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

项目针对汽轮机叶片数字化制造过程的关键技术进行了研究开发，锻造技术专家知识集成到设计系统中，实现了设计过程的智能化自动化；通过对各种叶片，各种工艺要求的截面余量加放，实现了自动判断修型位置、型线特征，自动偏置曲线或重新构造，自动光顺及形成截面型线；通过自动拉锻件飞边，构造锻模仓部和桥部，实现了由叶片锻件实体自动驱动生成叶片锻造模具实体及切边模具实体，同时也实现了模具工程图的自动生成；将基于零件模板的参数化设计方法应用到叶片夹具零件的设计过程中，实现了知识和经验有效继承；利用二次开发应用程序可修改相应的参数，并能方便的实现叶片夹具三维模型的快速生成和工程图的快速生成功能；基于专家系统技术来对叶片夹具程序进行了设计，实现了叶片制造过程的工装夹具设计标准化、模块化、系列化；开发了快速自动化设计软件，缩短了叶片工艺工装的设计制造周期、提高了设计效率和设计正确率，实现了设计规范化、标准化。 

项目针对汽轮机叶片数字化制造过程的关键技术进行了研究开发，锻造技术专家知识集成到设计系统中，实现了设计过程的智能化自动化；通过对各种叶片，各种工艺要求的截面余量加放，实现了自动判断修型位置、型线特征，自动偏置曲线或重新构造，自动光顺及形成截面型线；通过自动拉锻件飞边，构造锻模仓部和桥部，实现了由叶片锻件实体自动驱动生成叶片锻造模具实体及切边模具实体，同时也实现了模具工程图的自动生成；将基于零件模板的参数化设计方法应用到叶片夹具零件的设计过程中，实现了知识和经验有效继承；利用二次开发应用程序可修改相应的参数，并能方便的实现叶片夹具三维模型的快速生成和工程图的快速生成功能；基于专家系统技术来对叶片夹具程序进行了设计，实现了叶片制造过程的工装夹具设计标准化、模块化、系列化；开发了快速自动化设计软件，缩短了叶片工艺工装的设计制造周期、提高了设计效率和设计正确率，实现了设计规范化、标准化。 

青岛科技大学先进电工材料研究院是学校从事高压绝缘与电工材料科研机构，由我国著名电气绝缘专家、中国工程院院士雷清泉教授担任院长。研究院是山东省高压绝缘与电工材料专业委员会挂靠单位，现有教职员工20余人，中国工程院院士1人、山东省专业技术拔尖人才1人、泰山学者青年专家1人;教授3人，副教授5人。目前围绕电力和能源形成了以下几个特色研究方向:高压直流电缆材料研发及应用、高压直流电缆附件硅橡胶材料研发及应用、特高压设备环氧树脂材料开发及应用、动车组车顶高压设备绝缘关键技术及应用、极端环境下绝缘材料与绝缘技术。先进电工材料研究院具备开展电工绝缘材料性能测试和研究的先进实验平台，拥有介电阻抗--热激电流综合分析仪、C3型固体介质空间电荷测试系统、真空沿面闪络测试系统、交/直流击穿测试系统、表面电位衰减测试系统、电流变仪、扫描电镜、真空型红外光谱仪等大型仪器，科研仪器设备总值1200万元。建有材料制备与化学合成、材料加工、电气性能测试、微观结构表征等专业实验室，处于国内电工材料领域研究先进水平。近几年团队围绕制约超/特高压设备发展的绝缘材料卡脖子问题，不断加强与全球能源互联网研究院、南方电网科研院、山东电科院、浙江电科院，以及特变电工、中天科技等一线科研院所和制造企业的交流和合作，在高压直流电缆绝缘材料、半导电屏蔽材料、高压电缆附件硅橡胶材料和新型电工绝缘材料等方面取得了突破性进展。基于团队前期电工绝缘材料的研究基础和研究特色，本次拟在特高压设备用增强型环氧树脂体系开发及应用关键技术（96)、特高压绝缘子用特种硅橡胶材料开发及应用技术（98）两个方面开展产学研合作。技术分析(1）高压直流电缆绝缘料及半导电屏蔽材料开发及评价方法:团队针对高压直流电缆电荷积聚问题，突破对其传统认识，于2017年首次提出半导电屏蔽层电荷发射评价方法。近两年申请国际/国家专利10余项，其中国际发明专利3项（获“青岛市PCT专利创造资助资金”资助)。该成果对于不断发展和深入研究半导电屏蔽料具有重要的科学意义和工程价值，可为我国绝缘料、半导电屏蔽料的性能提升和国产化提供理论指导。(2）高压电缆附件硅橡胶材料配方研究及评价方法:与全球能源互联网研究院合作开展土500 kV柔性高压直流电缆附件制备关键技术研究，研究了500 kV高压直流电缆附件硅橡胶材料的配方，以及硅橡胶与电缆主绝缘的界面匹配特性;建立了基于矩形图法的双层绝缘介质界面电荷评估方法。该成果用于指导500 kV柔性高压直流电缆附件材料选型及界面电荷评估。(3）新型电工绝缘材料研究:雷清泉教授于2017年在国际上首次提出了一种新型超电绝缘体结构原型——维氧化铝纳元胞，研究成果发表在纳米能源材料领域的顶尖学术刊物NanoEnergy 上。该成果对传统电介质击穿理论、材料结构形态研究及制造工艺将会产生根本性变革，对现代高端电缆制造及特/超高压输变电领域具有重要的意义和潜在的应用价值。(4）高导热绝缘环氧树脂材料研究。研究院郝春成教授开展了高导热绝缘环氧树脂研究，通过改性提高环氧树脂的耐击穿电压、导热性能，改善了力学性能，可用于特高压设备绝缘体系。

