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我公司参与西安理工大学提名2022年陕西省科学技术奖项目
发布时间:2022-06-17

公   示

各有关单位:

       我公司参与西安理工大学提名2022年陕西省科学技术奖项目—“高性能离心泵及其系统的关键技术及应用”有关信息进行公示,公示期为2022年6月17日-2022年6月23日(7个自然日)。

公示期间,任何单位或个人对公示信息持有异议的,可以以书面方式向我单位提出,并提供必要的证明材料。

        联系人:崔龙   联系电话:15306548368



科学技术进步奖公示内容

一、          项目名称

高性能离心泵及其系统的关键技术及应用

二、          提名者及提名意见(包含提名等级)

提名单位:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

提名意见:西安理工大学罗兴锜教授团队长期以来以国家级科技项目和国家重大需求为依托,结合特种离心泵的研发实现产学研的协同攻关,攻克了离心泵空蚀与磨蚀机理、压力脉动形成机制与抑制技术等方面的难题,建立了具有完全自主知识产权、基于反问题与神经网络相结合、融合流动控制技术的离心泵优化设计体系,研发出的离心泵综合性能达到国际领先水平。目前已为抽黄泵站、工业循环水系统、榆林黄河东线马镇引水工程、福建霞浦核电站等300多个大型泵系统设计并制造了高性能离心泵,产生了巨大的经济效益与社会效益,有力推动了行业的技术进步。特提名参评陕西省科学技术进步奖一等奖。

三、          项目简介

泵作为国民经济中基础性和战略性的通用机械,被喻为“现代工业的心脏”,凡是有液体流动的地方,几乎都有泵在工作,其年耗电量占全国总发电量的18%左右。其中离心泵具有扬程大、效率高、体积小等优点被广泛应用于水利、农业、工业、市政、国防等领域,是泵行业中应用最广泛的机型,占泵产品总量的70%左右。

我国离心泵的自主研发起步较晚,与国外先进水平相比,国产离心泵效率约低2%~4%,泵系统运行效率普遍低10%~30%,且磨蚀和振动问题突出,使用寿命短。直到本世纪初,特种离心泵技术和产品如高含沙水流两相流泵、核主泵、多相混输泵、调水工程大型离心泵等主要依赖进口。随着南水北调等大型国家调水工程的建设、深海油气资源的开发以及化工、核电与国防等领域内重大工程的启动,迫切需要拥有自主知识产权的高性能离心泵产品。因此,开展高效稳定抗磨蚀离心泵及系统的关键技术及应用研究对满足国家重大工程需求、实现“双碳”目标意义重大。

项目组从本世纪初的东雷抽黄水泵改造开始,以国家“863”计划课题、国家自然科学基金项目以及企业委托项目为依托,历经20余年的技术攻关,围绕离心泵及其系统运行中普遍存在的效率低、磨蚀严重、振动突出三大问题,结合引黄工程、跨区域调水工程、高耗能企业节能减排和核电建设等大型离心泵的开发与改造,先后攻克了离心泵空蚀与磨蚀机理、压力脉动形成机制与抑制技术等方面的难题,形成了具有完全自主知识产权的高效稳定抗磨蚀离心泵优化设计体系,将离心泵的综合性能提升至国际领先水平,打破了高端离心泵的国外技术垄断。

(1)首次提出了水力机械叶片和轴面流道联合的二层设计策略,构建了基于神经网络的多工况叶轮性能量化评价模型,揭示了叶片速度矩分布对叶轮内部二次流和空化的影响规律,建立了以叶片速度矩分布为变量的叶轮间接参数化优化方法和抗空化设计技术,将离心泵的最高效率普遍提高到92%左右。

(2)揭示了沙粒浓度、粒径、冲击角度、冲击速度等参数对离心泵磨损的机理,剖析了不同基体材料、不同复合材料的抗磨蚀性能,发展了含沙水流离心泵磨蚀预测模型,构建了沙粒运动角与叶片安放角之间的关系,建立了抗磨蚀离心泵设计方法,大幅度提高了泵的抗磨蚀性能,使用寿命延长两倍以上,破解了高含沙水流水泵磨损严重的难题。

(3)提出了一种非接触式振动实时检测技术,明晰了水力振动引起轴系和泵结构振动的规律;发展了串列叶栅、T型叶片、导流腔以及端壁处理等内部流型控制技术,抑制了离心泵的压力脉动,解决了水力振动问题。

