在海水淡化、污水处理和合成氨脱碳等许多工艺流程中,存在着大量的高压液体,采用节能技术高效回收这部分液体压力能可有效减轻能源紧缺的压力。透平增压技术是一种具有很大发展潜力的新型液体余压能量高效回收技术,适用于具体工艺的透平增压泵高效水力模型的设计是亟待解决的关键问题。首先,以三段式脱盐水处理工艺参数为基础,借鉴反转泵式液力透平与相关流体机械设计理论,对透平侧进行了初步水力计算,利用ANSYS-BladeGen软件对透平叶轮进行了建模与优化,再利用ANSYS-CFX完成了透平侧模型的全流场数值模拟和外特性曲线绘制,得到了满足工艺要求的透平侧水力模型;其次,选取透平叶轮包角、叶片数目、出口角度等关键参数进行了流场分析,得到了各参数对透平特性的影响规律,并给出了设计工况下的最优透平侧模型;接着,基于高速离心泵的设计理论,设计了同轴的泵侧水力模型,并与透平侧结合建立了透平增压泵整体模型;最后,设计搭建了透平增压泵测试试验台,测试了透平增压泵样机的水力特性,试验结果表明透平增压泵性能满足工况设计要求,并验证了数值仿真结果的正确性。本文通过理论计算、数值模拟与试验测试相结合的方法,在水力特性分析的基础上,设计了满足三段式脱盐水处理工艺要求的高扬程小流量高效透平增压泵水力模型,总结了高扬程小流量透平增压泵的设计方法,可为液体余压能量回收透平增压泵的设计和应用提供参考。