[01520662]高效大型调水泵站核心技术及应用

该项目成果属于水力机械技术领域，广泛应用于跨流域调水、城市供排水、农业灌排、水环境改善等工程领域。中国泵站装机总功率近8000万kW，规模世界第一，消耗能源巨大。但泵站现场实测效率平均仅为58％左右，低于部颁标准7个百分点以上。大量泵站由于旋涡、回流引起水力振动，严重危害泵站安全。1992年南水北调工程前期研究以来，重大调水工程建设持续增长；2011年中央1号文件要求全面建成防洪抗旱体系，防洪防旱、调水工程和大型泵站更新改造的实施不断推进大型轴流泵站的新技术需求。 项目组历经20余年，在国家科技支撑计划、国家自然科学基金和国家、省重大工程研究等项目的支持下，一直致力于大型轴流泵站高效、安全关键技术的研究，解决了众多理论和复杂工程技术难题，取得了重要原创成果。 主要创新点有： (1)发明了轴流泵叶轮全工况设计方法，创建了轴流泵水力模型自动优化设计和数控加工成型的一体化集成技术。研发了系列化高效轴流泵水力模型，模型泵最高效率达86. 35％，高于国际同类模型泵，分别超过日本日立公司和荷兰斯托克公司模型泵最高效率2.17和2.45个百分点，高效区拓宽20％左右。 (2)发明了泵装置出水流道的自动优化方法，研发了以最小流阻损失为目标的泵装置关键构件优化设计技术。发明了高效S形轴伸贯流泵装置，模型泵装置最高效率达83. 55％，高于同类泵装置9个百分点。研发了曲面扩散立式双向轴流泵装置，模型泵装置最高效率达73.39％，高于同类泵装置8个百分点。 (3)国内外首次获取了泵进水旋涡的三维流动结构，揭示了旋涡的强迫涡特征和旋涡运动机理，探明了泵站进水回流的运动规律，率先研发了进水流道消涡栅、导流墩和前池底坎、导流柱等多种泵站进水防消涡和回流调控技术，解决了大型泵站机组振动和前池淤积等复杂技术问题。 (4)创建了以泵装置水力性能最优为目标的等扬程水泵选型新方法，实现了水泵与泵装置高效区的精准匹配，显著提高泵装置效率。发明了水泵变角性能预测方法，提出了水泵变角调节公式和求解相关指数的数学模型，填补了该领域该项技术空白。 成果已在国家南水北调、江苏省江水北调、引江济太和粤港供水等重大调水工程及浙江、安徽、新疆等11个省(市、自治区)160多座轴流泵站中得到了成功应用。主要成果已转让日本HITACHI的日立泵制造(无锡)有限公司、德国KSB集团上海凯士比泵有限公司及上海凯泉泵业(集团)有限公司和江苏航天水力设备有限公司等多家国内泵行业领先企业；进出水结构优化和防消涡技术为丹麦GRUNDFOS PUMP格兰富水泵(苏州)有限公司采用。2016-2017年取得直接经济效益6.52亿元，间接经济效益21.6亿元，调水排水受益城市有南京、苏州、无锡、扬州、泰州、徐州和深圳等20多座大中型城市，灌溉排涝受益覆盖面积4600多万亩，防灾减灾、经济安全、环境生态等社会效益显著。申请发明专利23项，授权发明专利12项，授权实用新型专利21项，软件著作权11项，编写水利行业标准3部，发表论文297篇，培养研究生96人。