[01701676]大型泵站高效安全核心技术创新与应用

本项目成果属于水利工程领域，涉及大型泵站工程的核心技术创新。我国泵站装机总功率近8000万kW，规模位居世界第一，消耗的能源占农用总能耗的25%。但是泵站现场实测平均效率仅为(40-50)%，能源单耗为6-7kW.h/(kt.m)，距部颁标准(≤5kW.h/（kt.m))相差甚远，每年多耗电能数十亿度，浪费惊人；工程实践中大量泵站由于旋涡、回流引起水力激振，导致泵机组损坏，严重危害泵站安全运行，造成巨大经济损失。2011年中央1号文件要求全面建成防洪减灾体系，大型泵站作为防洪减灾体系的重要组成部分，承担着排洪排涝、供水调水的重大任务；泵站建设改造是亟需加强的水利基础设施重点建设环节。随着国家南水北调、淮河治理、太湖流域治理等重大工程的实施，对大型泵站性能和可靠性提出了更高的要求。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。项目组在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，历时20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。其主要技术创新有：（1）针对大型泵站核心部件水泵，基于三维流动和平面叶栅理论，研发了多目标、多工况、集成优化设计和水泵叶片曲面全域数字化的成套技术，研制出高效区宽广、泵段最高效率达86%以上的轴流式水泵和综合效率大幅提高的对称翼型叶轮水泵。（2）运用球形测针、LDV和PIV技术揭示了泵系统流动规律和非稳定区特性，建立了以最小阻力损失为目标的泵系统关键构件优化模型，研发了高效S形弯管和曲线扩散柱面出水结构，分别应用于轴伸式贯流泵和双层箱型通道泵系统，提高泵系统的效率分别达4和8个百分点，突破了双层箱型通道泵系统效率低下的瓶颈。（3）提出了以泵系统性能最优为目标的等扬程加大流量的水泵选型方法，修正了长期以来造成泵系统高效点偏离的传统选型方法，确保泵系统高效运行；基于叶轮进出口流动分析，提出了水泵变角调节公式，破解了水泵变角性能无法换算的难题，为水泵选型和应用提供了重要的理论和技术支撑。（4）揭示了大型泵站进水回流的机理和旋涡运动的时空特性，基于最小能耗率理论和涡管能量守恒原理，提出引河前池断面优化设计方法，研发了改善流场分布的水流调控和防涡消涡技术，解决了泵站水流无涡设计的关键技术难题，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、实用新型专利3项、软件著作权2项，编写水利行业标准2部，发表EI收录论文90多篇；成果已在国家南水北调、淮河和太湖治理等重大工程及江苏、浙江、上海、安徽、广东、新疆等省(市、自治区)50余座大型泵站中得到了成功应用，取得经济效益59.8亿元，防灾减灾、环境生态社会效益非常显著。