工程经验。国际主流泵厂具备上述技术基础，其液力透平产品均采用了反转离心泵技术路线。而国内厂商由于起步较晚、缺乏相关积累，反转离心泵液力透平产品基本面临效率上不去、运行不稳定的技术瓶颈，难以获得运行业绩和口碑，市场开拓艰难。此前，国内600千瓦以上液力透平产品基本全部依赖进口，采购维护成本和周期耗费巨大。集团公司学术带头人、北京11所泵阀总工吴玉珍说：“实现技术突破是我们要思考的重要问题。”

创新突破 实现性能赶超

北京11所作为我国液体火箭动力事业发源地和国内知名高端流体机械供应商，在泵和涡轮领域有深厚的积累。通过深入挖掘和分析工业液力透平设计理论、应用现状和国内外技术差距之间的内在联系，该所得出结论：只有采用创新设计方法，才能突破对模型和经验的过分依赖，实现更合理的水力结构、更优的工作稳定性、更宽的高效工作区、更强的工况适应性。

说干就干！该所组建了以吴玉珍为首的研发团队。经过近两年时间数十轮的“设计—仿真优化—试验迭代”，最终形成了全新的液力透平直接正向设计方法。

用该方法开发的国内首台自主兆瓦级液力透平在中石油宁夏石化成功上线应用。与国际龙头日本公司同规格产品相比，该产品峰值输出能力更高、价格成本更低，而且可根据现场安装条件进行个性化定制。产品研发一举成功，其技术经中国石油和化学工业联合会鉴定达国际先进水平。

掌握核心设计技术，拥有国内兆瓦级产品首套应用业绩，北京11所对未来进一步开拓市场信心十足。未来，该所将充实研发力量，完善产品型谱，积极应对市场需求，为实现技术转化、创造经济效益、建设低碳社会贡献力量。（赵钊 齐南南）