[00370572]平原地区排灌机组性能优化与运行安全关键技术及应用

该项目属能源动力系统节能减排领域。 项目概述：开发优异的水泵装置模型、探明影响机组运行稳定性的机理、提高机组的测量精度和研发机组过流部件抗空蚀防腐蚀防护涂层是保障平原地区排灌泵站机组高效、安全运行的技术关键；但常规的研究方法及技术手段无法有效解决机组效率低、启动困难、测流精度低、过流部件空蚀腐蚀破坏严重等难题；项目的关键技术属于流体力学、水力机械、量测、材料科学等多门学科的综合性研究；研究成果对于推动江苏省乃至全国平原地区排灌泵站的设计、施工、运行具有重大意义。 主要创新点：在水利部科技支撑计划、国家自然科学基金及江苏省重大科研项目等支持下，项目团队经过15年的科研攻关，取得的创新成果如下： (1)揭示了水泵装置几何参数-内流演变-外特性之间的关联响应机理，首次构建了“流道-叶轮-导叶”三者耦合的泵装置水力设计方法，攻克了平原地区灌排机组水力模型效率低下的难题。 (2)首创了过渡过程全三维数值模拟方法，构建了水泵机组压力脉动、动应力和振动特性的试验测试系统，揭示了水力机组过渡过程动态外特性和复杂多相流场瞬变规律，开发了高精度的湍流模型，探明了泵装置马鞍区运行的水动力学机理，准确提出了马鞍区流量占比范围，保障了机组运行安全。 (3)构建了基于多声路过轴线交叉布置的不规则断面测流方法，攻克了低扬程泵站水泵装置复杂不规则断面流道测流精度低的难题。 (4)研发了排灌机组过流部件成分-结构-性能一体化设计的防护涂层，建立了涂层孔隙率、硬度、弹性模量等结构参量与空蚀性能之间的内在联系，揭示了涂层的空蚀腐蚀耦合失效机理，提高了机组的运行寿命。 专利、论著及人才培养：获得授权发明专利32项，获软件著作权1项；出版专著3部，发表论文119篇(其中SCI检索40篇)；培养了60名博士、硕士研究生以及一大批该领域技术人员；项目相关成果获得江苏省优秀博士论文、江苏省优秀硕士论文、全国水电行业技术交流优秀论文、亚太地区国际技术交流优秀论文。 技术经济指标：研发的系列轴流泵水力模型，最高效率较同期最高效率相比提升约5％，高扬程贯流泵装置由同期泵站的最高效率79.5％提高到81.5％；给出更为准确地马鞍区流量范围，使水泵机组高扬程运行范围拓展了15％，实现了机组100％启动成功率；复杂不规则断面泵站测流精度由±3％降低到±1.2％；水泵叶片损伤减小60％以上，使用寿命延长3-5倍。 应用推广及效益：研究成果应用于平原地区吉林省哈达山松原灌区工程乾安灌片安字泵站、淮安一站、淮安三站、淮安四站、淮阴二站、滨海站、大套一站、大套二站等60余座大型排灌工程中，提高了机组的效率，减轻了机组的振动和摆度，延长了机组的检修周期和使用寿命，取得了显著经济效益和社会效益。近二年来为中国长三角、珠三角等平原地区排灌机组节电约2.7亿度，产生经济效益1.764亿人民币；仅南水北调东线调水工程，一年可减少水量损失近2亿m³。成果获2019年江苏省力学学会科学技术奖特等奖。