(4)揭示了入流畸变对离心泵能量特性、压力脉动和非定常激振力的影响机理,提出了以时序位置优化和涡流发生器为技术特征的流动控制方法,创建了以优化通流部件间匹配关系和抑制叶轮入流畸变为核心的泵系统整体优化设计和运行技术,有效解决了泵系统运行过程中的流激振动问题,实现了泵及其系统的高效匹配,系统能耗降低20%以上。

本项目已获授权发明专利17项,实用新型22项;发表学术论文91篇,其中SCI/EI收录53篇。

本项目已在陕西东雷抽黄、中石化、中海油、陕煤、晋煤、宝丰能源、新疆中泰、黄河鑫业、河南中能、江西能投等300多个大型泵系统中得到成功应用,泵系统能耗降低20%以上,2021年节电量达13.5亿度。项目组主持完成了我国首台600MW示范快中子反应堆一回路主循环钠冷双吸离心泵工程样机的水力设计,扬程曲线在运行范围内无驼峰,解决了该类核主泵水力稳定性问题,打破了钠冷快堆核主泵国外技术封锁。近三年浙富控股集团股份有限公司、江苏航天水力设备有限公司、广东肯富来泵业股份有限公司、西安格睿能源动力科技有限公司和石油化工等用户利用本技术产生的直接经济效益达50多亿元,社会和经济效益显著。

四、          客观评价

1.陕西省水利厅科技计划项目验收意见

以张勇传院士为组长的专家组一致认为:……所研发的模型水泵的能量、空化、稳定性、倒转飞逸和零流量等主要性能指标均达到或超过了专题“高扬程大流量离心泵水力模型研发”的要求,其中模型水泵最优效率达到91.24%(以叶轮出口直径为标准换算)、额定点效率为91.18%,模型加权平均效率达到90.98%;对应原型最优效率达到93.1%、额定点效率为93.04%、原型加权平均效率达到92.83%;上述指标具有国际先进水平。……,拥有全面的自主知识产权,在高水头大容量泵站工程具有广泛的应用前景。专家组一致同意该专题通过验收。

2.离心泵水力模型同台对比试验

榆林黄河东线马镇引水工程是纳入《黄河流域综合规划(2012-2030)》和陕西省“十三五”规划的重大基础设施项目。……试验于2021年由北京中水科水电科技开发有限公司组织、在中国水利水电科学研究院水力机械试验台水力进行。哈电、江苏航天(项目组技术)、利欧、东电和安德里茨等厂家参加了同台对比试验。试验结果表明,研发的离心泵水力模型在满足效率和空化的基础上,压力脉动性能最优、扬程驼峰裕量最大,稳定性为国际领先水平。

3.陕西省水利厅科技计划项目验收意见

……项目开发出高效抗磨蚀的水沙两相流离心泵,……其在高含沙水流条件下的水泵效率达到87%以上,使用时间超过了2800小时,寿命延长了2~3倍,基本解决了高泥沙灌区水泵的磨蚀严重和效率偏低问题,……,该项目完成了合同书规定的目标任务和考核指标,同意通过验收。

4.国家自然科学基金结题结论

国家自然科学基金资助项目准予结题通知:畸变入流条件下离心泵内部流动机理及其压力脉动特性研究(批准号:51279106)和导叶式离心泵内部旋转失速的产生机理及其特性研究(批准号:51679195)“按有关规定已审查完毕,准予结题。”

5.浙富控股集团股份有限公司技术评价

……通过合作研发,已成功开发了一系列性能优越水力模型,并成功应用到国内外多座大型水利枢纽、以及福建霞浦快堆核电站等大型工程。……累计完成了100余台水力机械产品设计与制造,……与西安理工大学的合作使我公司水力机械整体性能处于************水平,项目技术的成功应用与推广极大提升了我公司在水力机械行业的市场竞争力和国际影响力。

6.江苏航天水力设备有限公司技术评价

……历经20余年的深入合作研究,西安理工大学综合水泵全三维设计方法、水泵内流场的计算流体动力学分析技术和多目标优化算法,形成了国内先进的大型水泵自动优化设计系统。……大幅提高了我公司水泵产品的整体性能,为我公司大型水泵产品的市场竞争力提供了有力支撑。研究成果在陕西榆林黄河东线马镇引水工程、东庄水电站等大型工程得到成功应用。

