项目简介 化工设备及化工设备是在高温、高压及腐蚀环境下工作的机械设备，其零部件的安全可靠工作是整个生产装置的安全运行的基本保障。化工机械零部件的脆性破坏，对化工装置的安全生产危害性极大。它无先兆、容易引起重大事故。我们采用数值分析方法，对化工设备常用零部件的受力情况进行分析计算，运用金相分析及扫描电镜等手段对零部件断口的组织特征及微观形貌进行分析；采用化学分析方法及微区能谱分析方法对断口物质成分进行分析；采用断裂力学分析方法根据断口的形成过程对零部件的破坏进行断裂力学参量分析。应用情况 运用以上方法及手段，对武汉石油化工厂聚丙烯装置活化剂管道连接螺栓的突然破坏、原油加热装置热电偶管的突然破坏及催化装置浮头式换热器小浮头连接螺栓的突然破坏进行了失效分析，找出了导致零部件发生脆性突然破坏的原因，为采取有效措施防止此类破坏提供了参考依据，为整套装置的安全运行起到了一定的保障作用。

传统的机器或机械零件的产品开发模式是必须开发出实物样机或样品，并对其进行静强度或动态性能测试，然后再进行设计修改，这样要重复好几次上述过程，才能设计制造出合格的产品。这需要花费大量的时间与金钱成本，已经跟不上日益变化的市场的需要。本成果采用了先进的虚拟仿真技术，对计算机中的机器的3维几何模型，可容易地进行编辑、修改，并检验其制造的可能性，生产成本，能否容易装配。另外，可以对其3维几何模型附于物理属性，能模拟其工作状态，可进行运动学、动力学、热力学、强度、振动分析仿真，也就是说，在设计阶段(不需要制造出实物)，就可以把握住机器或机械零件的静态与动态性能，最终可以设计制造出低成本、高性能的机器。 该成果适用于任何大中小型机器及其零部件。 本成果已经应用到国内外多家著名公司，如摩托车的动态力学性能的仿真分析,计算机硬盘系统的静态与动态性能的仿真分析,配气机构的动力学优化与分析,大型曲轴车床整机动静态性能分析与优化,渐开线齿轮的精密接触分析与优化。

简介：本发明公开了一种用于圆柱状或类似零件外表面均匀涂覆的喷涂装置。该装置主要由外壳、支撑架、调速电机、电机轴、调速电源开关、曲轴、连杆、U型槽、筛网、挡板、皮带以及皮带轮组成。通过调速电机控制曲轴的转动,从而控制U型槽的翘板式往复运动,零件置于U型槽内的筛网上,对零件进行喷涂。本装置便于操作,并可以通过调节电机转速,实现不同大小的圆柱状或类似零件的均匀喷涂。

本发明公开了一种非晶合金零件的快速成形方法，包括首先对 电磁成形系统中的电容器充电，然后采用电脉冲放电对非晶合金进行 快速升温使其温度升至过冷液态温度，在温度达到设定温度停止电脉 ·549·冲放电，同时使所述电磁成形系统的电容器放电，产生电磁力并驱动 过冷液态的非晶合金变形至模具中，即可实现非晶合金零件的快速成 形。本发明还公开了利用上述方法所制备的非晶合金零件。本发明通 过对热塑性成形过程中的加热方式、成形驱动方式

本发明公开了一种凸轮从动件运动规律的标定装置及方法，其 包括机架、凸轮副机构、激光检测机构和控制装置，凸轮副机构包括 相互配合的凸轮机构和从动机构，从动机构上固联有随动标定辅具； 激光检测机构包括平面二维调整平台、高度调整平台和激光位移传感 器测量头，平面二维调整平台通过直角支承座安装有竖直布置的高度 调整平台；激光位移传感器测量头通过一体式夹持器固装在高度调整 平台上，并置于随动标定辅具的上方；控制装置用于控制凸轮机构、 从动机构和随动标定辅具动作，并控制所述激光位移传感器测量头进 行在线测量，根

该项目针对 30CrMnMoTiA, 30CrNi3A、25Cr2Ni4WA 和 Nil9Co9Mo5 四种含铭、線合金钢难磷 化及磷化膜耐蚀性能低的实际生产难题，深入研究磷化膜的形成过程和磷化机理, 探讨含铭、線合金钢难磷化的内在原因；通过工艺优化，开发出了解决上面4 种合金难磷化问题的高温镒系黑色磷化新技术，开发了新工艺，应用于某厂，建 成了年处理各类零件1200万件的磷化生产线一条，使废品率由原来的8~10%降 低为现在的0.5%以内。每年产生直接经济效益近600万元，节约成本150万元。

