机械设计

成果与项目的背景及主要用途： 地热能是一种新型的清洁能源，其高效性、经济性和环境效益越来越受到各个国家的重视。中国由于受到地质条件的限制，地热流体温度普遍处于 150℃以下。尝试利用这部分中低温地热能用于发电，既有助于解决发电紧张的问题，又能减少二氧化碳排放造成的环境污染。天津地区拥有 10 个地热田，覆盖面积达到 8700 平方公里，地热资源的应用，给天津带来了巨大的经济效益和环境效益。该套装置产生中低温发电的效率约为 6%。 技术原理与工艺流程简介： 可以进行总成设计，以及蒸发器、冷凝器、循环工质（工质配比）等。具有不同的设计理念，通过设置系统参数、增加部件等方式，提高发电效率。采用一种与 Kalina 循环耦合的中低温地热能发电装置。Kalina 地热发电循环是在 ORC 基础上将“纯”循环介质变成氨水混合物，从而实现变温蒸发，混合物的沸点与热源温度能够较好地匹配，减少熵的增加。在装置结构上：由高温回热器、发生器、分离器、汽轮机低温回热器以及冷凝器依次串接、第一节流阀并联接于高、低温回热器之间，构成 Kalina 地热发电系统；由第二冷凝器、溶剂泵、蒸发器、节流阀以及吸收器依次串接构成吸收增温系统；通过节流阀接于分离器、吸收器于高温回热器，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为本发明。本装置可产生 100℃左右的吸收温度，同时将地热废水的排放温度降至 60℃左右，达到用低品位的地热能提高机组发电效率的目的。工质种类及状态参数也均与Kalina 系统相吻合。 技术水平及专利与获奖情况： “中低焓地热工程建设技术”，获 2003 年度国家科技进步二等奖。 专利：带有吸收增温系统的中低温地热发电机组（CN201010261139） 应用前景分析及效益预测： 我国地热资源储量约为 4.4×1027kJ，蕴含发电能力可达 6740MW。我国 2/3的面积年日照时间在 2300 小时以上，每平方米太阳能年辐射总量 3340-8400MJ，蕴含发电能力约 1400 万亿 kwh/a。地热资源丰富，应用前景十分广阔。目前，地热井发电投资费用为 10000 元/千瓦。 应用领域：地热水、地表水的余热发电 合作方式及条件：技术支持 成果的背景及主要用途： 我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下，我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的 10.3%、美国的 28.6%。我国工业用能中近 60-65%的能源转化为余热资源，其中温度低于 350℃以下的低温余热约占余热总量的 60%，提高用能效率的有效方式之一，便是对这部分余热资源进行有效的回收利用。本项技术 是采用有机工质朗肯循环推动膨胀动力机的低温余热发电的技术系统，适用于冶金、建材、化工等有大量低温余热的产业领域，还可以作为可再生能源的发电系统，推广到可再生能源产业领域。 技术原理与工艺流程简介： 本系统的创新点在于将低沸点有机工质用于热力循环中的热交换过程，有效实现低温余热换热；还在于利用膨胀动力机将有机工质产生的高压蒸汽转化为发电机驱动力，从而实现低温余热资源发电，膨胀动力机还可以拖动风机，水泵等设备。本系统突破了现有低温循环发电系统对于余热温度的最低要求，可用温度最低降至 80℃（低于 80℃系统经济性会降低），实现了低温余热资源的最大化利用。本系统主要包括蒸发器、冷凝器、工质泵、有机工质余热锅炉、膨胀动力机和发电机等设备。在核心设备的选用方面，膨胀动力机可选择螺杆膨胀机、涡轮机等设备。其中，螺杆膨胀机投资少、运行费用低、寿命长、安全可靠、易于维修，并且具有操作简单、不暖机、不盘车、不发生喘振、对介质品质要求不高、可无人值守全自动工作的特点，尤其适宜结合低沸点有机工质应用于低于 350 ℃的低温、低压余热回收利用；而采用涡轮机占地小，效率高，造价低，特别适用于余热量较大的场合，常被国外同类系统所选用。低温有机工质可选择 R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等工作介质，对于不同类型、不同温度的热源应当选取不同的工质，并且工质的优选也会影响到系统的运行效率。 技术水平及专利与获奖情况：该成果总体上达到国际先进水平。 应用前景分析及效益预测： 目前余热利用技术受到各方面重视，我国余热资源多，用户需求量大，应用前景广阔。采用低沸点有机工质作为热力循环的工质与低温余热换热，通过产生高压蒸汽推动螺杆膨胀机、汽轮机或其他膨胀动力机带动发电机发电，把大量废弃的余热转变为电力，节约了企业的电能消耗，提高了能源利用率，收到可观经济效益与环境效益。 应用领域： 本项技术特别适用于冶金、建材、化工等具有大量低温余热的产业领域，还可以作为可再生能源的发电系统，应用于再生能源产业领域。 合作方式及条件：面议

天津市人民政府颁发了2021年度天津市科学技术奖。突破卡脖子技术，助力“平安中国”的天津大学教授刘安安主持完成的“复杂环境智能视觉计算关键技术及应用”获得2021年度天津市科技进步特等奖。

本项目研究基于知识元的危化品爆炸事故关键情景要素抽取及表示方法；研究基于动态贝叶斯网络、案例推理及智能关联技术的危化品爆炸事故情景推演模型；研究危化品爆炸事故应急响应方案生成方法及对应的任务清单和所需资源列表动态生成方法及系统。项目成果已完成高水平学术论文3篇，培养硕士研究生3名。

