（流体机械及工程专业论文）大型泵站装置特性预测及优化设计研究.pdf

独创性声明 删i i r r l l fi li l li i r l l li i iif il ii y 1810117 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 李j 弹 日期：z 哆年2 刖日 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ 。 _ _ 。1 。 分类号乙壁； u d c i 型f ：圣乙 密级焦塑 编号2 生纽旦丝世 江。藩大擎 博士学位论文 大型泵站装置特性预测及优化设计研究 李彦军 指导教师 袁麦甚教授芒登主教授 申请学位级别墟士专业名称逾签扭越及王程 论文提交日期2 q q 2 笙! ! 目论文答辩日期2 q q z 玺1 2 且2 q 目 学位授予单位和日期 江菱太堂生月 日 答辩委员会主席 评阅人 2 0 0 7 年11 月 c i 嬲s i f i e di n d e x 利37 u d c 垒型f ：羔z p h d d i s s e r t a t i o n t h es t u d yo nt h ep e r f o r m a n c ep r e d i c t i o na n do p t i m a l d e s i g nf o rp u m ps e t si nl a r g ep u m p i n gs t a t i o n l iy a n j n n m a j o r ：f l u i dm a c h i n e r ya n de n g i n e e r i n g 一 一 s u p e r v i s o r ：p r o f y u a ns h o u q i p r o f y a nd e n g f e n g j i a n g s uu n i v e r s i t y n o v e r m b e r , 2 0 0 7 摘要 摘要 本文系作者以主要身份参加的水利部项目“水泵效率表达及原模型效率换算 研究”、江苏省水利厅项目“泵站水力模型选择及装置研究 和南水北调东线江苏 水源有限公司委托课题“大型泵站流道优化设计及试验研究 的部分研究成果。 论文从功能原理出发，分析了水泵机械效率、水力效率、容积效率及总效率， 提出较完善的理论表达式，并根据效率常数的换算来进行泵及泵装置效率特性的 预测；将依照断面平均流速渐变的一维设计理论与三维紊流数值仿真手段有机结 合，进行肘形进水流道与虹吸式出水流道的优化设计，并通过泵装置模型试验进 行水力模型选择，最终得到一种配置肘形进水流道和虹吸出水流道的高效率混流 泵装置，能够适用于扬程变幅较大、效率要求较高的泵站工程；针对南水北调东 线泗阳泵站的具体工程背景，经过多方案的优化设计和试验研究，最终得到水力 性能优良的蜗壳进出水流道型线方案，并使该流道形式的模型泵装置效率达到了 7 8 以上，达到或已超过常用流道型式立式泵装置效率，已逼近贯流泵装置水平， 为涡壳进出水流道在大型低扬程泵站中推广和应用奠定了基础；在充分考虑了水 泵并联运行时进水管和连接管水力损失的基础上，引入所推导的水泵效率表达公 式，建立了新的大型高扬程离心泵并联运行的最优控制数学模型，该模型更符合 水泵并联运行实际工况，并通过实际工程算例进行了验证。 本文取得的创新性成果和重要结论主要有： ( 1 ) 从分析、表达泵内各种功率损失出发，运用相似理论，创新地从理论上 建立适用于任意离心泵、轴流泵和混流泵及其泵装置的效率表达式。所提表达式 不但表达水泵总效率，同时也表达水泵分部效率；不但表达水泵泵段效率，同时 也可以表达包含流道特性的泵装置效率。可用于鉴别和评价各种已有的泵( 装置) 性能试验结果；对开发、研制高效水力模型有指导作用。 ( 2 ) 创新地利用原模型泵及泵装置的相似性实现水力损失、容积损失和机械 损失各常数的换算，借以实现泵及泵装置总效率和分部效率的换算。该换算式不 是经验公式，而是根据严密的数理关系推导得出的合理性公式，既能适用于泵， 也能适用于泵装置，且能定量表达多种因素对效率换算结果的影响。 i 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 ( 3 ) 采用数学解析的方法和流速渐变的原则对肘形进水流道和虹吸式出水流 道进行数学建模，开发了基于参数化的通用流道优化设计软件，并结合三维紊流 数值仿真手段，针对具体泵站工程优化设计出水力性能优良的通用进出水流道型 式，并通过泵装置水力模型比选试验优选出优秀的混流泵水力模型，最终使泵装 置效率在净扬程5 m 左右就已接近8 0 ，且高效范围极宽，已达到国际领先水平。 ( 4 ) 首次通过流道水工模型试验、泵装置模型试验和三维紊流数值模拟及理 论分析对蜗壳进出水流道进行了多方案的研究，优化得到水力性能优良的蜗壳进 出水流道型线方案，并使该流道形式的模型泵装置效率达到了7 8 以上，达到或己 超过常用流道型式立式泵装置效率，逼近贯流泵装置水平，对南水北调东线工程 低扬程泵站建设具有重要的参考价值。 ( 5 ) 首次考虑转速的改变及水泵并联运行时进水管和出水连接管的水力损失 对泵站最优运行方案的影响，引进具有较高拟合精度的新的泵效率表达公式，以 泵站总轴功率最小为目标函数，以供水指标和运行要求为约束条件，建立了新的 大型高扬程供水泵站优化运行的数学模型，并通过具体工程仿真试验验证了数学 模型的有效性。 本文对大型泵及泵装置的特性预测、低扬程泵装置的优化设计和高扬程供水 泵站的优化运行进行了深入的研究，获得了一系列创造性成果，具有重要的理论 意义和实用价值，其中大部分成果已用于生产实践。 