薄形全采光高效自然通风隔声窗采用多层薄空腔微穿孔共振宽频消声结构形成消声 通道技术，内不含任何传统多孔纤维材料，不存在二次污染的问题，并解决了厚薄形透 明材料微孔加工的工艺问题；消声通道安装简便，易于清洗更换；现场实测效果优于现 市场上使用的通风隔声窗。

近年来螺杆、螺旋形管在我国空压机、冷冻机、螺杆泵、塑料机械中应用越来越广泛。但我国螺杆空气压缩机、冷冻压缩机、泵、塑料机械不但在设计技术上与国际先进水平有差距，在制造技术上更加落后，严重制约了我国这四大类机械产品在国际和国内市场上的竞争力。 为此应该对我国螺杆制造技术的现状和水平有一个清醒的认识，尽快追踪国际先进制造技术的发展趋势，使我国螺杆制造技术和产品质量早日达到国际上发达国家的水平。 为提高螺杆设计制造质量；应从扩展品种、规格；扩大产量、降低成本和售价三方面狠下工夫。提高制造技术的关键是采用新材料、新工艺、新设备。北京科技大学机械学院“管材深加工科研小组”开发的螺旋管（杆）高效成形新技术即属于螺杆、螺旋形管制造技术的关键新工艺与设备。