7.西安格睿能源动力科技有限公司技术评价

……与西安理工大学共同开发出了“一种循环冷却水系统的整体优化运行技术”国家发明专利,……截止目前,我公司利用上述技术完成了国内的中国石化、中海油、陕煤集团、晋能控股、逸盛集团、陕钢集团、阳煤集团、中电投等集团公司的百余家大型企业的300多套工业循环冷却水系统的节能改造工作,……均取得了显著的节能效果,已被多家媒体和企业公开报道并获得了企业的一致好评。

8.中国石油化工集团有限公司技术评价

……采用西安理工大学“基于三维CAD-CFD联合的叶片泵整体优化技术”所设计的高性能离心泵为核心节能设备,……大幅降低了我公司循环冷却水系统的能耗。……通过与西安理工大学的合作,我公司的循环冷却水系统的装备水平和运行控制水平得到了大幅提升,目前已经完成包括川维、茂名石化、武汉石化等25家分公司70余套循环冷却水系统的整体优化,系统能耗平均降幅超过20%。

9.广东肯富来泵业股份有限公司技术评价

广东肯富来泵业股份有限公司自2012年以来与西安理工大学合作,……完成了对公司的多种不同规格类型的离心泵的水力性能优化,普遍将离心泵的效率提高3%以上,最高效率超过92%,高效区拓宽,整泵的运行稳定性提升,使得我公司的离心泵产品畅销国内外。……

五、          应用情况

本项目成果在陕西东雷抽黄、榆林黄河东线马镇引水工程、东庄水利枢纽、福建霞浦核主泵(首台国产化第四代快堆核主泵)、以及中国石化、中海油、陕煤集团、晋能控股、逸盛集团、陕钢集团、阳煤集团、中电投、河南能源、渝能集团、中泰集团等300多个大型泵系统中得到成功应用,离心泵综合性能指标达到国际先进水平,打破了国外在大型特种离心泵方面的技术垄断。本项目已为企业创造的经济效益达50多亿元,极大地推动了我国水力机械行业的技术进步,取得显著经济和社会效益。

六、          主要知识产权和标准规范等目录:(限10条,所列专利证书颁发日期、标准规范发布日期、论文发表日期应在2021年12月31日之前。

序号

知识产权类    别

知识产权

具体名称

国家

(地区)

