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科技日报这个科研团队10年精研“治水良方”，破解我国大流量泵站建设发展"瓶颈”


科技日报采访人员?过国忠 通讯员?虞璐
类似南水北调工程大流量泵站建设发展过程中 ， 长期存在泵装置过流通道的水力设计与泵房水工设计、结构设计各个环节不协调 ， 进、出水流道优化水力设计方法滞后、泵站水力系统设计不当等问题 ， 已成为阻碍我国大流量泵站建设发展提升的“瓶颈”问题 。
5月10日 ， 采访人员从扬州大学了解到 ， 由该校陆伟刚教授团队承担的《南水北调工程大流量泵站高性能泵装置关键技术集成及推广应用》研究项目 ， 历经10多年坚持不懈科研攻关 ， 创建了高性能大流量泵站协同优化设计方法 ， 有效解决了泵装置水力设计与泵房水工设计、结构设计之间错综复杂的跨专业协同优化问题 ， 最大限度地实现了泵站运行的稳定性、可靠性和高效性 。 目前 ， 相关研究成果已在南水北调工程得到应用 。
科技日报这个科研团队10年精研“治水良方”，破解我国大流量泵站建设发展"瓶颈”
本文插图
图为：陆伟刚教授正在对泵装置流道模型加工制作进行指导
陆伟刚告诉采访人员 ， 目前 ， 大流量泵站在我国广阔的平原地区应用十分广泛 ， 在水资源调配、抗洪排涝、水生态改善、农业排灌等涉及国家水安全的重要领域发挥着日益突出的作用 。 但长期以来 ， 在大流量泵站建设发展过程中 ， 长期存在泵装置过流通道的水力设计与泵房水工设计、结构设计各个环节不协调 ， 进、出水流道优化水力设计方法滞后、泵站水力系统设计不当等问题 ， 是阻碍我国大流量泵站建设发展提升的“瓶颈”问题 。
在陆伟刚看来 ， 大流量泵站设计是一个复杂的系统工程 ， 包括水力设计、水工设计、结构设计等多个方面 ， 在泵站实际建设实施中 ， 存在着相互之间不协调的问题 。 如何协同优化设计不仅仅是技术层面的问题 ， 更需要推行跨专业协同优化设计的新理念 。
安全、稳定、高效是大流量泵站建设的目标 。 自启动此项科研项目10多年来 ， 陆伟刚带领团队不分寒暑、披星戴月 ， 先后走访了江苏、安徽、上海、北京、浙江、山东、湖北和湖南等多个省市 ， 实地调研考察大流量泵站运行现场及存在问题 。 团队先后完成了100余项泵站流道优化数值模拟研究 ， 加工了100余个泵装置流道模型并完成了相应试验 ， 同时获得近100个纵、横向项目的经费支持 。
“项目工程不仅要通过水闸排水和引水 ， 必要时还要泵站抽水排涝 ， 而排除的涝水有时来自于湖区 ， 有时来自于圩区 ， 枢纽工程相当复杂 ， 泵站前池水流态十分混乱 。 ”科研团队成员徐磊说 ， 如何克服各种复杂问题保证水泵正常运行 ， 成了摆在团队面前的新挑战 。
“受技术因素的限制 ， 我国早期的泵装置流道设计只能采用基于断面平均流速的一维设计方法 ， 但这种方法已无法满足大流量泵站的建设发展需求 。 ”陆伟刚说 ， 随着计算机技术和计算流体力学理论的发展 ， 我们团队凭借丰富的前期“实战”经验 ， 在国内率先提出了“流道三维优化设计方法” ， 并经过大量研究与实践 ， 建立了基于计算流体动力学的进、出水流道三维优化设计理论与方法 ， 发明了水力性能优异的大流量泵站系列化进、出水流道 ， 大幅提高了泵装置的能量性能和空化性能 。
徐磊介绍 ， 这些研究成果来之不易 。 每一次试验 ， 从电脑设计到制作模型 ， 再到模拟测试 ， 工作量很大 。 如 ， 有时要搭建几十米长的泵站水工模型试验装置 ， 经常需要进行泵站流道和泵装置模型试验 。 再以泵装置的能量性能试验为例 ， 团队要对按比例缩放的装置模型进行测试 。 一般情况下 ， 一次试验要测试不少于6个水泵叶片角度 ， 每个叶片角度测试不少于15个工况点 ， 测试参数包括压力、流量、转矩、转速等 。
采访人员了解到 ， 由陆伟刚教授团队集成研发的南北水调工程大流量泵站高性能泵装置关键技术 ， 经水利部组织的专家组鉴定 ， 其设计方法和工程应用成果达到了国际领先水平 。 查新结论显示 ， 团队所研发的立式轴流泵装置、斜式轴伸泵装置、前置竖井式贯流泵装置和导叶式混流泵装置等4种主要型式大流量泵装置的效率均达到国内外最高 。日前 ， 陆伟刚教授团队研究成果《南水北调工程大流量泵站高性能泵装置关键技术集成及推广应用》 ， 获得了2019年度江苏省科学技术一等奖 。


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