李建群全球最昂贵的泵机安装-北国环保

李建群
泵机行业已经诞生了几百年。本文中Pierre Fabeck回顾了马尔利机器——世界上最昂贵的一次泵机安装工程。它展示了泵行业特有的三大特点：独创性、创业精神以及依靠现有比例模型的必要性。（文章较长，适合周末阅读哦）
法国路易十四可能是历史上最有权力的一位君王。他意志坚定，为实现梦想不惜扫清一切障碍，凡尔赛宫的修建就是一个很好的例证。他在一片贫瘠的沼泽荒地中建立了一座明珠般的宝殿，至今仍吸引无数游客前往瞻仰。
凡尔赛宫有许多华丽的喷泉和水景，今天仍能看见的大运河建于1670年。大运河建好后却没有充足的供水，为了解决这个问题他们做了一系列的努力：1672年安装了一台由马匹驱动的水泵，从克拉里园湖（Clagny Lake）引水；之后又修建了几个风车，从那慕尔河（Bievre River）引水；最后，还安装了一个重力系统，从所建造的高于凡尔赛宫水平面的人工湖抽水。
尽管如此，供水还是短缺。为了寻找更多的水，国王和他的建筑师们决定雇佣工程师，将塞纳河的河水引流到凡尔赛宫。但是塞纳河靠近今天的布吉瓦尔地区（也靠近Marly-le-Roy，故取名“马尔利机器”），距凡尔赛宫以北5公里，且地势比宫殿低150米。解决方案一目了然：将河水从塞纳河泵送到凡尔赛宫。但具体该如何实施呢？
列日主教公国
列日主教公国成立于公元前985年，当时是一个独立的国家，由兼任主教的公国君主管辖，该公国君主与神圣罗马帝国具有从属关系。列日主教公国与低地国家西属尼德兰没有关系，低地国家是后来与比利时列日主教公国一起形成的。该公国面积非常大，一直延伸到现在属于比利时和荷兰的一些地区。
在17世纪的大部分时间里，欧洲一直处于战争状态，刚刚从“三十年战争”留下的废墟中恢复过来。“三十年战争”是第一场遍及整个欧洲的战争，伤亡人数超过1000万。17世纪，列日地区凭借其中央位置、中立立场、充足的劳动力及水流与煤炭两大自然资源，逐渐发展成为一个主要工业区。从当地矿山开采出来的煤炭逐渐取代了木炭，这极大地促进了工业发展。自17世纪初开始，液压动力逐步取代了人类或动物驱动力。
列日利用了自己的中立优势向邻国出售武器。因而这段时间其钢铁制造业，尤其武器制造业得到了迅猛的发展。这门技艺流传至今，比如现在比利时的枪械制作及生产公司——赫尔斯塔尔国营工厂（FN）仍然十分出色。
随着地表的煤炭逐渐被开采完，人们不得不向更深处挖掘，但矿井中的地下水对采矿产生了一些阻碍。因此工程师们需要研发一种设备，将地下水从矿井中抽出来：排水泵就这样诞生了。
因此，今天比利时唯一的主要泵机制造商昂希法—磨锐（ENSIVAL—MORET）和其它几家专业泵公司都位于列日地区并非偶然。这是该地区从十七世纪的知识中获得的宝贵遗产。
莫达沃机器
1668年，在列日区域的莫达沃（Modave）城堡内，诞生了一种新型泵机，能够将水从霍优河（Hoyoux）输送到50米高处。该泵机同之前的排水泵一样，也是活塞式。但它的特别之处在于，可以放置在低洼处，而非从高处吸水。该泵由涡轮机驱动。
莫达沃泵机的设计者是一个普通的木匠RenkinSualem，既不会读也不会写，讲一口瓦隆（Walloon）方言。但他十分聪明，而且非常了解排水泵。当时，凡尔赛宫需要安装泵机的消息传到了列日地区的一位贵族、路易十四宫廷的朝臣Arnoldde Ville耳中。
凡尔赛宫泵机项目
该项目的目标是从塞纳河抽水，爬升150米高，将水输送到5公里以外的凡尔赛宫。路易十四的财政部长，Colbert一心想要满足国王的一切梦想。他发现了Arnold de Ville对该项目的兴趣及野心，因此向他提供了大量财力支持。
Arnold de Ville听说了RenkinSualem设计的莫达沃泵机，于是他签下了Sualem和另外一位男士Siane du Pont，并将二人的项目引荐给路易十四。尽管国王不是一位工程师，但他为了考核Sualem的能力，还是要求他建一台样机，看他是否能胜任这项工作。
1680年，Sualem按照莫达沃泵机成功制作了一台样机，完成任务。第二年，Arnaud De Ville就得到了设计和制造马尔利机器的合同。De Ville担任的角色相当于今天的EPC工程总承包商，在全欧洲范围内征集该工程所需的材料和设备。
最终马尔利机器于1684年6月13日正式落成，路易十四出席了落成仪式，此后它一直工作了133年，直至1817被拆毁。该项目的主要挑战在于，由于铸造材料的机械性能，现有的活塞泵在承受最大5巴的压力方面存在局限性。而且，管道系统的法兰不是机械加工的，导致无法放置适当的垫片配置。此外，流量和压力的正弦性质也引起了水锤问题，并且随着排出压头而增加。
除底部泵站之外，这个项目的原创性和独创性还包括两（2）个中间泵站，分别位于+ 49 m.和+ 101 m.的高度，克服了5巴压力局限性的问题。机械功率通过一个巨大的链杆系统（通过向后和向前移动来驱动），从塞纳河传递到这些泵站。
