科技进步类超高压射流技术理论及其工程化成套装备的研发应用.doc

科技进步类：超高压射流技术理论及其工程化成套装备的研发应用项目所在学科评审组名称机械专业评审组项目名称超高压射流技术理论及其工程化成套装备的研发应用推荐单位(专家)安徽省项目简介本项目属于流体机械及流体动力工程学科。在我国各大工业领域都有许多高危险、高难度的工程还依赖极落后的工艺，如人进入油罐内清除油泥，人在高空锤击进行船舶除锈，大量的化学沸煮或喷砂进行钢构件除层，大量的贵金属和非金属因不能热切割而无法加工，这一切导致了人海手工作业，频发安全恶性事故，空气、水与环境污染严重，危害人身健康，效率极度低下。以100420MPa超高压大流量水射流技术为核心，集泵、阀、密封、液压、自动化控制等多学科为一体的成套装备，具有作业安全、环保、高效特点，是破碎、除层、清洗、切割的新技术、新工艺、新装备。本项目针对大流量水力破碎、超高压大功率除层清洗和超高压智能化水切割加工三大类工程需求，依托科技部科研院所基金、省市政府专项资金等资助，经过长期的攻关，尤其是10余年来产学研合作研发与产业化，创建了以理论专著、产品标准、发明专利与系列产品等形式的射流技术体系，实现了大型储油罐射流破碎回收油泥、机场跑道除胶、船舶及钢质表面除锈除层，路桥道面逐层破碎、管道管束内外壁同步自动化除磷、清堵除疤、金属非金属材料智能水切割加工等“用水作业”，淘汰了大批落后工艺，使我国的水射流技术、产品和产业从无到有，到大规模生产应用。主要创新点如下：1、建立定量化射流模型和评价体系。以液滴效应揭示射流现象及其作业机理、建立射流工况参数群和打击力、破坏量的材料失效模型，定量解析射流参量和预期工程目标；创建射流初始工况、易损件寿命及其判废依据的评价体系，成为系列标准的核心。2、创造保证作业打击力的旋转射流。通过超高压大流量与旋转射流的组合，在获得高难度作业的打击力基础上，将点击变为面击，极大提高工效。研发喷嘴总成适应超高压大流量工况，发明非接触端面间隙密封，对置填料密封，实现超高压旋转射流，保证旋转体稳定在相应最佳转速，发明了液力驱动的旋转射流器，开发出系列二维、三维旋转射流执行机构。3、研发出系列超高压发生设备。发明设计间隙套筒与填料间置的组合密封，利用弹性变形创造难以加工的压降间隙，再由填料密封；对承压缸体分别采用打压、滚压、热套工艺适应不同压力段承压能力。4、创新工程化应用的成套装备设计。创造多种射流形式与工况，优化组构多学科技术，形成全新装备解决极端工况破碎、绿色高效除层和特殊材料智能精密切割等工程难题，包括机器人(或臂)智能化作业，爬壁机器人作业，实现自动远控或水切割自动补偿。获国家发明专利21项，并运用于成套装备中，制修订国家和行业标准19项，发表学术论文86篇，出版技术专著2部。研究成果产业化，三年新增销售额95447万元，新增利润12045万元，新增税收6257万元，创汇3172万美元。主要完成单位及创新推广贡献主要完成单位创新及推广贡献合肥通用机械研究院作为项目的牵头单位，负责项目的组织、协调、管理工作，在项目实施过程中提供了技术和人员等保障措施。主要创新贡献如下：1)创建射流技术理论，提出射流破碎的基础模型，定量解析射流现象及其特征；2)以工程为导向，提出了工业清洗破碎、除层、切割的三大应用方向并全程实施。3)承担各种型式射流执行机构的产品开发、试制工作，先后研发出大型储油罐油泥破碎、水力破碎混凝土、机场跑道除胶、钢质表面除锈除漆除磷、高端超高压水切割机等工程化成套设备，并引导工程应用和指导企业产业化；4)制修定多项高压水射流行业相关国家及行业标准。天津市通洁高压泵制造有限公司作为项目合作单位，参与项目的部分研发，承担产品的产业化工作。主要贡献如下：1)配合项目不断研发超高压泵系列产品，主要承担高压泵、超高压泵及氧化铝管道结疤清除、钢质表面除锈、水力破碎混凝土等工程成套设备的推广应用工作和超高压泵大规模产业化，成为我国高压泵制造的第一大企业；2)敏锐捕捉与参与国内外应用市场，近三年这些新工艺、新技术的成功应用为企业累计新增销售额4亿余元。尤其对发达国家出口创汇达600余万美元，国产化首台套在历次国内投标中都以物美价廉胜出，堵住了德、美的同类产品进口；3)参与国家标准高压清洗机的制定。南京大地水刀股份有限公司作为项目合作单位，主要贡献如下：1)配合项目不断开发超高压增压器系列产品和数控水切割平台的升级换代，先后开发了通用型水刀和智能化水刀系列产品，成为我国水刀制造的第一大企业；2)承担水切割平台产业化工作，近三年销量达2000余台套，出口创汇达2296万美元；3)参与国家标准超高压水切割机的制定。浙江大学作为项目合作单位，主要从事射流理论的研究工作，在高压泵系统节能、射流技术的理论研究和数值模拟方法方面做出了贡献。同时在应用研究方面，针对油罐清洗等领域，开展了自激脉冲射流机理研究，为产品的研制提供了一定的理论支撑。推广应用情况本项目的应用分为两层：产业化与制造业，应用工程。