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基于智能状态检测的超音速旋流净化系统
摘要 超音速旋流净化技术是湿烟气经超音速分离器绝热膨胀至超音速,降温50-100℃后,其中夹带的水蒸汽、SOx与溶解性盐、凝胶粉尘、微尘等成分发生非均质凝结后予以分离的一种新型气体净化技术,脱除效率最高可达90%,能够高效地实现烟气脱白。该技术同时借助多传感器融合方法智能诊断和动态测量流场数据,优化烟气“脱白”过程,必要时辅以高压微雾增强技术,强化分离净化效果。相较于传统的电磁法、烟气加热法、烟气喷淋法等脱白工艺,独创的基于智能状态检测与诊断控制的分离效率增强技术能实现烟气的高效率稳定脱白。 团队创新成果与技术应用展示 本项目团队,近十几年一直从事超音速旋流分离技术和多相流流场参数检测与电学成像技术的研究,已分别构建了超音速分离装置和电阻成像(ERT)、电容成像(ECT)及电磁(EMT)等多套系统。现有成熟技术已为国内多家单位,如上海交通大学、北京石油化工学院、北方工业大学、太原理工大学、西门子(北京)研究院等,提供了相应的电学成像系统。本项目中所采用的技术和提出的方法均为自主设计和开发,对于已研制超音速旋流分离技术和流场参数检测系统中的一些关键技术已申请了专利,具有完全的知识产权。同时开发过程中使用的所有部件和器件没有限制级产品,可避免不必要的知识产权争端,以及国外技术壁垒的限制。 独创的基于智能状态检测的超音速旋流净化系统利用静电(Electrical Tomography,ES)传感器和电学层析成像(Electrical Tomography,ET)传感器,结合多源信息融合算法,实现管道内气体的非侵入式流场参数测量和状态诊断。系统将检测到的信息进行处理和融合,分析超音速分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化,并建立异常状态检测与诊断方法,诊断系统状态。可被广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建材、食品等工业,如烟气脱白;石油工业中油/气/水混输过程;冶金、电力工业中各种气力物料输送过程;以及化工、医药、能源等领域中的干燥过程、混合过程、流态化过程、扩散过程、反应过程等普遍涉及多相流测量问题。相较于传统的处理工艺,超音速旋流净化技术中的设备可靠,工艺过程简单,投资成本和维护成本很低。核心传感器和技术包括静电(Electrical Tomography,ES)传感器、电学层析成像(Electrical Tomography,ET)传感器和超音速旋流分离技术。 静电传感器 静电传感器具有结构简单、灵敏度高,可以非侵入测量等特点,近几十年来发展迅速,英国贸工部认为在煤粉的流速、浓度或质量流量测量手段中,静电法是最有前途的方法之一。 在检测机理方面,目前静电法气固两相流检测可分为接触电荷转移法与静电感应法两条路线,对于应用最广泛的内壁嵌装电极式传感器结构,本团队发现转移电荷和感应电荷经电荷放大电路后,不仅体现出不同的信号波形特征,而且从频域来看,转移电荷形成的信号在整体信号中也占有重要比重。以此为基础,提出了一系列的感应电荷信息和转移电荷信息的解耦方法,提高了颗粒流动参数测量精度。 本团队建立了带式静电感应实验装置与气固两相流计量实验装置。带式静电感应实验装置用来模拟带静电颗粒流动情况以及相关测速方法标定。气固两相流计量装置为参数可调的气力输送系统,用于气固两相流研究以及颗粒质量流量计量标定。两套装置计量精度均经过了天津市计量监督检测科学研究院的测试。 图1 静电法技术成果展示 电学层析成像传感器 电学层析成像技术类似医学的CT技术,通过外围测量,重构截面电学参数(电导率/磁导率/介电常数)分布信息。电学层析成像技术根据测量模态的不同,主要分为电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,简称ECT)、电阻层析成像技术(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)和电磁层析成像技术(Electromagnetic Tomography,简称EMT)。