关键词：水泵装置，特性预测，效率换算，优化设计，模型试验，数值模拟 abstract t h ed i s s e r t a t i o ni sa p a r to f t h er e s e a r c hr e s u l t so b t a i n e dw h e nt h ea u t h o rt o o kp a r t i nt h ef o l l o w i n gp r o j e c t s ：( 1 ) “r e s e a r c ho ne x p r e s s i o na n dc o n v e r s i o nm e t h o do fp u m p e f f i c i e n c yb e t w e e nh y d r a u l i cm o d e la n dp r o t o t y p e s p o n s o r e db yt h em i n i s t r yo fw a t e r r e s o u r c e so fc h i n a ；( 2 ) “h y d r a u l i cm o d e ls e l e c t i o na n dp u m ps e ts t u d y ”f r o mt h e d e p a r t m e n to fw a t e rr e s o u r c e s o fj i a n g s up r o v i n c e ；( 3 ) “o p t i m u mh y d r a u l i cd e s i g n a n de x p e r i m e n tf o rs u c t i o nb o xa n dd i s c h a r g ep a s s a g ei nl a r g ep u m p i n gs t a t i o n s s u p p o r t e db yj i a n g s uw a t e rs u p p l yc o ，l t d ，f o re a s tr o u t eo fs o u t e t o - n o r t hw a t e r d i v e r s i o n ；a n d ( 4 ) “e x p e r i m e n ts t u d yo fh y d r a u l i cm o d e ls e l e c t i o nf o rq i n g - c a os h a p u m p s t a t i o ni ns h a n g h a i ”c o m m i s s i o n e db yq i n g - c a os h ar a ww a t e re n g i n e e r i n g l t d i ns h a n g h a i t h ef o r m u l a sf o rm e c h a n i c a l ，h y d r a u l i c , c u b a g ea n do v e r a l lp u m pe f f i c i e n c i e sa r e g i v e nt h e o r e t i c a l l y , a n dt h ee f f i c i e n c yc h a r a c t e r i s t i c so fp u m pa n dp u m ps e tc a l lb ew e l l p r e d i c t e db yt h ec o n v e r s i o no fe f f i c i e n c yc o e f f i c i e n t t h eh y d r a u l i cd e s i g no fe l b o w i n l e tp a s s a g ea n ds i p h o no u t l e tc o n d u i ti np u m p i n gs t a t i o na r eo p t i m i z e dt h r o u g ht h e c o m b i n a t i o no fo n e d i m e n s i o n a ld e s i g nt h e o r yt h a tt h ea v e r a g ef l o wr a t ei sa c c o r d a n c e w i t ht h ep r i n c i p l eo fg r a d u a lc h a n g ea n dt h et e c h n i q u eo ft h r e e - d i m e n s i o n a lt u r b u l e n c e s i m u l a t i o n a n dt h ed e t a i l e dm o d e lt e s t so fp u m ps e th a v eb e e nc a r r i e df o rh y d r a u l i c m o d e ls e l e c t i o n s oam i x e d - f l o wp u m ps e tw i t hh i l g he f f i c i e n c yi sg a i n e di nt h ee n d w h i c hi se q u i p p e dw i t ht h ee l b o wi n l e tp a s s a g ea n ds i p h o no u t l e tc o n d u i t ，a n di tc a nb e a p p l i e dt ot h ep u m p i n gs