产业化是指本项目的3个合作单位因研发制造产生的直接效益和规模化生产；制造业是指我国的喷射设备行业，他们非但执行本项目的标准成果，而且在本项目产品应用的引导下，更新换代，产品升级，形成了行业产品金字塔结构，创造了间接的经济效益。典型的应用工程主要有以下单位：镇海国家石油储备基地有限责任公司、中船总大连船舶除锈实验中心、北京首都机场、上海虹桥机场、云南空港建筑工程有限公司(云南机场集团控股)、天津无缝钢管有限公司、天津市政管理局、海军装备部、中铝郑州铝厂、南车武汉车辆制造有限公司、新加坡船舶除锈工程公司、天津石化等、西北工大复材基地、哈尔滨锅炉厂、海军辽宁舰跑道除胶、海军装备部炮弹处废等等。应用工程主要为低压射流油泥破碎回收、高压射流混凝土破碎、超高压大功率机组表面除层(除锈、除漆、除磷、除氧化层)、超高压水切割与加工三大类。本项目制造业应用单位情况应用单位名称应用技术起止时间联系人/电话经济效益(万元)南京大地水刀股份有限公司射流技术理论、超高压水切割技术2004-至今陈波13915968419120000天津市通洁高压泵制造有限公司射流技术理论、超高压系列泵与除层技术2002-至今齐永健13802052631100000合肥通用机械研究院射流技术理论、水力破碎、除层技术2002-至今王永强1395696517226000熊猫通用机械集团有限公司射流技术理论、高压清洗技术2010-至今邹勇1338587839650000庐江县新宏高压往复泵阀厂射流技术理论、高压泵、高压清洗技术2010-至今左胜宏1395661608520000浙江大农实业有限公司射流技术理论、高压泵、高压清洗技术2010-至今王洪仁1335765111160000四川杰特机器有限公司射流技术理论、高压泵、高压清洗技术2010-至今石达君1370824768530000沈阳奥拓福科技股份有限公司射流技术理论、超高压水切割技术2010-至今武子全1380406730860000广州华臻机械设备有限公司射流技术理论、超高压水切割技术2010-至今李岳峰1380295697430000曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级主要获奖人授奖单位大型储油罐射流清洗油泥成套装备的研发应用2014.10.25中国机械工业科学技术奖一等薛胜雄、巴胜富、苏吉鑫、任立明、任启乐中国机械工业联合会中国机械工程学会超高压旋转水射流技术及其表面处理工程应用2010.12.31安徽省科学技术奖一等薛胜雄、陈正文、王永强、徐如良、何承厚安徽省人民政府主要知识产权目录(不超过10件)知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利超高压水射流爬壁除锈成套设备与工艺中国ZL200810195209.22011.09.07835633合肥通用机械研究院薛胜雄、陈正文、王永强、朱华清有效发明专利储油罐油泥液炮破碎清洗方法中国ZL201110134298.12013.06.261226232合肥通用机械研究院陈正文、薛胜雄、王永强、巴胜富、苏吉鑫、韩彩红、任启乐有效发明专利多功能水刀中国ZL200710126755.62010.10.27692217陈波陈波有效发明专利旋转磨料射流装置中国ZL201110044555.22011.11.21083626合肥通用机械研究院陈正文、薛胜雄、王永强、鲁飞、韩彩红、任启乐有效发明专利用于干、湿环境的磁隙式爬壁机器人中国ZL201010191649.82013.01.09119490合肥通用机械研究院薛胜雄、陈正文、王永强、任启乐、苏吉鑫有效发明专利人孔安装清洗储油罐的气动旋转喷枪中国ZL201210021850.02014.04.021370722合肥通用机械研究院鲁飞、陈正文、王永强、薛胜雄、巴胜富、任启乐、苏吉鑫、韩彩红、庞雷有效发明专利三方位同步水射流废旧轮胎粉碎机中国ZL201110030887.52013.03.201155485合肥通用机械研究院薛胜雄、陈正文、王永强、韩彩红、任启乐、巴胜富、朱华清、苏吉鑫有效发明专利高层建筑爬壁水清洗方法及成套设备中国ZL200810019013.82010.03.24605360合肥通用机械研究院；广州市建筑集团有限公司薛胜雄、陈正文、王永强、许诚有效发明专利水切割设备切割头和喷射元件冲击性能检测装置中国ZL200910183036.72010.12.01706039南京大地水刀股份有限公司陈波有效发明专利水切割机用高压水开关中国ZL200610040524.92008.09.10427064陈波陈波有效主要完成人情况表(一等不超过15人；二等不超过10人)姓名排名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获国家科技奖励情况薛胜雄1正高级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对科技创新点1、2、3、4有贡献。