大流量泵站在我国广阔的平原地区应用十分广泛，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。但长期以来，我国大流量泵站建设发展过程中，仍然存在着不少阻碍发展的“卡脖子”难题。
自2002年起，历经十多年科研攻关和实践应用，扬州大学陆伟刚教授团队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。日前，团队研究成果《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》获得了2019年度江苏省科学技术一等奖。该研究成果已在南水北调东线一期工程中广泛应用，除整套装备进口的泵站外，其余泵站全部采用该项目研究成果。
十余年攻关 精研“治水良方”
“安全、稳定、高效是大流量泵站建设的目标。”陆伟刚说，大流量泵站建设发展过程中长期存在泵装置过流通道的水力设计与泵房水工设计、结构设计各个环节不协调，进、出水流道优化水力设计方法滞后、泵站水力系统设计不当等问题，是阻碍我国大流量泵站建设发展提升的“瓶颈”问题。
世纪之交，在陆伟刚的带领下，团队启动科研攻关项目。为攻克难题，十多年间，团队不分寒暑、披星戴月，走访了江苏、安徽、上海、北京、浙江、山东、湖北和湖南等多个省市，实地调研考察大流量泵站运行现场及存在问题。团队先后完成了100余项泵站流道优化数值模拟研究，加工了100余个泵装置流道模型并完成了相应试验，同时获得近100个纵、横向项目的经费支持。
“大流量泵站设计是一个复杂的系统工程，包括水力设计、水工设计、结构设计等多个方面，在泵站实际建设实施中，存在着相互之间不协调的问题。”陆伟刚说，如何协同优化设计不仅仅是技术层面的问题，更需要推行跨专业协同优化设计的新理念。
凭借丰富的“实战”经验，陆伟刚团队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、结构设计之间错综复杂的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。
受技术因素的限制，我国早期的泵装置流道设计只能采用基于断面平均流速的一维设计方法，但这种方法已无法满足大流量泵站的建设发展需求。随着计算机技术和计算流体力学理论的发展，该团队核心成员陆林广教授于上世纪90年代率先提出了“流道三维优化设计方法”并得到了成功应用。
经过大量研究与实践，该团队建立了基于计算流体动力学的进、出水流道三维优化设计理论与方法，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。
直面挑战 助力迈向“泵站强国”
“陆老师始终有一种不放弃的精神，他经常说，有一线希望，都要勇敢尝试。”团队成员徐磊博士说，在项目研究中，经常碰到已建泵站工程中从未遇到过的新问题。
有一年冬天，团队“临危受命”，接手了一个闸（水闸）站（泵站）枢纽工程科研项目。该项目运行条件复杂、工期紧张，使团队一度陷入“困境”。
“项目工程不仅要通过水闸排水和引水，必要时还要泵站抽水排涝，而排除的涝水有时来自于湖区，有时来自于圩区，枢纽工程相当复杂，泵站前池水流态十分混乱。”徐磊说，如何克服各种复杂问题保证水泵正常运行，成了摆在团队面前的新挑战。
为了在短时间内解决新难题，陆伟刚立即组织讨论科研实施方案，逐一列出项目进度计划，加班加点完成每一步工作。
“那年冬天特别冷，寒夜中，陆老师带领大家连续多天工作到凌晨，搭建试验装置、开展试验测试、分析试验结果，最终提出了三种解决问题的设计方案。”徐磊说，经过多次试验，团队的设计方案不仅为闸站的安全运行筑起了“保护墙”，还节省了大量工程投资。
在陆伟刚眼里，每一个工程、每一次试验，都是新开始、新挑战，不仅要做好设计师，也要做好测试员，还要当好“机械工”和“施工员”，容不得半点马虎。
“每一次试验，从电脑设计到制作模型，再到模拟测试，工作量很大。比如，我们有时要搭建几十米长的泵站水工模型试验装置，经常需要进行泵站流道和泵装置模型试验。”徐磊说，以泵装置的能量性能试验为例，团队要对按比例缩放的装置模型进行测试。一般情况下，一次试验要测试不少于6个水泵叶片角度，每个叶片角度测试不少于15个工况点，测试参数包括压力、流量、转矩、转速等。
“陆老师不仅严谨，而且拼命，他是我们所有年轻人学习的榜样。”徐磊回忆说，去年的一次设计讨论会上，他偶然发现陆伟刚的脖子上多了一道十多厘米长的刀疤。几经询问，他才得知，陆伟刚在甲状腺肿瘤切除和淋巴肿瘤清除手术后六天就又投入了科研工作，团队队员既心疼又叹服。
正是凭借敢于拼搏的精神和善于创新的勇气，陆伟刚带领团队完成了一个又一个挑战、克服了一个又一个难题。
由团队集成研发的南北水调工程大流量泵站高性能泵装置关键技术，经水利部组织的专家组鉴定，其设计方法和工程应用成果达到了国际领先水平。据查新结论，团队所研发的立式轴流泵装置、斜式轴伸泵装置、前置竖井式贯流泵装置和导叶式混流泵装置等4种主要型式大流量泵装置的效率均达到国内外最高。
目前，该研究成果已应用于南水北调工程泵站等100余座大流量泵站，占21世纪以来我国新建大流量泵站的80％以上。水利部选定的检测机构对其中22座泵站的检测结果显示，泵装置模型效率平均达到80.2％，与20世纪末我国大流量泵站总体水平相比，泵装置效率提高了8%，取得了显著的经济、社会和生态效益，为我国从“泵站大国”迈向“泵站强国”和南水北调国家重大水利工程作出了重要贡献。
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