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世界观速讯丨解密叶轮与水流互动，消除水泵“心病”
发布时间：2022-11-30 12:32:07 文章来源：科技日报
解密叶轮与水流互动，消除水泵“心病”

目前，该系列成果转化后约占全国同类产品总产量的60%以上，并转让荷兰、日本、德国等世界泵业巨头及骨干企业100余家。仅上海凯士比、日立无锡等15家企业，近2年新增销售额32.09亿元、利润3.09亿元，产品远销欧美、东南亚等。


(相关资料图)

从农业排灌到流域调水、从排水排污到石化运输、从海水淡化到能量回收、从军工核电到航海航天，都离不开各种流体装备。

近日，江苏大学流体机械工程技术研究中心（以下简称流体中心）迎来60华诞，科技日报记者获悉，流体中心自主研发的水力模型，解决了我国流体装备的核心基础问题，应用于南水北调东线和中线工程21座泵站，占泵站总数的70%以上。

“通俗地说，泵就是流体装备的一种，我们针对各种流体装备及系统开展基础理论研究与关键技术开发，研发出国民经济重大工程所需的系列新技术、新产品，解决了流体装备的‘心病’。”流体中心党委书记张德胜介绍说，目前流体中心80%以上的科研成果已成功转化为生产力，与1000多家企业进行合作，开发新产品600余种。

摸清叶片与液体间的力学作用

泵是用来输送液体或使液体增压的机械。以常见的叶片泵为例，拆开螺旋状的外壳，里面就是一组叶轮，利用叶片和液体的相互作用就可以输送液体。

但是，看似简单的泵却蕴涵着大学问。“想要让泵高效省电，噪音低、扬程高，就必须把叶片与液体之间的力学作用研究清楚。”张德胜告诉科技日报记者，比如在水利行业广泛应用的大型低扬程泵，在我国的总装机容量及规模居世界第一，但是过去长期存在低扬程泵内流机理不清、水力模型缺乏、效率低、汽蚀严重、可靠性较差等急需解决的行业难题，严重影响了国家重大工程和液体机械装备业的发展。

张德胜介绍，流体中心依托国家水泵工程中心和国家重点学科，经过三代人、40多年理论研究和大量工程实践，终于解决大型低扬程泵的“心病”。

他们构建了叶轮复杂湍流场三维粒子成像测速系统，揭示了低扬程泵复杂的空化形态及其演化规律，通过建立叶轮轴面速度分布数学模型，破解了高效叶轮流动“密码”。20世纪80年代末，我国第一个适用于水力机械的“791翼型”在江苏大学诞生。“791翼型”解决了叶片设计的核心基础问题。

2010年，他们又提出了低扬程泵叶轮非线性环量设计理论和方法，解决了低扬程泵效率低、空化性能差的行业难题。在此基础上，诞生了我国紧缺的新一代高性能低扬程泵优秀水力模型。

此外，流体中心还与相关单位合作研制成功了大型低扬程灯泡贯流泵和竖井贯流泵总体结构型式，解决了工况调节、机组传动、部件支撑、密封等关键技术，提高了机组效率和系统运行稳定性。

目前，这一系列成果转化后约占全国同类产品总产量的60%以上，并转让荷兰、日本、德国等世界泵业巨头及骨干企业100余家。仅上海凯士比、日立无锡等15家企业，近2年新增销售额32.09亿元、利润3.09亿元，产品远销欧美、东南亚等。

服务南水北调等重大工程建设

水资源时空分布不均和供需矛盾突出是我国可持续发展的主要瓶颈。为了解决水资源不均衡的问题，我国启动建设了南水北调跨流域调水工程。南水北调不仅是世界规模最大的梯级泵站工程，也是我国北方重大战略性基础设施，就像一条条蜿蜒的血脉，为北方缺水干旱地区送来汩汩清流，而大型低扬程泵则是其核心动力“心脏”。

