当前全球淡水资源紧缺,反渗透海水淡化技术是目前市场化较高、具有广泛应用前景的主流技术。能量回收装置是反渗透海水淡化系统的三大关键部件之一,与国外先进技术相比,能量回收一直是制约我国海水淡化装置发展的主要瓶颈。本文以柱塞泵与能量回收一体机为研究对象,通过理论研究、仿真分析和试验验证对其运行过程中的耦合特性及影响因素进行分析,揭示关键参数的影响规律,可为一体机的优化设计提供理论借鉴。本文的研究依托于国家重点研发计划“海水淡化泵与能量回收一体机关键技术研究及产品开发(2017YFC0404201)”,主要研究工作及取得的成果如下:(1)对柱塞泵与能量回收一体机中的单柱塞轴向运动、单柱塞腔流量和压力、主要摩擦副泄漏量、柱塞泵和柱塞马达的流量与压力、一体机转矩等特性进行了数学建模和仿真分析,且对柱塞泵和柱塞马达的过流面积建立了详细的数学模型。三大主要摩擦副泄漏量的仿真结果表明,滑靴副泄漏最为严重,其次为配流副泄漏,柱塞副泄漏量最小。柱塞泵出口流量和压力、柱塞马达进口流量在一个旋转周期内均呈现出9次脉动,柱塞马达进口压力脉动变化微小。一体机转矩的仿真结果表明,柱塞马达实际输出转矩占柱塞泵实际输入转矩的57.68%。(2)对柱塞泵与能量回收一体机在不同结构参数下的耦合特性进行了仿真分析,仿真结果表明,随着柱塞泵斜盘倾角增加,柱塞泵出口流量和流量脉动幅值、柱塞泵实际输入转矩和转矩脉动幅值、电机实际输出转矩和转矩脉动幅值均呈明显上升趋势;随着柱塞马达斜盘倾角增加,柱塞马达进口流量和流量脉动幅值、柱塞马达实际输出转矩和转矩脉动幅值均逐渐增加,电机实际输出转矩减少而转矩脉动幅值略微增长;随着柱塞副和滑靴副间隙增加,柱塞泵出口流量和流量脉动幅值均显著降低,柱塞马达进口流量和流量脉动幅值均逐渐增大;随着配流副间隙增加,柱塞泵出口流量和流量脉动幅值均逐步下降,柱塞马达进口流量增加而流量脉动幅值变化微小;改变U型槽的长、宽、高,柱塞泵柱塞腔的流量和压力均受到不同程度的影响。(3)对柱塞泵与能量回收一体机在不同运行工况下的耦合特性进行了仿真分析,仿真结果表明,随着电机转速增加,柱塞泵出口流量和流量脉动幅值、柱塞泵实际输入转矩和转矩脉动幅值、柱塞马达进口流量和流量脉动幅值、电机实际输出转矩和转矩脉动幅值均有所增加,柱塞马达实际输出转矩减小而转矩脉动幅值略微增大;随着柱塞泵进口压力增加,柱塞泵实际输入转矩和转矩脉动幅值、电机实际输出转矩和转矩脉动幅值均逐渐减小;随着柱塞泵出口压力增加,柱塞泵出口流量稍有降低而流量脉动幅值略微增大,柱塞泵实际输入转矩和转矩脉动幅值、柱塞马达进口流量和流量脉动幅值、柱塞马达实际输出转矩和转矩脉动幅值、电机实际输出转矩和转矩脉动幅值均逐步增加;随着柱塞马达出口压力增加,柱塞马达实际输出转矩减小,而电机实际输出转矩增加,二者的转矩脉动幅值均变化微小。(4)对柱塞泵与能量回收一体机中的柱塞泵和一体机整机分别开展了性能试验,试验结果表明,随着电机转速增加,柱塞泵出口流量和容积效率均逐渐增大;随着柱塞泵进口压力增加,柱塞泵实际输入转矩逐渐减小而机械效率减小量极小;随着柱塞泵出口压力增加,柱塞泵出口流量和容积效率均逐渐减小,柱塞泵实际输入转矩和机械效率则显著上升;柱塞泵和一体机试验所得结果与仿真计算值基本一致。