t a t i o n sw h e nt h el i f tc h a n g e sh i g h e ra n dh i g h e re f f i c i e n c yo f p u m ps e ti sa c q u i r e d a f t e ro p t i m u mh y d r a u l i cd e s i g na n dm o d e lt e s tw i t has e r i e so f s c h e m e s ，t h em a j o rg e o m e t r i c a lp a r a m e t e r sw i t he x c e l l e n th y d r a u l i cp e r f o r m a n c e sa r e o b t a i n e df o r t h ei n l e ta n do u t l e tv o l u t ep a s s a g eo fs i - y a n g p u m p i n g s t a t i o n f o r s o u t h - t o n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t ，a n dt h ee f f i c i e n c yo ft h em o d e lp u m ps e ti sm o r e t h a n7 8 ，w h i c hh a sm e to re x c e e d e dt h ee f f i c i e n c yo fv e r t i c a lp u m ps e te q u i p p e dw i t h t h ec o m m o n l yu s e ds t r u c t u r a lt y p e so fi n l e ta n do u t l e tp a s s a g e s ，a n dw h i c hh a sb e e n a p p r o a c h i n gt h ee f f i c i e n c ya c h i e v e db yt u b u l a rp u m ps e t s ot h ef o u n d a t i o nh a sb e e n l a i df o rp r o m o t i o na n da p p l i c a t i o nf o rt h ei n l e ta n do u t l e tv o l u t ep a s s a g ei nt h el a r g e l o w l i f tp u m p i n gs t a t i o n s c o n s i d e r i n gt h eh y d r a u l i cl o s sc a u s e db yi n l e ta n do u t l e t 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 p i p e s ，a l lo p t i m a ls c h e d u l i n gm o d e li sp r o p o s e db yi n t r o d u c i n gt h ee x p r e s s i o no f c e n t r i f u g a lp u m pe f f i c i e n c yw h i c h s a t i s f i e st h e p a r a l l e l c h a r a c t e r i s t i c so f l a r g e c e n t r i f u g a lp u m p s ，a n dt h em o d e li sp r o v e db yt h es i m u l a t i o nt e s t t h ei n n o v a t i v ea c h i e v e m e n t sa n di m p o r t a n tc o n c l u s i o n so b t a i n e da r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep o w e rl o s si nt h ep u m pa n de f f i c i e n c ya n a l o g i e so fp u m pa r ed i s c u s s e d ， a n dt h ef o r m u l a sf o rm e c h a n i c a l ，h y d r a u l i c ，c u b a g ea n do v e r a l lp u m pa n dp u m p i n g s y s t e me f f i c i e n c i e sa r eg i v e nt h e o r e t i c a l l y t h ef o r m u l ad e r i v e df r o mt h ec e n t r i f u g a l p u m p ( t h ev o l u t ec a s i n gm i x e df l o wp u m p ) a n dt h ev e r t i c a la x i a lf l o wp u m p ( t h e v e r t i c a lm i x e df l o wp u m p ) a r ea l s oa p p l i c a b l et ot h ep u m p i n gs y s t e