系统具备高速测量、多电极组合、多测量模态切换、可视化、高信噪比和可定制化等特点。 本团队针对重质劣质油的加工转化的核心设备——三相流化床,转化效率和产量还存在难以突破设计瓶颈的问题,在首次提出基于TMR的磁导率EMT方法的基础上,结合ECT 和ERT 等多种模态的电学层析成像系统,设计了基于电/磁双模层析成像的高固含率气液固三相流态化实验装置,可实现高固含率条件下,气液固三相的识别和分相分布参数的实时测量。 图2 电学层析成像技术成果展示 图3 ERT/ECT/EMT系统展示 图4 ECT对油气润滑系统中油膜厚度检测  超音速旋流分离技术 超音速旋流分离技术是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法,具有工艺流程简单、稳定性好、效率高、能耗低等特点,成为近二十年来非常有应用价值和商业前景的新分离技术。该技术集膨胀机、气液分离器和压缩机于一体,主要由旋流发生器、超音速喷嘴、分离段和扩压管组成。其工作原理如下: 经过前级处理后的含湿气体导入到超音速分离器内,经过旋流发生器,产生加速度为106m/s2的旋转流场; 旋转的气体通过拉伐尔喷管时,会绝热膨胀至超音速,同时降温降压,温度最大可降低50-100℃,低温的流场环境能够使气体中的水蒸气开始凝结产生相变,出现小液滴; 在旋转流场中,凝结产生的小液滴不断碰撞、聚并,在强离心力的作用下,被甩至壁面,并在气体的带动下,从湿气出口排出; 经过处理的干气在管道中心流动,经过扩压器内降速升压,进行排放。 本团队首次采用Young经典成核理论和C-C相平衡方程推导获得了水蒸汽自发凝结Wilson位置解析式,在此基础上,提出了基于液滴成核和生长模型的非均质凝结模型和跨声速湿空气凝结SST湍流模型,揭示了跨音速两相凝结现象“非稳态”不同振荡模式的流动特性,获得了使分离效率最大化的最优外界核心半径,深入研究了超音速分离器的流场特性、处理效率和分离特性。 图5 超音速旋流分离器流场测量系统 图6 凝结液滴参数测量 图7 中国计量测试学会科学技术进步奖 图8 超音速分离器液相分布仿真预测  针对烟气的智能状态检测与诊断控制的超音速旋流净化工艺 湿法脱硫后的湿烟气直接排放会产生“白色烟羽”,由于在脱硫过程中,脱硫浆液与高温烟气直接接触,发生传热传质;一方面水分蒸发,增加烟气的含湿量;另一方面,烟气温度降低,烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后,会携带部分小液滴,这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后,直接经烟囱排入大气,由于环境温度比烟气温度低,饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白色烟羽”。白烟中含有较多的溶解性盐、SO3、凝胶粉尘和微尘等成分,会造成环境污染。 针对上述问题,本团队首创的基于智能检测与诊断的超音速旋流净化工艺解决了传统烟气脱白技术(如烟气加热方法、烟气冷凝再加热技术和电磁脱白技术等)成本高,工艺流程复杂,维护费劲的问题,具有设备可靠,工艺过程简单,投资成本和维护成本很低的特点。 该技术主要是利用超音速旋流分离器的增速降温原理,将烟气中的水蒸气进行凝结并旋转分离,通过引射器将液滴引至超音速分离器入口,辅以高压微雾增强技术,强化脱白效果。在超音速分离器分离段和湿气出口处安装本团队自主研发的多相流可视化及参数测量系统(静电层析成像系统和电学层析成像系统),结合智能化成像算法和多元信息融合算法,对管道内烟气的流场参数进行非侵入式智能测量。系统可根据测量结果,分析超音速旋流分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化,建立异常状态检测与诊断方法,诊断脱白系统的运行状态,同时,指导引射器对液滴量引入的精确控制,进而实现高效稳定的烟气脱白。 图9 针对白烟气的智能检测与诊断控制超音速旋流净化工艺流程