授权号

授权日期

证书编号

权利人

发明人

1

发明专利

一种循环冷却水系统的整体优化方法

中国

ZL201410058809.X

2018年10月09日

3099304

西安格睿能源动力科技有限公司

卢金玲;罗兴锜;颜春;贾嵘;武桦

2

发明专利

一种用于避免离心泵失速的叶片

中国

ZL201711241684.4

2019年11月22日

3605711

西安理工大学

冯建军;杨红红;朱国俊;吴广宽;罗兴锜

3

发明专利

一种抗磨蚀的双级叶片离心杂质泵叶轮

中国

ZL201510318441.0

2017年02月01日

2368339

浙富控股集团股份有限公司

罗兴锜;刘安然;刘胜柱

4

发明专利

一种实验用可视化的多级混输泵

中国

ZL202011376240.3

2021年11月16日

4796548

西安理工大学

罗兴锜;闫思娜;孙帅辉;张乐福;陈森林;冯建军;朱国俊

5

发明专利

一种无叶顶间隙空化的短距诱导轮

中国

ZL201710382456.2

2020年06月26日

3860935

西安理工大学

朱国俊;罗兴锜;冯建军;吴广宽

6

发明专利

一种离心泵的导叶

中国

ZL201910071255.X

2020年09月25日

4004108

西安理工大学

冯建军;杨红红;朱国俊;贺锐;卢金玲;罗兴锜

7

发明专利

一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法

中国

ZL201610213712.0

2018年04月27日

2902922

西安理工大学

冯建军;朱国俊;罗兴锜

8

发明专利

一种用于多级泵静态压力测试的引压孔结构及其多级泵

中国

ZL201911283272.6

2021年08月06日

4600392

西安理工大学

孙帅辉;闫思娜;陈森林;张乐福

9

发明专利

一种双作用圆渐开线型线涡旋液泵

中国

ZL201610900665.7

2018年09月25日

3086956

西安理工大学

孙帅辉;郭鹏程;罗兴锜;吴凯;强雄超

10

发明专利

适用于电站现场的水泵水轮机抗空蚀激光熔覆施工方法

中国

ZL201711241583.7

2020年02月18日

3698761

西安理工大学

赵道利;黄秋红;杨宛利;孙维鹏;南海鹏;罗兴锜;梁武科;马薇

七、          主要完成人情况

排名

姓名

技术职称

行政职务

工作单位

完成单位

对本项目的贡献

1

罗兴锜

教授

国家重点实验室主任

西安理工大学

西安理工大学

对第1、2、3、4项科技创新做出了创造性贡献,建立了全三维反问题设计模型,实现了设计过程对叶轮性能的可控。

2

卢金玲

教授

西安理工大学

西安理工大学

对第1、2、3、4项科技创新做出了创造性贡献,创建了泵系统整体优化设计和运行技术,有效解决了泵系统运行过程中的流激振动问题。

3

郭鹏程

教授

院长

西安理工大学

西安理工大学

对第1、2、3、4项科技创新做出了创造性贡献,发展了含沙水流离心泵磨蚀预测模型,建立了抗磨蚀离心泵设计方法,大幅度提高了泵的抗磨蚀性能。

4

冯建军

教授

西安理工大学

西安理工大学

对第1、2、3、4项科技创新做出了创造性贡献,发展了离心泵内部流型控制技术,抑制了压力脉动,解决了水力振动问题。

5

刘胜柱

教授级高工

副所长

浙江富安水力机械研究所有限公司

浙江富安水力机械研究所有限公司

对第1、2、3项科技创新做出了创造性贡献,提出根据沙粒轨迹设计叶轮型线的方法,降低沙粒对叶片表面的磨损。

6

朱国俊

副教授

西安理工大学

西安理工大学

对第2、3项科技创新做出了创造性贡献,提出了一种非接触式振动实时检测技术,建立了互功率谱和互相关分析的压力和振动测试数据的综合分析方法。

7

王李科

讲师

西安理工大学

西安理工大学

对第3、4项科技创新做出了创造性贡献,揭示了叶顶泄漏对离心泵压力脉动和振动性能的影响规律,提出了通过叶顶端壁处理来抑制叶轮内不稳定涡结构的方法。

8

孙帅辉

副教授

西安理工大学

西安理工大学

对第3项科技创新做出了创造性贡献,阐明了泵内流型与喘振之间的关联关系,明确了引起离心泵振动的根源。

9

祁大同

教授

西安交通大学

西安交通大学

对第1项科技创新做出了创造性贡献,发展了以径向基函数网络构建设计变量与目标函数间的复杂响应关系的优化策略。

10

占戈

中级工程师

浙江富安水力机械研究所有限公司

浙江富安水力机械研究所有限公司

对第4项科技创新做出了创造性贡献,负责研究阶段模型泵的水力设计、结构设计和强度校核。

11

李昀哲

高级工程师

浙江富安水力机械研究所有限公司

浙江富安水力机械研究所有限公司

对第4项科技创新做出了创造性贡献,在水泵推广应用中作为机组设计的负责人,负责研究阶段模型机的水力设计和性能测试。

八、          主要完成单位及创新推广贡献

排 名

完成单位

创新推广贡献

1

西安理工大学

作为第一完成单位,西安理工大学完成了本项目主要科技创新中的创新点二、创新点三中的全部工作以及创新点一和创新点四中的部分工作,其中包括:(1)揭示了叶片速度矩分布对叶轮内部二次流和空化的影响规律,建立了以叶片速度矩分布为变量的叶轮间接参数化优化方法和抗空化设计技术,将离心泵的最高效率普遍提高到92%左右。(2)揭示了沙粒浓度、粒径、冲击角度、冲击速度等参数对离心泵磨损的机理,剖析了不同基体材料、不同复合材料的抗磨蚀性能,发展了含沙水流离心泵磨蚀预测模型,构建了沙粒运动角与叶片安放角之间的关系,建立了抗磨蚀离心泵设计方法,大幅度提高了泵的抗磨蚀性能,使用寿命延长两倍以上,破解了高含沙水流水泵磨损严重的难题。(3)提出了一种非接触式振动实时检测技术,明晰了水力振动引起轴系和泵结构振动的规律;发展了串列叶栅、T型叶片、导流腔以及端壁处理等内部流型控制技术,抑制了离心泵的压力脉动,解决了水力振动问题。(4)揭示了入流畸变对离心泵能量特性、压力脉动和非定常激振力的影响机理,提出了以时序位置优化和涡流发生器为技术特征的流动控制方法,创建了抑制叶轮入流畸变为核心的泵系统整体优化设计和运行技术,有效解决了泵系统运行过程中的流激振动问题。