项目成果/简介:项目在多年国家项目的支持下，在项目“面向工厂规划和生产过程的数字化工厂技术”获2013年教育部科技进步二等奖的基础上，进行持续开发完善，与沈阳机床合作，在智能制造领域进行了深入的合作研究， 在沈阳机床智能制造展示线开发完成数字化孪生仿真模型及基于互联网的定制信息系统，系统实现了网络化定制下达生产订单，数字化孪生系统在线仿真模拟，真实展现生产场景，并可通过移动设备进行浏览和信息管理。项目符合中国制造2025所倡导的智能制造和互联网+技术的发展，对中国制造向智能化转型起到促进作用。项目通过展示真实个性化印章的智能加工、检测和装配，体现网络化的定制及数字化双胞胎技术。应用范围:项目所开发完成的技术符合中国制造2025所提出的智能制造技术路线，已应用于工业实际和大专院校的教学培训。目前国家大力资助建立智能制造试点示范项目，制造企业也在积极转型，向数字化和智能化转型发展，这些都需要数字孪生和互联网+技术的支持。 项目成熟度：小批量生产，项目已独立以及结合沈阳机床的生产线及教育系统得到市场的应用，特别是在中国航发商用航空发动机有限责任公司相关项目中得到应用。 拟在全国范围内推广：1.项目可应用于离散制造业的规划、调试、运行和维护阶段的仿真优化，通过建立工厂、生产线、设备的三维模型，实现虚实结合的数字双胞胎。 2、教育培训领域：通过实现智能制造理念的面向教育和培训的生产线系统，通过模块化的系统，实现对智能制造教学和培训。项目阶段:小规模生产效益分析:项目的技术创新点、先进性在于实现了数字孪生技术在生产线中的应用，达到了生产线的虚实融合。不仅可在规划阶段对生产线进行仿真验证，还可在生产运行过程中实现虚实融合，并通过AR-VR技术对操作指导、维修指导和生产过程监控提供支持，从而实现多维的虚实融合，是实现智能制造的关键技术之一。项目相关技术不仅能够应用于工业实际的智能化制造之中，还特别适合面向智能制造的教育和培训。

本项目在已有技术条件下，研究开发具有自主产权的工业物联网应用技术，构建面向制造企业的多主体按需使用的云服务平台，形成支持云服务平台的运行和使用的标准规范，推动工业企业服务模式的创新，促进生产型企业向服务型企业转型

该项目针对装备智能化改造、智能个体自治技术、多智能体协商规则和自组织生产策略进行了深入研究，开发了相应原型系统——基于物联技术的自组织智能制造实验系统，形成了一套以物联技术为基础，通过自治与协商方式，实现车间自组织实时生产的“智能工厂”模式。 技术优势 该系统具备自组织、自决策、自适应、自学习的功能特征，可适应目前动态多变的制造环境，满足多品种、变小批量、高度定制化的生产需求。通过提供模块化热插拔的智能接口装置，可以帮助企业快速实现智能化改造升级。该智能制造系统可以高效柔性自治的应对加工、装配、检测等作业任务。

项目在多年国家项目的支持下，在项目“面向工厂规划和生产过程的数字化工厂技术”获2013年教育部科技进步二等奖的基础上，进行持续开发完善，与沈阳机床合作，在智能制造领域进行了深入的合作研究， 在沈阳机床智能制造展示线开发完成数字化孪生仿真模型及基于互联网的定制信息系统，系统实现了网络化定制下达生产订单，数字化孪生系统在线仿真模拟，真实展现生产场景，并可通过移动设备进行浏览和信息管理。项目符合中国制造2025所倡导的智能制造和互联网+技术的发展，对中国制造向智能化转型起到促进作用。项目通过展示真实个性化印章的智能加工、检测和装配，体现网络化的定制及数字化双胞胎技术。

该项目针对装备智能化改造、智能个体自治技术、多智能体协商规则和自组织生产策略进行了深入研究，开发了相应原型系统——基于物联技术的自组织智能制造实验系统，形成了一套以物联技术为基础，通过自治与协商方式，实现车间自组织实时生产的“智能工厂”模式。技术优势该系统具备自组织、自决策、自适应、自学习的功能特征，可适应目前动态多变的制造环境，满足多品种、变小批量、高度定制化的生产需求。通过提供模块化热插拔的智能接口装置，可以帮助企业快速实现智能化改造升级。该智能制造系统可以高效柔性自治的应对加工、装配、检测等作业任务。应用范围:在数字化智能工厂、制造资源互联接入、智能单元自组织自适应协同生产等方面，已为航空航天军工、汽车制造、生物发电、轨道交通、电力电子、服装轻工等多个工业领域细分行业客户提供工业互联网+智能制造服务。

一、项目简介基于物联网技术的工业设备智能应用平台（以下简称平台）以物联网 M2M（Machine to Machine/Man）技术为核心，实现以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用和服务。平台对 M2M 的“智能化机器、M2M 硬件、通信网络、中间件和应用”五个关键部分进行架构，实现对工业设备如压缩机、鼓风机、发电机等的智能监控、节能管理和网络化管理服务。本项目在已有技术条件下，研究开发具有自主产权的工业物联网应用技术，构建面向制造企业的多主体按需使用的云服务平台，形成支持云服务平台的运行和使用的标准规范，推动工业企业服务模式的创新，促进生产型企业向服务型企业转型。二、关键技术优势或创新性关键技术:（1）M2M 硬件装置；（2）通信网络协议；（3）中间件架构技术；（4）物联网组网技术；（5）应用层构架技术；（6）应用层分布式框架技术；（7）物联网数据服务器系统技术；（8）多种网络融合技术。针对工业设备的物联网应用（1）各行业设备的远程通讯改造技术；（2）设备监控新技术方法；（3）针对设备的优化控制方法；（4）基于物联网技术的服务与管理新方法创新性（1）链路、业务和应用层功能模块化，