mw i t hi n l e ta n d o u t l e tp a s s a g e ，o fa n ys i z ea n da n yo t h e rp a r a m e t e r s t h ef o r m u l aa n dm e t h o d sa r e u s e f u lt od i f f e r e n t i a t ea n de v a l u a t et h er e l i a b i l i t yo ft h ep u m pc h a r a c t e r i s t i c sa n da r e i n s t r u c t i o n a lf o rd e v e l o p i n gn e wh i 曲e f f i c i e n c yp u m p s ( 2 ) b ya n a l y s i n gt h ea n a l o g i e so ft h ep u m pa n dp u m ps e tb e t w e e nm o d e la n d p r o t o t y p e ，t h ec o n v e r s i o no fo v e r a l la n dc o m p o n e n te f f i c i e n c yo fp u m pa n dp u m ps e t a r ec o m p l e t e dt h r o u g ht h ec o n v e r s i o no ft h ec o e f f i c i e n t so fh y d r a u l i c ，c u b a g ea n d m e c h a n i c a ll o s s t h ef o r m u l a eo fe f f i c i e n c yc o n v e r s i o na r en o te m p i r i c a lb u tr a t i o n a l ， a n dt h e ya r ea p p l i c a b l en o to n l yt ot h ep u m p sb u ta l s ot h ep u m ps e t s a n dq u a n t i t a t i v e e x p r e s s i o nf o rt h ei n f l u e n c eo fav a r i e t yo ff a c t o r su p o nt h er e s u l t so fe f f i c i e n c y c o n v e r s i o nc a na l s ob ea c h i e v e db yt h ef o r m u l a e ( 3 ) t h em a t h e m a t i c a lm o d e lh a sb e e nm a d ef o rt h eg e o m e t r i cc o n t o u r so fe l b o w i n l e tp a s s a g ea n ds i p h o no u t l e tc o n d u i ti np u m p i n gs t a t i o na c c o r dw i t ht h ep r i n c i p l e so f g r a d u a lr a t e ，a n dt h eg e n e r a ls o f t w a r ef o rh y d r a u l i co p t i m u md e s i g nh a sb e e nd e v e l o p e d b a s e do nt h eg e o m e t r i c a lp a r a m e t e r so fi n l e ta n do u t l e tp a s s a g e t h eo p t i m u m g e o m e t r i cp a r a m e t e r so ft h ee l b o wi n l e tp a s s a g ea n ds i p h o no u t l e tc o n d u i ta r eo b t a i n e d w i t ht h es o f t w a r e , a n dv e r i f i e dw i t hc f d t h eh y d r a u l i cm o d e lo fv e r t i c a lm i x e df l o w p u m pw i t he x c e l l e n th y d r a u l i cp e r f o r m a n c e si ss e l e c t e dt h r o u g ht h ep u m ps e tm o d e lt e s t , a n dt h ee f f i c i e n c yo ft h ep u m ps e th a sb e e na p p r o a c h i n gt h el e v e lo f8 0 a tt h en e tl i f t o f5 4m e t e r s ，w i t hav e r yw i d eo p e r a t i o n a la r e a so fh i g h e f f i c i e n c y ( 4 ) am u l t i - s c h e m er e s e a r c h o i lt h ei n l e ta n do u t l e tv o l u t ep a s s a g et