为解决变压器油耐压试验重复工作量大、耗时多、自动化程度低等问题，研究开发的XN-1型全自动多功能绝缘油耐压试验机具有以下主要功能： 1、一次试验能同时做4个油样的耐压，或抽样进行，对多油样试验可提高效率许多倍。 2、只需使用鼠标就能完成所有指令输入，计算机自动按照国家标准要求进行程控试验，不需工作人员辅助操作、监督。 3、试验结果用专家系统诊断，人工智能自动给出耐压结论。 4、加简化分析结果，打印A4纸正规试验报告。 5、试验数据和结论不可人为修改，确保试验报告客观真实，并可存盘，再次调用。 6、试验过程在计算机屏幕上显示，可以进行中断，也可重新试验。 7、能查询油耐压的最新国家标准；可通过“学习(电气试验)”、“学习（简化分析）”、“学习（色谱分析）”文本，对试验人员进行技术培训。 8、系统加密管理、具有自动检测和校正功能；进行油耐压时，计算机可同时做其他工作。

场效应晶体管（Field Effect Transistor, FET）是芯片与集成电路的基本单元，由金属电极、半导体电荷传输层和绝缘电介质层三部分组成。近年来，电气设备和电子产品小型化、轻量化、智能化的发展趋势对FET等基础电学元器件提出了向高性能、微型化、高频化和柔性化发展的需求。进入21世纪后，随着多种具有共轭π键体系聚合物和小分子的合成，有机半导体材料的优良电荷传输特性已被较为充分地发掘，分子结构创新的匮乏导致半导体材料电荷传输性能难有跨越式的提升。基于这种现状，西安交通大学鲁广昊教授课题组将研究重点转向绝缘电介质层，通过充分挖掘绝缘介质带电特性形成可控的栅极补偿电场，实现FET半导体层电荷传输的调控并提高器件性能。近日，前沿院鲁广昊教授课题组与电气学院李盛涛教授课题组、理学院张志成教授课题组、中科院长春应用化学研究所崔冬梅研究员课题组开展合作，通过自由基聚合合成了一种新型绝缘聚合物分子：无规4-氟代聚苯乙烯（Poly(4-fluorostyrene)，FPS）。该聚合物具有较高的深电荷陷阱密度、高击穿场强、高热稳定性和疏水性，可实现高度稳定的驻极体。以FPS薄膜作为栅极介电层，并以C12-BTBT作为半导体层制备的有机场效应晶体管具有高达11.2 cm2·V-1·s-1的场效应迁移率，高达107的开/关比和较小的阈值电压。与广泛使用的聚苯乙烯相比，FPS的电子和空穴陷阱密度及陷阱能级均有所上升，带来6.8×1012cm-2的高带电量。利用FPS制备的OFET存储器件可在大于100 V的宽存储窗口下工作，并具有在空气环境中大于一个月的存储稳定性。 该研究成果以“Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories”为题发表在国际材料领域权威期刊Materials Horizons上（影响因子：14.356）。该文第一作者为西安交大前沿院助理教授朱远惟博士，通信作者为前沿院鲁广昊教授、电气学院李盛涛教授和中科院长春应化所刘波副研究员。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、国家博士后基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室中青年基金及校基本科研业务费的资助。论文链接为：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00203h/unauth#!divAbstract课题组网站：http://gr.xjtu.edu.cn/web/guanghaolu/home

本实用新型公开了一种GRC复合保温外墙板与主体结构的连接结构，包括主体结构和GRC复合保温外墙板，主体结构包括由混凝土一体浇筑而成的上梁、底梁以及两侧的边柱；GRC复合保温外墙板的四周预埋有固定件，GRC复合保温外墙板的四周通过预埋的固定件分别与上梁、底梁以及两侧的边柱固定连接，且GRC复合保温外墙板的四周与上梁、底梁以及两侧的边柱的缝隙处用硅酮结构密封胶进行密封。本实用新型采用以直接固定为主，辅于硅酮结构密封胶弹性连接的方式，相比湿式连接，本实用新型的连接方式具有更低的刚度，还具有一定的柔性，能够

本实用新型公开了一种装配式混凝土结构梁柱的连接结构，包括预制柱和预制梁；还包括锯齿式抗剪键，锯齿式抗剪键为横卧的王字形状；预制梁的连接端为变截面端，变截面端通过预埋的锯齿式抗剪键和预制柱的牛腿连接，且抗剪键的上半部埋入预制梁，抗剪键的下半部埋入预制柱牛腿。本实用新型结构设计简单，便于装配，连接牢固，易于推广。