过去，我国的大型低扬程泵市场主要被日本、荷兰等国外大公司产品所占据。为了能让国家重大水利工程用上中国泵，2004年，在南水北调工程建设之初，国家水利部专门在天津举行了一次“擂台比武”，让国内外22个水利模型进行同台测试。结果，首次亮相的江苏大学水力模型就显示出优异的综合性能，过流能力提高12.5%，最优效率提高3个百分点，综合技术指标达到国际领先水平，一举击败国际顶尖竞争对手。

目前，该系列大型低扬程泵已成功应用于南水北调东线、中线21个泵站，占泵站总数的70%以上。

截至5月13日，南水北调东线和中线工程累计调水量达到531亿立方米。南水已成为京津等40多座大中城市280多个县市区超过1.4亿人的主力水源。

大型低扬程泵还广泛应用于长三角、珠三角、黄淮海、东北平原等地的防洪排涝、水资源调配、水环境改善、农业排灌等重要领域及大中型泵站更新改造工程中，显著提升了我国大型低扬程泵的技术水平，在引领行业发展、推动行业进步、抗旱减灾、节能减排等方面发挥了重大作用。

近年来，流体中心又瞄准能源、国防、农业领域流体装备需求，研发高效离心泵、核电泵、新型节水灌溉装备等多种液体机械装备，成功应用于辽宁舰、华龙一号、东北节水增粮工程等，并获得国家科技进步二等奖2项。

助力“水泵之乡”转型升级

20世纪80年代初，《人民日报》上的一篇报道引起了流体中心关注，这篇报道讲述了石家庄一名妇女背着孩子跑到沈阳水泵厂购买家用水泵的故事。

他们敏锐地洞察到，家庭联产承包责任制将带来微型泵需求的爆发式增长。

为此，他们向上级部门建议开发适合家庭使用的微型泵，很快得到批示立项。流体中心将全国重要工厂的技术人员集中到学校组成联合设计组，开发研制小型潜水电泵和微型泵，设计的系列产品很快投放到市场，深受农民欢迎。

同时，这也带动了浙江温岭、山东淄博等中小型泵生产基地的发展。温岭是中国水泵制造之都，有3000余家相关生产企业，主要生产各类小型泵产品，销量约占全国70%；产品出口到180多个国家和地区，是世界最大的水泵制造基地。该领域2021年总产值近600亿元，占温岭市工业总产值的45%。

随着市场需求日趋多样，用户对泵系统的运维智能化综合管控也提出了更高要求，此时的温岭中小企业却显得后劲乏力，研发创新能力不足，同质化竞争也很严重。

2019年，江苏大学流体机械温岭研究院成立，这为水泵之乡带来了凤凰涅槃的生机。张德胜说，他们的使命就是帮助当地中小企业转型升级，并助力打造温岭市泵与电机的千亿产业集群。

新界泵业是温岭一家生产各类泵及控制设备的企业，创建伊始就与江苏大学建立了良好的产学研合作关系，2008年双方合作成立江苏大学浙江新界水泵研究所（现改名江苏大学新界泵业水泵研究所）。十余年间，研究所完成了QY充油式轴流潜水电泵、高性能污水泵、5寸多级井泵混流式叶轮与空间导叶水力模型优化设计，4寸高速井泵、小型多级微型离心泵全新水力模型设计等20多项高效水力的成功开发与优化设计，共获得国家级、省部级科研成果奖17项，公司也因此获批建立国家级企业技术中心。

通过几年的运营，江苏大学流体机械温岭研究院与企业联合建立博士后工作站2个，在共性技术攻关方面，根据当地的产业需求，在研自立的项目有4项，申请获批各类科技项目有10余项，预计可以形成10余项成果供转化。

同时，流体中心还在温岭举办了水泵设计及检测技术长期培训班2期，培训人数150余人，举办短期水泵基础培训10余期，培训人数近500余人，为中小企业提供人才支撑。

此外，流体中心把当地企业纳入标准技术委员会，通过标准引领的作用，来提升企业对技术创新的重视程度。近五年，中心已带领当地企业参与国家、行业标准50余项，占全国水泵标准的50%以上。

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