楊開林：世界首臺環保型消音水錘泵發明人

本刊記者 張 欣

水錘泵是一種利用超低水頭可再生能源自動泵水的水力機械，它利用水動力自動周期性誘發水錘現象把一部分水從低處連續輸送到高處。水錘泵的優點是：動力來源于水流本身，不用電、不用油及其他能源；能量利用率高，最高效率達75%, 而現有小型電動水泵機組的最大效率在50%左右；可靠性高，使用壽命可達200多年；無需修建泵房，可無人值守，工程建設投資和運行維修費用遠遠低于常規泵站。

傳統水錘泵存在的主要問題是：工作時產生的水錘噪聲常常在90～130分貝，會使人產生耳內刺痛的感覺，是一種嚴重的噪音污染。因此,目前國內外把水錘泵的應用定位在農村或者人口稀少的地區，無法在城市人口密集區使用，其主要原因就是它的噪聲不滿足噪聲環境要求。此外, 傳統水錘泵功率較小，最大的水錘泵進口直徑為250mm，不滿足大規模開發低水頭能源的發展要求。

近年來，中國水利水電科學研究院教授楊開林研究團隊致力于新環保型消音水錘泵的研究，基于流體動力學與水錘理論對水錘泵技術進行深入研究,在水力性能、高效率、低噪聲、大型化等關鍵技術方面取得重大突破。目前世界上首臺新環保型消音水錘泵已經研制成功，并在北京市涼水河甘石橋河道中投入試運行。該泵進口直徑達500mm，是世界單機功率最大的水錘泵。

新環保型消音水錘泵的主要創新點是：首先，發明了空氣罐內置輸水閥和空氣閥的新技術，以及水下鋪設動力管、輸水管、水錘泵的隔音減噪新技術，可將水錘泵噪聲控制在70分貝以內，滿足城市和人口密集區的噪聲環保要求；其次，發明了水力自控工作閥閥瓣水推力的新技術，解決了高作用水頭時如何防治閥瓣瞬時關閉的劇烈撞擊疲勞破壞和劇烈振動的世界性技術難題；第三，發明了在水錘泵中設置導流裝置與能量回收裝置的新技術，使得泄水閥的阻力系數不到傳統水錘泵的70%，大大提高了效率和防止空蝕破壞的能力，實測最高效率達到76%，并且同樣作用水頭條件下的輸水流量比國外水錘泵高15～30%；第四，提出了閥瓣運動與水錘壓力變化函數關系，解決了水錘泵大型化的關鍵理論問題。

目前，我國城市中存在大量的超低水頭可再生能源沒有開發，由自然跌水、橡膠壩、溢流堰、再生水（中水）入河湖形成的低水頭落差星羅棋布遍及全國。據不完全統計，我國的橡膠壩已建成約5000座，近年來更是以每年新建300座左右的速度發展。《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃的通知》提出，“十二五”期間，再生水利用設施建設投資304億元，新建污水再生利用設施規模2675萬立方米/日，其中大量再生水將補入市內河湖，形成1～5米落差的超低水頭能源。遺憾的是，這些超低水頭能源沒有得到開發利用，白白流失。

此外，海洋波浪能也屬于超低水頭可再生能源。據統計，全球海洋波浪能功率可達700億千瓦（三峽裝機總裝機容量0.225億千瓦）。我國擁有巨大的海洋能源潛力，大陸海岸線長達18000多千米，有7000多個島嶼需要保衛和開發利用，沿岸波浪能的總功率約為0.7億千瓦（三峽裝機總裝機容量的3.1倍）。

顯然，利用新環保型消音水錘泵開發超低水頭能源具有廣泛的應用前景和巨大的經濟價值。