天津大学 2021-05-12
大田滴灌用水力旋喷自动吸附网式过滤器
随着节水农业的兴起,滴灌、喷灌技术正被越来越广泛地应用。目前已建成的系统 首部,控制系统采用人工手动控制的较多,系统自动化程度低,且产品单一,而过滤器 作为系统首部的核心设备,用户急需技术含量高的产品。 针对以上问题,研制和开发了一套大田滴灌水力旋喷自动吸附网式过滤器及其控制 系统,克服了以往过滤器体积大,水头损失大、操作复杂的缺点,符合当代农业主的需 求。该技术产品具有不同60、80、100、120等不同目数和不同结构的过滤器产品,不仅 用于滴灌,还可以用于喷灌等灌溉方式,适应范围广。生产工艺成熟、产品质量稳定。
青岛农业大学 2021-04-11
旋口式指引导管及应用其的介入治疗设备
相关专利提出了一种新型的指引导管,用于冠脉介入治疗时方便更换介入导管。
天津医科大学 2021-02-01
大田滴灌用水力旋喷自动吸附网式过滤器
随着节水农业的兴起,滴灌、喷灌技术正被越来越广泛地应用。目前已建成的系统首部,控制系统采用人工手动控制的较多,系统自动化程度低,且产品单一,而过滤器作为系统首部的核心设备,用户急需技术含量高的产品。 针对以上问题,研制和开发了一套大田滴灌水力旋喷自动吸附网式过滤器及其控制系统,克服了以往过滤器体积大,水头损失大、操作复杂的缺点,符合当代农业主的需求。该技术产品具有不同60、80、100、120等不同目数和不同结构的过滤器产品,不仅用于滴灌,还可以用于喷灌等灌溉方式,适应范围广。生产工艺成熟、产品质量稳定。
青岛农业大学 2021-05-07
一种旋流流化床固体粒子发生器
本实用新型公开了一种旋流流化床固体粒子发生器,是在主气路中引出旁路气流作为粒子发生器的驱动动力,旁路气流分别通过底部和侧壁切向通孔注入压力容器中,底部注入的气流用于驱动流化床,切向注入的气流可形成旋流增加气流紊乱程度,综合利用流化床和旋流分散干燥的固体粒子,形成气溶胶,从而保证粒子质量,最后通过压力容器上部的气路将气溶胶注入主气路。本实用新型不需要额外的高压气源,不会改变空气或者是燃料气体流量及其相对比例,可以避免增加额外的流量计/流量控制器的使用。利用流化床和旋流结构,可有效提高粒子散布的均匀性,并有效避免流化床中形成稳定气路而失效,该装置结构简单,操作维护方便,投资及维护费用低。
浙江大学 2021-04-13
一种透平机械密封进口旋流发生器
本发明涉及一种透平机械密封进口旋流发生器,同轴的静子和转子之间形成逆旋腔,导流栅设置在逆旋腔内;逆旋腔沿工质流动方向依次分为渐扩段和渐缩段;逆旋腔的上游设置有齿尖诱导槽;齿尖诱导槽用于将泄漏流以特定径向偏转角进入逆旋腔,并与逆旋腔的渐扩段扩大延伸方向相匹配,该装置通过“压力能→轴向动能→逆旋动能”三级能量转换,突破了传统阻旋栅单一被动阻挡策略的局限性,提升周向流动的调控效果,强化密封流体激振抑制性能。
上海理工大学 2021-01-12
低速电动车电池保护板、低速度电动车 BMS
目前在低速电动车市场(电动自行车、低速电动轿车、 观光车、叉车等)正在大力兴起,过去大部分都采用铅酸电池,随着新能源电池(如:磷酸铁锂、三元电池等)技 术日趋成熟,用新能源电池替代铅酸电池已是大势所趋。 而其中的保护板、BMS 是新能电池包中不可缺少的重要部件之一,其主要作是在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值,实现电池组各单体电池的均衡,有效地改善了串联充电方式下的充电效果,同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态, 保护并延长电池使用寿命。与同类产品相比,我司产品主要优势有均衡能力较强,保护措施全面且稳定可靠,可适用于多种新能源电池,同时具备通讯、定位、人机交互等多种功能,以广泛应用到多款电动车、叉车、观光车等车 型中 。
中国科学技术大学 2021-04-14