h r o u g h h y d r a u l i cm o d e lt e s t ，p u m ps e tm o d e lt e s t ，c f da n dt h e o r e t i c a la n a l y s i sf o rt h ef i r s t t i m e ，a n dt h eo p t i m u mg e o m e t r i c a lp a r a m e t e r sw i t he x c e l l e n th y d r a u l i cp e r f o r m a n c e s a r eo b t a i n e d ，a n dt h ee f f i c i e n c yo fp u m ps e tw i t ht h ev o l u t ep a s s a g ei sm o r et h a n7 8 ， i v abstract w h i c hh a sr e a c h e do re x c e e d e dt h el e v e lo fv e r t i c a lp u m ps e t 、析mt h ec o m m o n l yu s e d s t r u c t u r a lt y p e so fi n l e ta n do u t l e tp a s s a g e s ，a n dh a sa p p r o a c h i n gt h el e v e lo ft u b u l a r p u m ps e t t h ea c h i e v e m e n t so b t a i n e dh a v ei m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u ef o rt h el o w l i f t p u m p 吨s t a t i o n sc o n s t r u c t i o no ne a s tr o u t eo fs o u t h t o n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t ( 5 ) t a k i n gt h es h a f tp o w e ro ft h ep u m p sa st h eo b j e c t i v ef u n c t i o n ，a n dw a t e r s u p p l yt a r g e ta n do p e r a t i o nc o n d i t i o n so fp u m p sa st h ec o n s t r a i n e dc o n d i t i o n s ，a l l i m p r o v e do p t i m a ls c h e d u l i n gm o d e lf o r t h el a r g eh i g h - l i f tw a t e r - s u p p l yp u m p i n g s t a t i o n si sp r o p o s e db yc o n s i d e r i n gt h el a y d r a u l i cl o s sc a u s e db yi n l e ta n do u t l e tp i p e s a n dt h ee f f i c i e n c ye r r o rc a u s e db yr o t a t i o n a ls p e e dc h a n g ef o rt h ef i r s tt i m e i nt h i s m o d e l ，an e we x p r e s s i o no fc e n t r i f u g a lp u m pe f f i c i e n c yi si n t r o d u c e ds ot h a tt h ep u m p e f f i c i e n c yc u r v ef i t t i n gw a sa d o p t e dw i t hh i 曲p r e c i s i o n t h ee f f e c t i v e n e s sa n dv a l i d i t y o ft h eo p t i m a ls c h e d u l i n gm o d e la r ev e r i f i e db ym e a n so ft h es i m u l a t i o nt e s t t h i sd i s s e r t a t i o nh a sc o m p r e h e n s i v ei n v e s t i g a t i o n so nt h ep e r f o r m a n c ep r e d i c t i o n f o rl a r g ep u m pa n dp u m ps e t s ，o p t i m u md e s i g no fl o w - l i f tp u m pi n s t a l l a t i o n sa n d o p t i m a lo p e r a t i o no fh i g h - l i f tw a t e r - s u p p l yp u m p i n gs t a t i o n s ，a n ds e r i e sa c h i e v e m e n t s a r eo b t a i n e d ，w h i c ha r ei m p o r t a n ti nb o