1 研究背景 1.1 高压力、大直径和高可靠性的非金属压力管道需求迫切 管道作为五大运输方式之一，是输送石油、天然气、饮用水等重要能源和资源的主要手段，对国民经济的发展和稳定至关重要，被称为国民经济的“生命线”。我国压力管道发展迅猛，应用规模不断增大，在石油、天然气和饮用水输送等重大工程建设中发挥了不可替代的作用。在油气领域，国内油气管道已形成纵横东西、贯通南北、连接海外的管道输送网络。目前我国的原油管道1.9×104km，成品油管道2×104km，天然气干线管道4.8×104km，油气管道的总长度稳居全球前五名。以西气东输三线为例，其西起新疆霍尔果斯，东至福建省福州市，全长5220km，设计年输量3×1010m3。此外，油田集输管网和城镇燃气管网的管道长度已达到数十万公里，且仍在不断增长，成为油气管道重要组成部分。在水资源输送领域，为解决我国的水资源时空分布不均问题，我国已经实施了多项跨流域、跨地区的长距离管道输水工程，如南水北调工程、广东省的“东深引水工程”和“西江引水工程”、天津的“引滦入津工程”和山东的“引黄济青工程”。以南水北调中线工程为例，年均输送生活、工业用水6.4×1010m3，农业用水3×1010m3，供水范围内总面积15.5万平方千米，惠及沿线6000万人口。 以聚乙烯及其增强复合管为代表的非金压力属管道具有耐腐蚀、抗震、柔性好、寿命长等优势，在越来越多的应用领域替代金属管道，成为世界各国竞先研发的未来管道发展方向。全球非金属管道的年均增速约5.9%，我国聚乙烯管道年平均增速更是达15%。 随着聚乙烯及其增强复合管的不断发展，其在燃气和输水等领域应用不断扩展。在燃气领域，在燃气领域，美国、英国、丹麦等的城市燃气管道中聚乙烯管应用比例均接近100%，而我国新铺设的中低压城市燃气管90%以上采用聚乙烯管材。在输水领域，我国城市建筑排水管道85%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用量达到50%，城市供水管道（DN400mm以下）80%采用塑料管，村镇供水管道90%采用塑料管，逐渐占据主导地位。目前，多数国家已经在燃气和给水领域选择聚乙烯管逐渐替代金属管道，实现以塑代钢。 近年来，非金属压力管道逐渐在更高压力、更大直径和更高安全性要求的油气集输、核电冷却水输送等领域广泛应用。如在油田的油气集输及开采领域，用于油气田注水的非金属压力管道（直径50-75mm），工作压力已经达到32MPa；用于油田站内给水的非金属压力管道（直径315mm），工作压力已经达到2MPa；用于油田集输管的非金属压力管道（直径50-75mm），工作压力已经达到4MPa，平均工作温度高达60℃。在核电站冷却水输送领域，美国的Callaway核电站率先铺设聚乙烯管道的外围冷却水系统，我国新建的AP1000核电站（浙江三门核电、山东海阳核电）外围冷却水输送均采用聚乙烯管道（直径752mm，径厚比DR9）。由于聚乙烯管道具有耐海水及微生物腐蚀、抗震等优势，许多现有核电站冷却水管道系统也逐渐更换为聚乙烯管道，如2017年大亚湾核电站成功将其核安全相关的反冲洗系统管道更换为200mm，DR9的聚乙烯管道。 1.2 管道系统安全性的要求日益迫切 随着聚乙烯管道系统在燃气、供水等领域的应用日益广泛，其安全问题受到越来越多的关注。根据中国城市规划协会地下管线专业委员会的统计报告，2009年至2013年中国城市管线典型事故共计75起，而其中导致人员死伤的27起。南京“7.28”管道泄漏爆炸事故共造成22人死亡，120人住院治疗，爆燃点周边部分建筑物受损，直接经济损失4784万元。台湾“8.1”燃气泄漏爆炸事故中多条街道陆续发生可燃气体外泄，并引发多次大爆炸，造成32人死亡，321人受伤，经济损失高达1.4亿元。类似的管道泄漏导致爆燃的事故给全社会带来了重大的公共环境和人身安全的威胁。 随着聚乙烯管道系统在燃气、供水等领域的应用日益广泛，全社会对管道系统安全性的要求也日益迫切。 1.3 焊接过程的温度控制是提升管道系统可靠性的关键 当我们追溯这些事故的源头，会发现有53%的聚乙烯管道系统故障发生在管道的接头处——即管材与管材焊接的部位（来自塑料管道数据库委员会PPDC）。接头作为管道系统中质量最薄弱的环节，其焊接质量影响到整个管道系统的安全运行。 电熔焊接是目前聚乙烯管道最常用的连接方式之一。它通过预埋在电熔套筒内部的电阻丝加热电熔套筒的内表面及管材的外表面，使二者吸收热量并熔融，而后固定、冷却。 在电熔焊接过程中，温度是最重要的参数，也是造成接头失效最本质的原因。不合理的焊接工艺导致的焊接过程的温度控制不当，引发冷焊和过焊等缺陷。内部温度过高会使得金属丝周围的聚乙烯材料因温度过高而裂解，从而导致接头强度不足，产生过焊现象；内部温度不足则会导致熔合区深度和界面强度不足，产生冷焊现象。冷焊缺陷很难从外观上或通过常规液压试验分辨，但其可能导致焊接接头在服役过程中沿熔合面发生贯穿裂纹扩展失效，具有很大的安全隐患。 1.4 应用过程的安全状态监测是保障管道系统安全运行的关键 接头是管道系统的薄弱环节。美国塑料管研究所（PPI）技术总监Sarah Patterson在2016年美国机械工程师协会（ASME）压力容器与管道（PVP）50周年会的大会报告上指出，非金属管道的无损检测与安全监测研究是今后塑料管道技术发展应用的重要课题。 