施工细节
沿着河岸，总共安装了14个驱动轮，每个直径为12米，占据65米的空间长度和70米的宽度，旋转速度约为3 RPM。用于涡轮机的水位下降值为1.6-2.0米。每个驱动轮均有自己的通道，由一个专门的调节阀控制。
实际上，13个涡轮机本来已经足够。然而，在这里，政治层面向RenkinSaulem施加压力，要求他设计一种配备14（十四）个驱动轮的系统，以呼应路易十四的称号。
共有64台泵机由涡轮机叶轮直接驱动，将水排放到位于49米高度的第一个泵站。一个将连杆/ 曲轴连接起来的系统将叶轮向前和向后摆动的圆周运动转化为两个机械动力传输线路，称为‘Petitschevalets’和‘Grandschevalets’。总共安装了两条链杆传动线路，用于传输机械动力：一条长200米，一直延伸到第一个泵站，用于驱动49台泵机；另一条长650米，一直延伸到第二个泵站，用于驱动82台泵机，同时还驱动第一个泵站的一系列共计30台泵机。
整个系统的活塞泵总数量为259台。这些泵机均采用铸铁制造，内径为16至20厘米，行程为1.2米。由于互换性已经是一个问题，因此，这些活塞泵中的大部分均是相似的。
活塞泵的密封件是采用皮革制成的。总共需要一系列8台泵机，以将‘塞纳河’泵机的皮革密封件保持在水下。（‘Pompesnourrices’）。为防止出现泵轴密封问题，泵站的泵机均被淹没在水下。据预计，一些泵机将用于消防工作。此外，一系列泵机还用于从沿途至山顶的中间蓄水池收集水。
大多数管路的直径为200毫米，最初是由木材或铅制成的，1688年，由铸铁管路及青铜配件取代。在塞纳河与第一个泵站之间安装了五条管路，同时，第一个泵站与第二个泵站之间也安装了五条管路。在第二个泵站以外的最后部分，仅安装了三条管路。管道系统最终将水排放到上层储罐，其容量为200万立方米。
在整个18世纪，这套规模巨大的设备一直被视为世界奇迹之一。任何到巴黎旅游的人都会慕名前往参观该装置，然而，该设备所产生的噪音震耳欲聋，沿着塞纳河河谷5-10公里以外都可以听到。
据估计，这个项目共计使用了860吨铜、相同数量的铅、约17,000吨铁和约85,000吨橡木，花费了约12,000,000工时。施工过程中，最高峰时的现场人工总计约1,800名工人。若按今天的货币值估算，施工成本接近10亿欧元（十亿欧元）。
最大设计能力为5,000m3/天，但实际上，这套设备每天最多可以泵送2,500 m3的水量，相当于约200 m3/小时。启动运行一段时间后，泵机性能显著下降，在1789年法国大革命期间，下降到约1,000 m3/天。
列日大学对泵机/涡轮机系统的总体效率进行了估计，从塞纳河水位下降产生的液压能量开始。最佳总体效率约为12%，考虑到系统中的所有损耗，这个数字并没有那么糟糕。大部分损耗归因于传动系统中的摩擦。此外，活塞行程也远非完美的线性，这也引起了许多摩擦损耗。
操作和维护
一个并不令人惊讶的事实是，许多设备供应商均来自列日地区，而且，在施工和操作员工中，也有许多工人来自列日地区。Renkin Sualem荣获了‘Premier Ingénieur du Roy’（国王第一工程师）的尊称，一直负责设备的操作和维护，直至1708年逝世，享年63岁。
操作和维护员工约有50名，在非常严苛的条件下工作，面临许多潜在的危险，许多员工遭遇了严重事故，导致死亡，即使在最好的情况下，也是终身残废。除了机械故障之外，火灾也是一种频繁发生的事故，这是因为大部分机器润滑不良，当时使用的是橄榄油。少数幸运的人员即使幸免于死亡、烧伤、残废或溺亡，但也肯定因为噪音过大，变成了聋子。我们至少可以说，在当时，健康和安全真的没有被视为一个问题。一个主要问题在于，漂浮物（特别是冰块）可能会对驱动轮造成损坏，为此，一个特殊的保护系统已经落实到位。
尽管采用了Marly设备，但在凡尔赛宫，水仍然是一种稀缺资源，当国王在花园中散步时，喷泉工人必须沿着他的行走路线，开启/关闭各种喷泉的阀门，以确保国王在他的视线范围内，始终能够看到水从喷泉里不断涌现出来。
结论
这些设备的构造显示了当今一些大型投资项目中仍然沿袭的许多特点：国际方案征询书、与最终客户建立强大商业关系的需要、对主承包商的历史供应商的偏爱等。
幸运的是，对承包商而言，这个项目并没有遇到真正的竞争，而且成本也不是一个问题，只要王室的梦想能够实现即可。这是如今的承包商们无法奢望拥有的两个重要优势。另外，该项目还展示了泵机行业的三大特点：独创性、创业精神和依靠现有比例模型的必要性。
这些充分说明了技术如何改善了我们的生活：Marly设备的泵送服务如今可由一台标准化单级悬臂式水泵来提供，泵机尺寸为80 x 65 x 315，旋转速度为2,950rpm，总投资成本不到10-15,000欧元（不产生可再生电力）。
泵机行业起源于多个世纪之前，现在我们为能够继承并提高其先驱者的遗产而感到自豪。
文/泵阀之家