[01122478]大型泵站高效安全核心技术创新及应用

本项目成果属于水利工程领域,涉及大型泵站建设与改造的核心技术创新。 我国泵站规模位居世界第一,其中大型泵站483座,装机总功率400多万kW。现场实测表明大中型泵站平均效率仅（40～50）%,能源单耗6～7kW.h/（kt.m）,距部颁标准（≤5kW.h/（kt.m））相差甚远,年均多耗电能23亿度;工程实践中大量泵站由于旋涡、回流等不良进水条件引起泵机组强烈振动,危害泵站安全运行,造成巨大经济损失。2011年中央1号文件中将“大型泵站高效安全运行”列为重要攻关内容。因此,本项目研究对节能减排和促进经济可持续发展有重大意义。 泵站水力系统由水泵、过水通道和引河前池组成。优秀的水泵性能、顺畅的过水通道和良好的来流环境是泵站高效安全运行的保证。在20多项国家基金、国家支撑计划、省基金和重大工程科研项目的支持下,项目组历时二十余年致力于大型泵站高效安全核心技术研发和创新,解决了大量的工程技术难题。为我国大型泵站建设改造作出了突出贡献。“成果达到国际领先水平”[苏教鉴字[2013]第9号]。其主要技术创新如下： （1）针对大型泵站核心部件水泵,提出了多目标、多工况自动优化设计成套技术,研发了高效区宽广的系列低扬程水泵,其泵段最高效率达86.1%;首创对称翼型双向叶轮水泵,其综合效率提高了15个百分点。在国内首创大型泵站轴流泵叶片数字造型技术,为数控加工提供了技术支撑。 （2）国内率先运用球形测针、LDV和PIV技术测量了泵系统三维流场,揭示了泵系统流动规律和非稳定区特性,明确了出水通道是影响泵系统效率的关键因素,在此基础上,发明了高效S形轴伸式贯流泵和用于双层箱型流道泵系统的曲线扩散柱面出水结构,大幅度提高了两种泵系统的效率。 （3）首次提出以等扬程为原则的水泵选型方法,保证了水泵高效区与泵系统相适应;建立了水泵变角调节公式和模型求解方法,获得了不同叶片角度下水泵通用性能数值解和曲线,解决了水泵变角运行性能换算的难题,为泵站经济运行提供了重要的理论和技术支撑。 （4）采用数值模拟和实验,揭示了大型泵站引河前池内大尺度回流等不良流态的形成机理和流动规律,提出了基于最小能耗率原理的引河前池断面优化设计方法;研发了系列引河前池水流调整技术,显著改善了水流条件;阐明了泵站进水通道内旋涡发生、发展和耗散时空特性,研发了多种防涡消涡措施,解决了进水通道无涡设计难题,确保泵站安全稳定运行。 本成果共申请发明专利5项,授权发明专利2项;获授权实用新型专利6项。软件著作权2项;编写技术规范2项,在权威、核心期刊发表论文210多篇,其中EI收录100多篇;成果已在国家南水北调等重大工程及江苏、浙江、上海、安徽、广东、新疆等省（市、自治区）40余座大型泵站中得到了成功应用,取得了显著的经济和社会效益。