1.全面负责项目的技术研发工作，对射流技术理论、产品、标准进行了长期研发工作；2.建立了定量化射流模型和评价指标，构建了水射流工业应用的技术体系；3.指导了各种型式射流执行机构的研制、超高压水发生器系列产品研发和射流成套技术装备。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的80%。无陈正文2正高级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、2、3、4有贡献。1.参与项目的技术研发工作，对射流技术理论、产品、标准进行了长期研究工作；2.为研制各种型式射流执行机构、射流成套技术装备和自动化控制为核心的成套技术装备做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的80%。无陈波3正高级南京大地水刀股份有限公司南京大地水刀股份有限公司对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、2、4有贡献。1.参与项目的技术研发工作，对产品尤其是水切割机产品(包括一些核心零部件的研究)进行了长期研发工作， 2.为研制射流成套技术装备(水切割机)及产业化做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的60%。无齐永健4高级天津市通洁高压泵制造有限公司天津市通洁高压泵制造有限公司对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、3、4有贡献。1.参与项目的技术研发工作，对射流技术理论、产品、标准进行了长期研发工作；2.为研制超高压水发生器系列产品和射流成套技术装备及产业化做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的60%。无王永强5正高级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、2、4均有贡献。1.参与项目的技术研发工作，对射流技术理论、产品进行了长期研究工作；2.为研制各种型式射流执行机构和射流成套技术设备及工程化推广应用做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的60%。无吴大传6正高级浙江大学浙江大学对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、2有贡献。1.参与项目的技术研发工作，对射流技术理论与数值模拟进行了长期研发工作；2. 对射流动参数群和打击力、破坏量的材料失效模型的建立及射流部件与最佳工况关系的配比做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的50%。涡轮泵发射技术研究，2010年国家技术发明二等奖，排名第6。巴胜富7中级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点2、4有贡献。1. 参与了大型储罐三维旋转射流喷枪、水射流破碎除胶等执行机构的研发工作；2. 对大型储罐射流清洗油泥成套设备的研发及工程推广应用做出创造性贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的55%。无任启乐8高级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点2、3、4有贡献1. 参与了旋转雾化射流除胶清洗器、爬壁除锈机器人等执行机构的研发工作做出创造性贡献；2. 对超高压水发生器系列产品及对机场跑道除胶车等水射流成套技术装备的标准与推广应用做出贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的55%。无苏吉鑫9中级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点2、4有贡献1. 参与了大型储罐三维旋转射流喷枪、船舶除锈超高压旋转射流爬壁机器人、钢管内外壁同步除磷浆料射流系统等执行机构的研发工作；2. 对工程化应用的成套装备的设计做出贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的55%。无韩彩红10中级合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院对本项目技术创造性贡献：对科技创新点1、2、4有贡献。1.参与了射流技术理论、产品、标准的研究工作；2、对大直径旋转水射流装置等机构的研制做出了贡献。本人在项目研发中投入的工作量占本人工作总量的55%。无赵红军11高级南京大地水刀股份有限公司南京