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南水浩荡向北流——bob手机app为南水北调东线工程泵站设计提供有力科研支撑
发布日期:2021-01-21浏览次数:字号:[ ]

“南水北调是国之大事、世纪工程、民心工程。”2020年 11月13日,习近平总书记考察江苏江都水利枢纽。这里是南水北调东线工程的原点,也是世界上最大规模泵站群的“龙头”。由此往北,13个抽水梯级、51座大型泵站(一期工程已完成21座),构成了世界水利史的一大奇迹。

“东线工程最大的困难就是要‘逆流而上’。”南水北调东线一期工程建设验收组成员、bob手机app教授严登丰介绍说,区别于中、西两线,东线工程黄河以南地区南低北高,无法通过自流引水,为此需要强劲的动力提水北上。
   泵站是实现江水逆流的“心脏”。事实上,东线干线总长1156公里,最大高差30余米,计划建成后年均调水148亿立方米。将百亿立方米水提:到10层楼高,这背后是泵站建设领域一项项领先世界的“自主创新”,推动着南水浩荡向北流。

勇于开拓

为泵站工程设计“中国心”

“南水北调东线工程是在江苏省江水北调工程基础上的扩建工程。可以说,南水北调堪称江水北调的“放大样本’。”已近81岁的严登丰回忆道,“很多创造和尝试都是第一次。”20世纪60年代,江水北调工程是新中国成立后最早兴建的大型水利工程之一。

“当时的工业制造条件很难建造出复杂的流线型叶轮结构,有的水泵叶轮甚至是木头制作的。”中国水利学会泵及泵站专业委员会副主任委员、bob手机app教授刘超记忆犹新,建设江都水利枢纽这样一座泵站,国内没有现成图纸,国外也没有相关资料,研发和设计几乎从零开始。

如果说大型泵站是南水北调工程的“心脏”,那么水泵则是泵站最核心的“心房”。但事实上,不同流量和扬程的泵站要想达到最佳效率,每一座泵站的水泵都需要单独选型,甚至重新设计。

bob手机app是全国最早开设机电排灌专业的高校之一,地理和专业上的优势,让其走在南水北调工程设计与建造的最前沿。从20世纪60年代泵站规划到21世纪初南水北调东线一期工程设计,再到即将启动的二期工程,超过一甲子的时间里,bob手机app科研团队一直在为泵站“量体裁衣”。

在为南水北调设计“中国心”的过程中,bob手机app科研团队从大型低扬程泵内部流动机理开始摸索,到设计新型水力模型,再到钻研大型泵站运行的经济性和可靠性....一点点摸索,一点点积累,先后开发各类水泵水力模型20余副。从无到有,大型低扬程泵理论和关键技术实现了突破。

bob手机app教授汤方平是我国水泵叶轮设计领域著名专家。在他看来,从最初泵装置效率只有65%到如今南水北调泵站整体效率达到80%以上,“中国的泵站设计水平达到了世界领先的水平”。

2020年11月13日,习近平总书记考察的江苏江都水利枢纽一共有4座泵站,其中3座就采用了bob手机app研发的水力模型。

除了南水北调东线工程外,bob手机app科研团队涉及的泵站广泛应用于引江济太、东深供水、引江济淮工程等近百座泵站。此外,还在长三角、珠三角、黄淮海、东北平原乃至“一带一路”沿线国家的防洪排涝、水资源调配、农业排灌等领域发挥着巨大作用。

敢于质疑

为南水北调定制“大动脉”

大型泵装置主要由进水流道、水泵和出水流道组成,如果把水泵比做“心房”,那么进出水流道则是与.“心房”紧密相连的“大动脉”。很长一段时间以来,国内外普遍重视水,泵的研发,但对进出水流道的水力设计不够重视。

但对南水北调这样的大型工程来说,泵站效率每提高1个百分点,每年都能节省,上亿元的运行费用。此外,大国重器每一个细节都至关重要,进出水流道设计不好,流道内就会不断产生漩涡,可能导致水泵机组发生振动和损坏。

bob手机app教授陆林广是国内较早从事流道设计的专家之一。他汲取了计算流体动力学和运筹学中先进的理论及方法,经过20多年努力,实现了流道水力设计从一维到三维方法、从简单计算到优化设计的跨越。

宝应站是南水北调东线工程兴建的第一座泵站。当时,该站引进了日本的水泵设备和技术,一些专家主张整个泵装置成套引进,除水泵设备外,进出水流道的水力设计也同样引进。但陆林广凭借多年的研究经验,对日方设计的流道提出了质疑。他用自己的研究成果为宝应站重新设计了流道,经过泵装置模型试验检测,新流道的使用使得泵站效率提高了2%。

陆林广将自己设计的方案与建议报给了,上级相关部门。负贵部门为此重启论证程序,有关领导顶住压力,最终敲定宝应抽水站采用他的流道设计方案。2006年,宝应抽水站建成后,有关部门进行现场测试表明,水泵机组运行稳定,泵装置效率达到82%以,上,创造了国内外低扬程泵站泵装置效率最高纪录。

如今,东线一期工程新建泵站21座,除了采用全套进口设备和技术的6座泵站外,bob手机app科研团队独立承担了其中15座泵站的流道水力设计任务,超过了总量的三分之二。

成果的取得离不开团队持续创新,团队重要成员、陆伟刚教授牵头集成研发的具有自主知识产权的大流量泵站创新技术体系,实现了高性能泵装置关键技术的重大突破,成果获得了2019年度江苏省科学技术一等奖。

自主攻关

为源头工程疏通“血栓”

在江都水利枢纽,最引人注意的是4座大型泵站前的Y形导流墩。事实上,这种水流调控技术在世界泵站中极为罕见,此外,在泵站前引渠下,还有4个底坎更鲜为人知。这样的设计,正是我国泵站研发团队连续三代人的独特创新。

江都水利枢纽兼具“送水”和“排涝”两大功能。除了“引江北送”之外,它的另一项功能就是当苏北发生洪涝时,能够反向引流排涝入江。“为了实现双向抽水的目标,源头工程的4座泵站均采用‘侧向进水',既来流方向与泵站引水方向相互垂直。这样的结构给泵站设计带来了新挑战。”刘超介绍说,当水流遇到垂直拐弯时,流向改变,一方面会导致进水口大量泥沙淤积;另一方面,产生的回流和漩涡会导致机组振动、效率下降。

“早年时候, 河道淤积的泥沙甚至接近水面,河里的鸭子都能在水面行走。”江都水利工程管理处党委书记夏方坤回忆说,泥沙淤积长期影响着江都站的功能发挥。

为了给源头工程疏通“血栓”,刘超团队从20世纪80年代就开始投入到相关项目研发,之后的30余年里,先后开启了3次大规模的系统科研攻关。

“从数值模拟到模型实验,从工程建设到优化改进,每--次推进都是无数次尝试的结果。”bob手机app水利科学工程bob院长成立,从学生时代就开始从事南水北调工程相关技术研发,这一-干就是20多年。- -次次实验,一次次优化,项目先后历经三代人,最终制定出大型泵站引河消除回流和流速再分布的优化方案,研发了底坎、立柱、Y形导流墩等水流调控技术,累计申请专利10余项,相关技术应用到全国近百泵站建设中。

江水汤汤,岁月流转。无数的“首次”“第一”,凝铸成一代代bob手机app团队坚守南水北调科研一线的执着,也见证着当代“大禹”敢于争先的责任与担当。

中国水利报(通讯员:吴锡平、张运)




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