杨开林：世界首台环保型消音水锤泵发明人

本刊记者 张 欣

水锤泵是一种利用超低水头可再生能源自动泵水的水力机械，它利用水动力自动周期性诱发水锤现象把一部分水从低处连续输送到高处。水锤泵的优点是：动力来源于水流本身，不用电、不用油及其他能源；能量利用率高，最高效率达75%, 而现有小型电动水泵机组的最大效率在50%左右；可靠性高，使用寿命可达200多年；无需修建泵房，可无人值守，工程建设投资和运行维修费用远远低于常规泵站。

传统水锤泵存在的主要问题是：工作时产生的水锤噪声常常在90～130分贝，会使人产生耳内刺痛的感觉，是一种严重的噪音污染。因此,目前国内外把水锤泵的应用定位在农村或者人口稀少的地区，无法在城市人口密集区使用，其主要原因就是它的噪声不满足噪声环境要求。此外, 传统水锤泵功率较小，最大的水锤泵进口直径为250mm，不满足大规模开发低水头能源的发展要求。

近年来，中国水利水电科学研究院教授杨开林研究团队致力于新环保型消音水锤泵的研究，基于流体动力学与水锤理论对水锤泵技术进行深入研究,在水力性能、高效率、低噪声、大型化等关键技术方面取得重大突破。目前世界上首台新环保型消音水锤泵已经研制成功，并在北京市凉水河甘石桥河道中投入试运行。该泵进口直径达500mm，是世界单机功率最大的水锤泵。

新环保型消音水锤泵的主要创新点是：首先，发明了空气罐内置输水阀和空气阀的新技术，以及水下铺设动力管、输水管、水锤泵的隔音减噪新技术，可将水锤泵噪声控制在70分贝以内，满足城市和人口密集区的噪声环保要求；其次，发明了水力自控工作阀阀瓣水推力的新技术，解决了高作用水头时如何防治阀瓣瞬时关闭的剧烈撞击疲劳破坏和剧烈振动的世界性技术难题；第三，发明了在水锤泵中设置导流装置与能量回收装置的新技术，使得泄水阀的阻力系数不到传统水锤泵的70%，大大提高了效率和防止空蚀破坏的能力，实测最高效率达到76%，并且同样作用水头条件下的输水流量比国外水锤泵高15～30%；第四，提出了阀瓣运动与水锤压力变化函数关系，解决了水锤泵大型化的关键理论问题。

目前，我国城市中存在大量的超低水头可再生能源没有开发，由自然跌水、橡胶坝、溢流堰、再生水（中水）入河湖形成的低水头落差星罗棋布遍及全国。据不完全统计，我国的橡胶坝已建成约5000座，近年来更是以每年新建300座左右的速度发展。《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划的通知》提出，“十二五”期间，再生水利用设施建设投资304亿元，新建污水再生利用设施规模2675万立方米/日，其中大量再生水将补入市内河湖，形成1～5米落差的超低水头能源。遗憾的是，这些超低水头能源没有得到开发利用，白白流失。

此外，海洋波浪能也属于超低水头可再生能源。据统计，全球海洋波浪能功率可达700亿千瓦（三峡装机总装机容量0.225亿千瓦）。我国拥有巨大的海洋能源潜力，大陆海岸线长达18000多千米，有7000多个岛屿需要保卫和开发利用，沿岸波浪能的总功率约为0.7亿千瓦（三峡装机总装机容量的3.1倍）。

显然，利用新环保型消音水锤泵开发超低水头能源具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。