t ht h e o r ya n dp r a c t i c e k e yw o r d ：p u m ps e t ，p e r f o r m a n c ep r e d i c t i o n ，e f f i c i e n c yc o n v e r s i o n ，o p t i m u md e s i g n , m o d e lt e s t ，n u m e f i c a ls i m n l a t i o n v 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 v i 目 录 第一章绪论 目录 1 1 1 大型泵站的发展与现状1 1 2 大型泵及泵装置特性预测5 1 3 大型低扬程泵装置优化设计9 1 4 泵站优化运行研究1 5 1 5 本文主要研究内容1 6 第二章泵及泵装置效率表达及应用研究 2 1 泵机械效率表达1 9 2 2 泵容积效率和水力效率表达。2 1 2 3 泵及泵装置总效率表达2 2 2 4 泵及泵装置效率常数计算2 3 2 5 泵效率表达在泵站优化运行中的应用2 4 2 6 算例。2 8 2 7 本章小结3 1 第三章泵及泵装置特性预测 3 1 现有泵及泵装置效率换算理论分析3 3 3 2 新型泵及泵装置效率特性预测理论4 2 3 2 1 机械效率及其换算4 2 3 2 2 容积效率及其换算4 3 3 2 3 水力效率及其换算4 3 3 2 4 原型泵及泵装置效率特性预测4 4 3 2 5 算例4 5 3 2 6 效率换算理论问题讨论4 8 3 3 泵及泵装置能量特性预测5 0 3 4 本章小结。5 1 第四章肘形进水、虹吸出水高效泵装置研究 4 1 研究背景5 3 v 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 4 2 4 3 4 4 4 5 第五章 5 1 5 2 5 3 5 4 第六章 参考文献 肘形进水流道优化设计研究。5 5 4 2 1 肘形进水流道型线数学模型。5 6 4 2 2 肘形进水流道优化设计程序开发6 0 4 2 3 肘形进水流道三维紊流数值计算6 1 虹吸式出水流道优化设计研究6 4 4 3 1 虹吸式出水流道型线数学模型6 6 4 3 2 虹吸式出水流道优化设计程序开发7 0 4 3 3 虹吸式出水流道驼峰断面位置的确定7 0 4 3 4 虹吸式出水流道内流数值模拟7 5 泵装置模型比选试验研究8 0 本章小结9 2 新型蜗壳流道高效泵装置研究 引言9 3 一阶段优化方案研究9 4 5 2 1 型线优化方案。9 4 5 2 2 水工模型试验9 5 5 2 3 蜗壳进水流道优化方案的改进9 7 5 2 4 一阶段优化方案泵装置模型试验9 9 5 2 5 蜗壳进水流道的内流数值模拟1 0 0 二阶段蜗壳出水流道多方案优化研究1 0 3 5 3 1 蜗壳出水流道的多方案水工模型试验1 0 3 5 3 2 二阶段优化方案泵装置模型试验验证1 0 6 本章小结1 0 7 结论与展望 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目和取得的科研成果 致谢 1 0 9 1 1 3 1 2 5 1 2 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 大型泵站的发展与现状 1 1 1 大型泵及泵站作用 泵是把原动机的机械能转换为抽送液体能量的机器。泵用来增加液体的位能、 压能、动能( 高速液流) 。按其工作原理可以分为叶片泵、容积泵和其它类型泵， 抗旱排涝和调水广泛采用叶片泵。叶片泵对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速 旋转而完成的，主要有轴流泵、混流泵( 斜流泵) 和离心泵，其中轴流泵和高比 转速混流泵具有扬程低、流量大的特点( 通常扬程小于l o - - - 1 5 m ) ，比较适用于灌 溉、调水和排水以及平原地区大流量调水工程；而离心泵和低比转速混流泵一般 用于地势起伏较大地区的灌溉或长距离有压管道输水工程。 水泵、配套动力机及传动装置的总体称为泵机组。泵装置包括水泵、进出水 流道( 管道) 及其附件( 包括断流设施) 。泵站是用以固定、安装和保护水泵及其 动力机和其他附属设备的水工建筑物，是运用泵机组及过流设施传递和转换能量、 实现水体输送以兴利避害的水利工程堙3 。 中国是一个水资源短缺的国家，我国水资源总量为2 8 万亿立方米，居世界 第六位，但人均占有量只有2 3 0 0 立方米，约为世界人均水平的1 4 。由于我国特 定的自然地理条件，水资源时空分布严重不均，北方水少，南方水多。长江以北 水系的流域面积占国土面积的6 3 5 ，水资源量却只占全国的1 9 ；西北内陆地区 面积占3 5 3 ，水资源量仅占4 6 。北方地区长期干旱缺水，尤其是黄淮海地区 人均水资源量仅为全国平均水平的2 2 ，是我国水资源供求矛盾突出的地区。我国 人多地少，为解决世界第一人口大国的吃饭问题，需要对有限的土地精耕细作， 以获得较高的单产，因此实现旱涝保收是关键。 大型泵站在大范围的农田和区域抗旱、排涝、城镇供水、污水排放、远距离 调水等方面起着关键作用，为保障人民生命财产安全，保障国民经济建设和生态 良性发展发挥重大作用。通过不断建设，全国有效灌溉面积由1 9 4 9 年前的2 4 亿 亩增加到8 5 亿亩。我国目前机电排灌保有量达7 5 0 0 多万k w ，数量遥居世界各国 首位，其中大中型泵站5 5 0 0 多座1 。 