本项目团队依靠在压缩机领域的深厚基础，历时数年，解决了加氢站压缩机多场耦合工作过程、典型故障失效机理等关键科学问题，突破了增压过程无损重构方法、多维信号多向诊断机制等关键技术，研发了加氢站压缩机全生命周期健康管理系统、便携式故障诊断仪等核心产品，攻克了传统监测方法在高压氢环境下无法应用的难题。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 李雪莹 能源与动力工程/动力工程及工程热物理 2020年9月 计泽灏 能源与动力工程/动力工程 2020年9月 任鹏 能源与动力工程/动力工程及工程热物理 2020年9月 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 彭学院 能源与动力工程/压缩机工程系 教授 加氢站压缩机及其关键技术 贾晓晗 能源与动力工程/压缩机工程系 教授 加氢站压缩机及其关键技术 陈立斌 创新创业学院 副院长 四、项目简介 在能源安全和“双碳”战略目标的双重背景下，党中央明确提出，为加快能源清洁化、智能化和电动化转型，“十四五”将推动构建以可再生能源为主体的能源体系，氢能成为当前能源技术创新的热点领域。加氢站作为氢能供应体系的重要组成部分和交通用氢能的关键基础设施。 本项目团队依靠在压缩机领域的深厚基础，历时数年，解决了加氢站压缩机多场耦合工作过程、典型故障失效机理等关键科学问题，突破了增压过程无损重构方法、多维信号多向诊断机制等关键技术，研发了加氢站压缩机全生命周期健康管理系统、便携式故障诊断仪等核心产品，攻克了传统监测方法在高压氢环境下无法应用的难题。不但为加氢站了提供多种增压设备故障诊断与健康管理的解决方案，更大幅度简化了增压设备监测诊断步骤和流程，缩短了人工巡检的时间成本，充分提高加氢站运行效率。 作为“科技冬奥”的重要环节，已经实现国内首套加氢站隔膜压缩机健康管理系统的设计、安装和调试工作，在冬奥会加氢站中完成服役； 便携式故障诊断仪多次在加氢站、压缩机厂、研究所使用，准确诊断故障；往复压缩机全生命周期健康管理系统应用于新疆油田呼图壁储气库（中国最大天然气储气库），完成线上测试。

本项目提供压缩机全生命周期管理系统，建立模块化、集成化数据环境，面向于往复压缩机、隔膜压缩机，服务于石油化工、加氢站、储气库、船舶动力等行业主要包括： 设计规划阶段——压缩机整体方案设计，压缩机结构形式设计，核心部件材料遴选分析，启/停流程设计，安全控制策略设计等； 运行工作阶段——压缩机运行数据实时采集、远程动态展示，核心部件状态监测与故障诊断，监测诊断一体式/分体式硬件与软件系统开发； 检修维护阶段——零部件维修预警、寿命预测，可视化维修方案、维修模型、维修视频，压缩机及其辅助系统、零备件信息数字化管理平台。 关键技术一：压缩机性能计算技术与选型设计技术 基于 Windows 平台，遵循结构化、模块化原则，采用 QT 框架、C++语言编制交互设计软件，可实现往复压缩机物性计算、热力计算、动力计算、设计校核复算、平衡计算、产品系列化自动匹配、多工况计算七项功能于一体，可实现往复压缩机机组设计计算、选型、零部件管理一体化功能。现阶段已授权发明专利 1 项，软件著作权 1 项。 关键技术二：压缩机状态监测与故障诊断技术及设备 针对压缩机核心零部件构建相应状态监测方案与故障诊断方法，包括：①集成气缸内热力过程特征和阀片声发射信号的诊断方法，基于气阀声发射信号获得气阀故障的特征参数和反映故障程度的量化指标，诊断不同类型气阀故障；②基于活塞杆应变重构 pV 图方法的往复压缩机气阀无损故障诊断方法，基于活塞杆应变重构压力-容积图（p-V图）的无损监测方法，为传统侵入式方法破坏气缸完整性带来安全隐患的问题提供解决方案；③十字头销磨损、活塞杆松动的故障诊断方法，对不同程度十字头销磨损、活塞杆松动故障进行模拟试验，对比时频域分析研究十字头销磨损、活塞杆松动的故障机理、声发射信号和振动信号特征，提取故障特征识别故障程度；④基于压缩机内油-气压力“伴随”关系，国内外首次提出了集成声发射与油-气压无损监测的隔膜压缩机状态监测新方法，进一步根据油-气压力“伴随”关系的失调追溯故障根源；⑤基于增量式编码器的往复压缩机轴系扭振测试方法，基于增量式编码器构建了往复式压缩机扭振测试系统，为传统方法在现场实际应用时难于实施提出解决方案；⑥压缩机气流脉动和振动模态分析技术，隔振结构设计、管路结构设计，提供机组振动测试、诊断以及改进方案。 本项关键技术现阶段已授权国内发明专利 4 项，申请国际专利 2 项、国内发明专利10 项；应用于中海油海洋平台天然气压缩机；开发压缩机故障诊断仪，已在某加氢站压缩机调试中成功检测出气阀泄漏、膜片运动失效、活塞环磨损、溢油阀阀芯磨损等严重故障。 关键技术三：压缩机数据共享与健康管理云平台 构建压缩机及其辅助系统、零备件信息数字化管理平台；构建压缩机热力-动力-应力-寿命分析模块，集成监测数据评价机组运行状态；基于故障诊断技术，建立机组现场监测数据与健康/故障状态信息实时共享平台，打破机组现场与远程管理者之间的技术壁垒；实现压缩机核心部件维修预警、寿命预测，交互 GUI 界面集成可视化压缩机维修维保手册、指导视频、三维模型；压缩机全生命周期管理，显著提高运维效率和管理水平。

