大型灌溉排水泵站节能与稳定运行关键技术研究及应用

2017-12-22

  一、项目名称:大型灌溉排水泵站节能与稳定运行关键技术研究及应用

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2016年度大禹奖一等奖

  三、主要完成单位:中国农业大学、中国灌溉排水发展中心、中国水利水电科学研究院、株洲南方阀门股份有限公司、上海连成(集团)有限公司、山东双轮股份有限公司、常州东申泵业有限公司、山西省水利水电勘测设计研究院、安徽省水利水电勘测设计院

  四、主要完成人员:王福军、李琪、陆力、肖若富、黄靖、王家斌、王俊龙、李怀成、骆克斌、李明、姚志峰、许建中、李端明、张志民、唐学林

  五、成果介绍:

  大型灌溉排水泵站是指以灌溉排水为主要用途、设计流量大于50m3/s或总装机功率大于10000kW的单座泵站、梯级泵站或共用进水系统的平行泵站,包括大型灌溉泵站、排涝泵站和灌排结合泵站,统称为大型灌排泵站。我国大型灌排泵站的有效灌溉面积为1.92亿亩,占全国总有效灌溉面积的20.1%,多服务于大型灌区,生产了占全国总产量1/4以上的粮食和高效经济作物;我国大型灌排泵站的有效排涝面积为1.37亿亩,占全国总排涝面积的42.9%,每年平均排水约400亿m3,保护着全国约200多座城市、1.5亿群众的生命财产安全。我国大型灌排泵站数量为450处,装机功率560万kW,年耗电约320亿kW·h,相当于全国所有家庭一个月的用电量。景泰川泵站一天的耗电量就达648万度。大型灌排泵站的耗电量巨大。   大型灌排泵站具有前池水位变幅大、水泵吸水口淹没深度小、水中泥沙含量高的特点,这些特点从客观上决定了大型灌排泵站容易出现装置效率低、运行稳定性差的问题。根据“十二五”初期实测结果,我国大型灌排泵站装置效率平均只有40%,能源单耗高达6.8kW·h·m,水泵压力脉动幅值与扬程的比例高达33%,几乎所有泵站都存在汽蚀现象,实际供水保证率远低于设计值。本项目依托国家科技支撑计划和国家自然科学基金重点项目,采用理论分析、数值计算、模型实验和现场试验相结合的方法,将现代计算流体力学理论、数字设计与制造技术引入泵站分析与设计过程,研发了符合灌排泵站特点的三种低压力脉动双吸离心泵水力模型;创建了以组合式变高度导流墩和X型消涡板为结构特征的泵站前池与进水池控涡技术;研制了能够有效控制停机倒流与直接水锤的大口径自适应水力控制阀;创建了浑水条件下泵段与进出水系统动态匹配技术,发明了泵站浑水动态测量装置。这些成果突破了降低灌排泵站水泵压力脉动的技术瓶颈,奠定了大型灌排泵站稳定运行的技术基础;解决了现有泵站水力设计方法及测量控制技术无法保证水泵与泵站进出水系统流态匹配的技术难题,实现了灌排泵站高效稳定运行。借助水利部实施的“全国大型灌排泵站更新改造项目”及由水利部办公厅发文、项目组组织三次“全国大型灌排泵站节能与稳定运行关键技术培训班”,本项目成果已在全国60%的大型灌排泵站上应用。直接与项目组签订技术服务合同或产品购置合同的泵站共有129座,覆盖灌排面积2250万亩。根据测试结果,应用本成果后,泵站能源单耗平均降低1.8kW·h·m,水泵压力脉动幅值平均降低33%,年节电3.94亿kW·h,年节电节支约2.27亿元;年粮食增产7.81亿kg,增收11.71亿元,为保证我国粮食“十二连增”发挥了重要作用。项目获得授权发明专利17项,正在公示发明专利13项,获得授权实用新型专利19项;获得软件著作权11项;出版学术著作7部;发表学术论文134篇(其中SCI/EI收录论文77篇),推动了我国灌排泵站理论与技术创新。编写出版《泵站更新改造技术规范》等技术标准10部,完善了我国灌排泵站的技术标准体系,为保证我国灌排泵站规范化高水平发展作出了贡献。项目成果中的水泵水力模型及交替加载设计方法,在日立泵制造(无锡)有限公司等20多家大型水泵制造厂得到应用,用此成果制造的各类大型双吸离心泵已超过8500台,产值超过40亿元,应用于灌溉排水、城市供水、石化能源等领域,产生了广泛的经济及社会效益。

泵站流态匹配技术应用实例

交替加载式双吸离心泵(泵体)及其振动分布

交替加载式双吸离心泵(叶轮)及应力分布

组合式变高度导流墩施工现场