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

大流量泵站广泛应用于我国经济发达的平原地区，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。南水北调是缓解我国北方地区水资源短缺的战略性工程，也是世界规模最大的梯级泵站工程。

大流量泵站存在以下重大问题：泵站水力系统设计不当，导致出现脱流、旋涡、涡带等有害流态，引发水泵机组强烈振动；泵装置水力设计与泵房水工设计、结构设计各自为政；进、出水流道三维型体水力设计方法落后、泵装置效率低；进、出水流道三维型体的施工偏差大；泵装置关键技术的研究及应用缺乏系统性。

针对大流量泵站建设的各个关键性技术环节，历经16年的科学研究、技术开发和工程实践，集成研发了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。本项目获授权发明专利33件、软件著作权3件，出版专著1部、发表论文121篇，主要研究成果被国家和行业标准采纳。研究成果在南水北调工程中得到全面应用，并推广应用于全国各地的大流量泵站。

成果的先进性及创新点：

据水利部选定的检测机构对应用本成果的22座泵站的检测结果，泵装置效率平均达到80.2％，与20世纪末我国大流量泵站总体水平相比，平均提高8个百分点。据国内外查新结果，所研发的前置竖井式贯流泵装置、立式轴流泵装置、导叶式混流泵装置和斜式轴伸泵装置等4种主要型式大流量泵装置的效率均达到国内外最高。由水利部组织的鉴定认为本项目的设计方法和工程应用成果达到国际领先水平。

1.对南北水调工程大流量泵站高性能泵装置关键技术进行了集成研发，创建了以泵装置水力设计与泵房水工设计协同优化为核心的涵盖泵装置设计、流道施工和泵站现场测试评价的大流量泵站高性能泵装置成套关键技术，并将其推广应用于全国的大流量泵站。

2.提出高性能大流量泵站跨专业协同优化设计的新理念，以泵站安全稳定和高效运行为总体目标，创建了高性能大流量泵站协同优化设计方法，解决了泵装置水力设计与泵房水工设计、结构设计之间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。

3.创建了基于CFD的进、出水流道三维优化设计理论及方法，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。

4.揭示了大流量泵装置性能曲线与水泵性能曲线的高效区、马鞍形区之间的关系，创建了基于nD值调整与水泵模型优选相结合的大流量泵装置水泵选型新方法，为保证泵装置避开非稳定工况区并尽可能位于高效区运行创造了必要条件。