在十二五国家科技支撑计划课题支持下，针对高速无油节能环保型流体机械行业的前沿技术、共性技术及专门技术，取得了如下主要科研成果：高速直驱电机、电磁轴承与转子耦合技术；基于三维非定常流动理论与现代全局优化方法相结合的流体机械先进节能环保设计技术；研制出高速电机驱动、电磁轴承支撑的离心压缩机的技术验证台位，关键技术达到国际先进水平。

本项目团队发明的单螺杆压缩机全悬浮啮合包络理论、设计方法和制造工艺；单螺杆压缩机的星轮-螺杆啮合副基本无磨损发生，实现了悬浮啮合过程，彻底解决了星轮磨损这一世界性难题。

成果简介：在大面积铁磁背景下（铁基面上）机架工落料回收是世界性技术 39天津大学科技成果选编 难题，尤其是盲孔中、T 型槽中及横具加工时的落料更是难于处理。当前国际上 多采用真空吸取法、油冲洗过滤法、机械刮板法、吹吸法、电磁法等（注：大型 龙门冲床等专用设备不允许使用设备以外的电源，以免设备带电而损坏电子器件 或伤害操作人员），但以上方法都不能解决 100%落料回收的技术问题。由于落料 回收不彻底，不能分类回收，致使大型龙门冲床高压精密轨道伤痕累累、破坏了 轨道的精密度、模具损坏、工件精度下降、甚至停产维修等诸多问题。 “大型龙门冲床落料回收装置”是天津市自然科学基金资助项目。该装置是汽车 制造行业、机加工行业急需的设备。已开发出笔式、滚简式、便携式和专用型落 料回收装置，其中专用型落料回收装置是专门为日本小松制作所进口的大型龙门 冲床而配套设计的（这是汽车制造厂大型龙门冲床不可缺少的配套设备）。目前 该项目属国内外首创、是我国自主创新项目，属国际领先水平。该设备和技术可 以向美国、苏联、日本、南韩、英国、德国、法国及欧洲其他汽车生产国和世界 各地出口。 成果水平： 国际领先 应用范围：它既可应用在汽车、机加工等行业，也可用在化工、军工、航天等领 域。该项目既可以出口设备，也可以出口技术，还可以在国内处办厂。由于生产 汽车的压力机床、机加工设备型号繁多，因此落料回收装置系列品种更多，以便 供应国内外的大量需求。 市场分析及前景：机加工落料回收是世界性技术难题，尤其是盲孔中、T 型槽具 加工时的落料更是难于处理，常造成大型龙门冲床高压精密轨道伤痕累累、汽车 模具损坏、工件精度不能保证，甚至不得不停产维修。 该项目属于自主创新成果。由永磁体产生交变磁场这一理论创新和应用技术难点 的突破，具有普遍意义。 主要技术指标：本项目所采用的技术原理是：应用磁体同极相斥、异性相吸原理、 用永磁体的特殊排列组合而产生交变磁场、极靴磁聚焦而产生极强的梯度磁场， 由永磁体产生交变磁场这一理论创新和应用技术难点的突破，使铁磁落料在大面 积铁磁背景下（铁基面上）自由翻转后被 100%吸收，并采用提拉方式及杠杆原 40天津大学科技成果选编 理脱磁而使落料脱落回收。 此项技术解决了当前该领域中普遍存在的技术难题，突破了在大面积铁磁背 景下的落料回收治理难点，特别是彻底解决了 100%落料回收这一技术要害问题， 使盲孔中、T 型槽中及模具加工时的落料回收充分无遗漏，使大型龙门冲床高压 轨道精密度被破坏、模具损坏、工件精度下降等一系列问题迎刃而解。同时克服 了一般大型龙门冲床落料回收方法的“易产生噪音、造价高、耗能多、占地空间 大、不能分类吸收”的诸多缺点。 该装置的机构设计巧合理、工艺简单、操作安全方便、全自动化生产、技术 成熟，具有独创性和先进性。对提高产品的质量，降低成本，节省能源，节约资 源有积极的理实意义。 目前该装置已在有关厂家试验，对保证该厂的自动化生产起了极好作用，具有显 著的社会效益和经济效益。有效保证了汽车制造和其他机加工等行业的可持续性 发展，符合 21 世纪环保、节能要求。 投资规模：铁磁材料、钢材。 车床、铣床、钻床等。 厂房面积 500 平方米 投资规模 200 万人民币 人员 30 人 合作方式：面议