电动钻机控制系统
交流变频电动钻机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。90年代后期,我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备,尤其是电驱动钻机,成为当今最受青睐的钻机。交流变频电动钻机与机械钻机和直流钻机相比,它采用了交流变频调速技术,能够适应钻井工艺的要求,简化了钻机的机械结构,减轻了维护保养工作,提高了安全性、可靠性和移运性。交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便;调速范围宽,可实现无级调速;能够以极低的速度恒扭矩输出,实现数控恒钻压自动送钻,对提高钻井时效、优化钻井工艺、处理井下事故等十分有利。新型司钻控制系统控制精确、操作简单,使司钻摆脱了繁重的体力劳动,并注重了操作技巧和钻井参数的优选。 油田电驱动钻机自动控制系统采用成熟、先进的技术装备完成对油田钻机的电气传动及自动化监控功能,其动力控制系统、交流输出特性、控制操作和各种保护功能、互锁功能、模块化设计等完全满足油田野外钻机的工作参数和传动特性,达到钻井工艺要求,具有优异的调速性能、过载能力强、可靠性高、抗干扰能力强、设计布局合理、操作简便可靠、易于维护及维修等特点,系统将包括绞车、转盘、泥浆泵的全变频交直交调速、双备份自动送钻、一体化仪表及监控、游车位置自动控制、智能化远程司钻等先进的控制功能。 该系统变频单元采用全数字矢量控制电压源型交流变频调速装置,具有V/f特性曲线的频率控制方式和磁场定向矢量控制方式。“一对一”控制驱动绞车,转盘、泥浆泵主电机及送钻电机,实现无级调速,满足高精度钻井工艺要求。同时,系统配置有辅助自动送钻装置,自动送钻系统控制钻机的钻速及钻压,实现送钻电机在0-36m/h范围内恒钻压送钻,可以对设定参数进行修改,监控钻进过程的钻压、钻速、游车位置等参数,自动控制游车减速和软停、紧急故障刹车等功能,有效的防止溜钻、卡钻、事故的发生,提高钻速及钻进质量。 本项目适用于陆地及海洋钻井的新建或改造电驱动钻机,井深范围1000m~7000m。
北京科技大学 2021-04-11
多功能电动牙刷
成果描述:1.本外观设计产品的名称:多功能电动牙刷。2.本外观设计产品的用途:本外观设计产品用于口腔清洁和播放音乐。3.本外观设计产品的设计要点:产品的形态。4.最能表明本外观设计设计要点的图片或照片:组合状态立体图。5.省略视图:设计1左视图、设计2左视图、设计3左视图,因为本产品为左右对称结构,所以左视图与右视图完全对称,故省略。6.其它:本外观设计为组件产品,组件1为电动牙刷充电底座兼音响;组件2为电动牙刷手柄;组件3为电动牙刷头。市场前景分析:1.本外观设计产品的名称:多功能电动牙刷。2.本外观设计产品的用途:本外观设计产品用于口腔清洁和播放音乐。3.本外观设计产品的设计要点:产品的形态。4.最能表明本外观设计设计要点的图片或照片:组合状态立体图。5.省略视图:设计1左视图、设计2左视图、设计3左视图,因为本产品为左右对称结构,所以左视图与右视图完全对称,故省略。6.其它:本外观设计为组件产品,组件1为电动牙刷充电底座兼音响;组件2为电动牙刷手柄;组件3为电动牙刷头。与同类成果相比的优势分析:国内先进
成都大学 2021-04-10
一种电动扳手
本实用新型公开了一种电动扳手。包括外壳、螺栓头套和电机,电机固定于外壳,螺栓头套用于连接到被取螺栓上,还包括连接在螺栓头套和电机之间的带有圆柱副和行星齿轮副的转接机构,通过转接机构实现螺栓头套和电机之间的距离调节和转动连接,转接机构包括两个行星架、三个直角拐、三个行星轮、一个中心轮和一个内齿圈。本实用新型使得零件的设计时对扳手预留空间设计要求降低,零件设计结构紧凑,为已有平行狭小工况提供一种快速有效的螺栓拆卸或固定方法。
浙江大学 2021-04-13
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