在接头安全监测方面，管道的服役过程安全监测研究主要有以下四种：（1）基于应变的监测技术：主要采用应变片等传感器测量管道应变。该方法技术成熟，但测点多、电路复杂，且仅能获得材料表层局部的应变信息。（2）连续碳纤维复合材料自监测技术：如内嵌连续碳纤维的复合材料，可以实时提供结构应变信息。采用连续碳纤维自监测的应变灵敏度系数小于传统应变片，且应变检测范围很小。（3）基于埋入传感器的监测技术：如利用嵌入式光纤光栅的管道应变场监测。光纤检测集成度高、精度高，已经在管道、桥梁等结构的智能监测中得到广泛应用。（4）基于导电填充材料的监测技术：在不导电的聚乙烯或其他非金属基体树脂中掺入少量导电纤维或颗粒，从而在材料中建立导电传感网络，当材料产生变形或局部损伤时，导电网络相应地产生导通节点数变化或局部断开，通过测量材料宏观电阻变化可以获得材料应变或局部损伤等信息。 基于导电填充材料的智能监测技术一直是混凝土结构与生物传感器领域的前沿与热点。其关键问题是如何通过合理的传感器设计，在不影响监测对象本身工作特性的同时，有效地提取监测对象的服役状态和结构损伤信息。开展结构安全监测技术研究，智能监测感知压力容器与管道结构失效特征参量，实现损伤失效的预警和运行的自主优化，是未来压力容器行业重要的研究方向。 2 智慧管件系统解决方案 非金属管道的智慧管件系统包含管件焊接过程的温度场智能调控和管件使用过程的损伤自监测两个功能，如图1所示。 2.1 焊接过程温度场调控 电熔焊接过程从本质上是电阻丝通电生热、聚乙烯材料相变熔合的过程，熔区温度在时间和空间上的变化很大程度上体现出焊接过程的发展。如图2所示，智能焊机的“智能”正是来源于我们所提出的熔区复合温度场理论模型。该模型能够根据采集到的实际电压电流数据，小成本、高精度地实时推演焊接过程的发展。不同于传统焊机对被控对象内部情况的“一无所知”，智能焊机首次采用基于熔区温度场的方式在线监测焊接过程，使得参数的调节和设计有坚实的理论依据。 在温度场模型的基础上，本作品能实现对焊接过程的质量控制。在焊接接头性能与加工条件的研究上，团队通过热重分析和凝胶渗透色谱分析研究PE100在不同温度焊接后的热降解行为，得出典型工业级PE100材料的允许焊接最高温度在270℃的结论。同时，通过超声检测和梯度试验的方法证实了管材熔区深度与焊接界面强度的关联。 基于上述理论研究和多次实践，对聚乙烯最高温度和熔区拓展深度进行控制是应对过焊和冷焊缺陷的重要方式。智能焊机对质量进行控制的思路即通过实时温度场计算聚乙烯最高温度和熔区边界，让最高温度在不超过270℃，熔区深度控制在2～3mm。为使焊接效率最高，通过由调整次数、焊接时长、最高温度等指标组成的代价函数对不同调整策略进行评价，从而获得最优的电压调整策略。通过这种温度主动控制的方式，管道焊接缺陷产生的概率下降超80%。 1.1 服役过程安全状态自监测 为了实现管道系统服役过程的安全状态自监测，采用短切碳纤维（SCF）增强聚乙烯复合材料（PE-SCF）制备电熔管件。由于碳纤维SCF具有良好的导电性，随着纤维含量的不断增加，填充在聚合物基体内部的短碳纤维能够形成良好的导电网络，如图3所示。PE-SCF复合材料内部SCF导电网络的破坏与重组赋予了该材料压阻效应，能够用于监测PE-SCF复合材料承受的载荷。图4为循环拉伸载荷下PE-SCF的应变和电阻响应与时间的关系。可以看出，PE-SCF复合材料的监测电阻能够及时反映材料承受的应变。随着应变增加，材料的电阻值增加；应变降低，材料的电阻值也降低；并且监测电阻对应变变化的响应具有很好的稳定性。PE-SCF复合材料在拉伸力作用下发生变形，部分短碳纤维导电网络断开，导致材料的电阻率增加。随着应变的降低，短碳纤维之间的接触恢复到初始状态，电阻值也随之恢复。结果表明PE-SCF应变与电阻变化之间存在确定的关联机制，初步论证采用PE-SCF复合材料制备具有自监测功能的电熔接头具有可行性。 图5显示了爆破试验过程中所监测到的PE-SCF电熔接头的电阻和压力变化曲线。结果表明，随着内部压力的升高，两个电极之间的电阻会不断增加，电阻变化率曲线的斜率也迅速增加。这是因为在加压初始阶段，电阻变化主要由基体的弹性变形引起，在这种情况下，材料内部的导电网络仍然完整，因此电阻不会产生很大变化。当压力继续增加时，材料内部形成微裂纹，导致局部导电网络的破坏，电阻变化率显著增加。初步实验表明，利用电阻变化率监测PE-SCF电熔接头的内压载荷及结构损伤状态具有可行性。 图6显示了峰值内压为5MPa时的循环加载实验期间，电熔接头上监测到的电阻变化曲线。可见电熔接头表面电极之间的电阻变化趋势与接头内部的压力变化趋势一致，且每个周期的峰值电阻十分稳定。基于电阻测量的内压监测灵敏度系数约为29.56%/MPa。实验结果表明，载荷和监测到的电阻信号存在较为稳定的关联关系，因而用电阻变化监测电熔接头内部压力的变化是可行的。 上述测试结果表明，采用PE-SCF复合材料制备电熔管件，利用PE-SCF材料的压阻效应，能够实现基于电阻测量的管道系统在服役过程中的内压及安全状态实时监测，提升了管道系统的服役安全性。