该技术产品实现了低成本、高性能分子筛膜的规模化制备，获得了能够稳定运行的膜分离装备。与传统精馏、吸附等技术相比，该技术可节约能耗50%以上。技术指标：该技术依据分离体系处理量的要求，设计不同膜面积的分离装置，原料预处理方式等，开发出渗透汽化膜分离工艺。已在化工、生物医药等企业推广工业装置70余套，涉及甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃等多种溶媒脱水，为企业创造出显著的经济效益。在有机溶剂脱水领域具有广阔的应用前景。

针对微型无人机，由于载荷的限制无人机本身不能承担地面标识位置解算等繁杂大量的计算以及无人机在运动过程中图像特征提取精度不高导致地面标识位置解算精度有待提高，因此考虑将辅助降落/回收系统嵌入到地面回收基座中，从而辅助无人机安全降落。

成果简介转炉钢水冶炼过程中会产生大量含氧化铁粉尘的高温烟气， 其主要成分为一氧化碳， 是一种热值较高的工业燃料， 如不进行有效回收处理和控制排放， 不仅污染大气环境， 还会造成能源浪费。 转炉煤气回收是把转炉生产过程中的副产品CO 进行回收再利用的生产工艺， 它将高温烟气通过汽化烟道进行冷却、 净化处理后， 得到可回收的转炉煤气， 其经济价值和社会效益不言而喻。目前国内炼钢企业的转炉煤气回收系统由于部分技术装备及控制方法比较落后， 煤气回收和烟气减排效果差。 本项目采用滑

在炼焦过程中产生的大量荒煤气中蕴含着余热，其热量回收具有以下难点: 荒煤气中焦油蒸汽易结焦积碳;荒煤气中 H2S 及水蒸汽易导致腐蚀;焦炉上部装 煤、侧边推焦，空间狭小;炼焦炭化室高温、荒煤气可燃，泄露后果严重;焦炉 全年无休、全生命周期在线管理。本项目提出的上升管换热器具有耐高温，防腐蚀，结构紧凑，抑结焦，高换 热效率，模块化，易安装等优点。

分子筛膜渗透汽化脱水技术是一种新型的膜分离技术，通过膜一侧引入含水有机溶剂，而另一侧抽真空的方式，能够有效实现溶剂脱水，获得高纯溶剂产品。与传统精馏、吸附等技术相比，该技术可节约能耗50%以上，收率达99%。除此之外，该技术操作方便、过程易于控制并且环境友好，无废弃物排放。