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 国内最早的大型泵站为2 0 世纪6 0 年代初期建成的江苏省江都第一抽水站， 江都一站采用的是立式轴流泵，其结构与小型轴流泵相似，水泵叶轮直径1 5 4m ， 设计扬程8m ，设计流量8m 3 s ，全站装机8 台套h 1 。此后江苏、湖南、湖北、安 徽、山东、广东和天津等省市陆续兴建了一大批区域性大范围抗旱排涝泵站和远 距离、跨流域调水工程。 1 1 2 国内泵站建设的发展与现状 我国运用机械设备作为提水排灌工具始于2 0 世纪初。沿太湖的浙江部分地区 和江苏的苏锡常地区最早采用小型内燃机带动水泵抽水；1 9 2 4 年江苏武进建成绕 线式异步电动机为动力机的电力泵站。到中华人民共和国成立前夕为止，全国机 电提水动力约6 6 万千瓦，大多为流动船机；提水灌溉面积3 7 8 万亩，占当时灌 溉总面积1 左右。 2 0 世纪5 0 年代中期开始，我国机电排灌事业一直以很高的速度发展，最早建 成规模较大的工程有：江苏省丹阳珥渎河上电力提水灌区( 8 座泵站，总提水流量 1 5 m 3 s ，装机1 5 0 0 k w ) ，河北省静海团泊洼排水泵站( 口径1 2 0 0 m m 立式轴流泵6 台套，总排水流量2 0 m 3 s ，装机1 2 0 0 k g ) ；山西省夹马口泵站( 口径6 0 0 m m 离心泵 1 0 台套，扬程7 1 m ，三级提水，总扬程1l o m ，总流量9 5m 3 s ，总装机7 8 0 0 k w ， 灌溉面积4 0 万亩) ；陕西省渭北高原提水灌区( 1 7 座泵站，泵机组5 1 台套，总装 机1 2 6 0 0 k w ，灌溉面积7 7 万亩) 。5 0 年代，江苏、浙江、福建等省还建有不少水 轮泵站、水锤泵站等瞄1 。 2 0 世纪6 0 年代初，以江苏省江都排灌站的兴建为标志，我国开始运用大型泵 机组于机电排灌工程。江都排灌站1 9 6 1 年建成一站，至1 9 7 5 年已建成大型电力 泵站4 座。连同其他江水北调及太湖、里下河地区除洪排涝工程等，江苏省已建 水泵口径1 6 m 以上轴流泵、混流泵大泵站2 5 座，泵机组1 4 0 台套，总装机2 3 5 万k w ，总设计提水流量3 0 0 0m 3 s 。其中单泵站最大流量3 6 0m 3 s ；泵叶轮直径轴 流泵最大4 5 m ，混流泵最大5 7 m 。安徽省从和县驷马山泵站开始，并以该站作为 一级站，兴建了多级提水的滁河引江工程。到目前为止，连同其他引江济淮及沿 江、沿淮除洪排涝和灌溉工程等，已建大型泵站1 0 余座，总装机约8 万k w 。湖北 省江汉平原从黄天湖、沉湖等泵站开始，已建大型泵站7 0 余座，总装机约4 0 万 2 第一章绪论 k w 。湖南洞庭湖区从沙河口、仙桃等泵站开始，已建大型泵站2 0 余座，总装机约 1 0 万k w 。 我国南方各地灌溉、调水、排水大泵站多为低扬程泵站。与此形成对照的是： 北方地区灌溉泵站中以甘肃景泰川提水工程( 抽黄灌溉，1 1 级提水，累计总扬程 4 4 5 m ，流量1 3 2m 3 s ，最大单机容量2 0 0 0 k w ，总装机6 4 万k w ，灌溉面积3 0 4 万亩) 为代表，有许多高扬程、大流量的泵站。陕西省抽黄灌溉工程，沿黄河分 别在韩城禹门口、合阳东雷、潼关港口三处建泵站，总流量5 2m 3 s 。其中东雷泵 站累计总扬程3 1 1 m ，总装机11 万k w ，二级站单级扬程2 0 0 m 以上，单机容量8 0 0 0 k w 。 大型泵站在跨地域跨流域调水，灌溉和抗旱，排除积涝，保障防洪安全，保 证农业的增产丰收，促进农村经济发展等方面都发挥了不可估量的作用。大型泵 站是我国机电排灌事业的骨干和支柱工程，为提高我国抗御自然灾害的能力，为 国民经济的可持续发展提供了强有力的保障。但是，由于我国现有的大型泵站多 数建于2 0 世纪六、七十年代，受当时的资金、设备和技术等条件的限制，泵站建 设标准偏低，设备选型不尽合理，工程配套不够健全，自动化程度低，管理手段 落后；同时，由于这些泵站已连续运行二、三十年以上，机组超期服役，机电设 备老化，工程年久失修，泵站安全和效益缺乏保障。大型泵站中存在的这些问题 严重制约着城乡经济的可持续发展阻1 。 我国人均水资源相当贫乏，而且南方水多、北方水少，年内或年际变化大。 这些特点严重制约了国民经济的发展并引起生态环境恶化。2 0 0 3 年开工建设的南 水北调就是借助于先进的工程技术手段优化配置中国水资源的一项宏伟工程。总 体布局被设计为三条调水线路，即西线工程、中线工程和东线工程，分别从长江 上、中、下游调水，以适应西北、华北各地发展需要。 东线工程主要以泵站提水为主。从长江调水到黄河南岸需设1 3 个梯级抽水泵 站，总扬程6 5 m ，穿过黄河可自流到天津。黄河以南除南四湖内上、下级湖之间 设一个梯级，其余各河段上设三个梯级。黄河以南输水干线上设泵站3 0 处；主干 线上1 3 处，分干线上1 7 处，设计抽水能力累计共1 0 2 0 0 m 3 s ，装机容量1 0 1 7 7 万 k w ，其中可利用现有泵站7 处，设计抽水能力1 1 0 0 m 3 s ，装机容量1 1 0 5 万k w 。 一期工程仍设1 3 个梯级，泵站2 3 处，装机容量4 5 3 7 万k w 。黄河以北各蓄水洼 淀进出口设5 处抽水泵站，设计抽水能力共3 2 6 m a s ，装机容量1 4 6 万k w 。 3 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ r _ 江苏大学博士学位论文：大型泵站装置特性预测及优化设计研究 南水北调东线工程泵站的特点是扬程低( 多在2 一- - 6 m ) 、流量大( 单机流量一般 为1 5 , 4 0 m 3 s ) 、