2

西安格睿能源动力科技有限公司

西安格睿能源动力科技有限公司完成了本项目主要科技创新中创新点四的部分工作:发展了以优化通流部件间匹配关系为核心的整体优化设计与运行技术,实现了离心泵及其系统多单元高效匹配,系统能耗降低20%以上。同时西安格睿能源动力科技有限公司和西安理工大学合作,对大型循环水泵系统的优化设计及技术改造进行了深度合作,完成了中国石化、中海油、陕煤集团、晋能控股、逸盛集团、陕钢集团、阳煤集团、中电投、河南能源、渝能集团、中泰集团等集团公司的百余家大型企业循环冷却水系统的节能改造工作,显著提高了泵系统的效率,为本项目科技技术的推广做出了卓越的贡献。

3

浙富控股集团股份有限公司

浙富控股集团股份有限公司完成了本项目主要科技创新中创新点四的部分工作:浙富控股集团股份有限公司与西安理工大学开展了密切的技术合作,将西安理工大学离心泵优化设计技术成功应用到国内外多座大型水利枢纽、以及福建霞浦快堆核电站等大型工程,累计完成了100余台水力机械产品设计与制造,为本项目科技技术的推广做出了卓越的贡献。

4

西安交通大学

西安交通大学完成了本项目主要科技创新中的创新点一中的部分工作:首次提出了水力机械叶轮和轴面流道联合的二层设计策略,构建了多工况叶轮性能量化评价方法,解决了由于叶片设计空间太大难以同时优化叶轮轴面和叶片型线的问题。

5

浙江富安水力机械研究所有限公司

浙江富安水力机械研究所有限公司完成了本项目主要科技创新中创新点四的部分工作:浙江富安水力机械研究所有限公司与西安理工大学开展了密切的技术合作,综合自身的试验研究优势与西安理工大学在本项目中提出的先进技术开发了大量先进的离心泵模型,并进行了相关的模型试验,实现了离心泵整体性能的提升,为本项目科技技术的推广做出了的贡献

九、          完成人合作关系说明:(合作方式包括专著合著、论文合著、共同立项、共同知识产权、共同获奖、共同参与制定标准规范、产业合作等。)

西安理工大学、西安格睿能源动力科技有限公司、浙富控股集团股份有限公司、西安交通大学和浙江富安水力机械研究所有限公司5个单位分工明确,在技术上实行联合攻关,对离心泵及其系统的关键技术开展了深入合作研究。项目主要完成人中的罗兴锜、卢金玲、郭鹏程、冯建军、孙帅辉、朱国俊和王李科来自西安理工大学,刘胜柱、占戈和李昀哲来自浙江富安水力机械研究所有限公司,祁大同来自西安交通大学。

项目第一完成人西安理工大学罗兴锜教授,为西北旱区生态水利国家重点实验室主任,自2000年开始开展本项目的研究工作,主要负责总体技术路线规划和关键技术攻关。

为推进产学研用的深度融合,由西安理工大学和浙富控股集团股份有限公司于2010年共同组建了浙江富安水力机械研究所有限公司,负责浙富控股集团股份有限公司的水力机械新产品的研发,西安理工大学多名教授在浙江富安水力机械研究所有限公司任职,罗兴锜教授为研究所所长,主持全面工作,郭鹏程教授为副所长,冯建军教授为研究所水力开发部部长。浙江富安水力机械研究所有限公司与西安理工大学共同研发出一系列高性能水力机械水力模型。

西安理工大学卢金玲教授、朱国俊副教授、孙帅辉副教授和王李科讲师作为本项目的主要完成人,与罗兴锜教授、郭鹏程教授、冯建军教授为一个团队,共同进行了离心泵及其系统的理论研究,研发出了高性能抗磨蚀离心泵,并在浙江富安水力机械研究所有限公司完成了性能测试。

西安交通大学祁大同教授与卢金玲教授共同提出离心叶轮的二层设计策略,建立了水泵叶片间接参数化优化设计方法,解决了由于叶片设计空间太大难以同时优化叶轮轴面和叶片型线的问题。

刘胜柱教授级高工为浙江富安水力机械研究所有限公司副所长、水力开发总设计师。与西安理工大学罗兴锜教授、冯建军教授等合作提出了离心泵抗磨蚀设计方法,为离心泵性能指标的突破奠定了基础。浙江富安水力机械研究所有限公司的占戈和李昀哲参与了项目中多个离心泵的水力模型开发优化、性能测试及工程应用方面的工作。

完成人合作关系情况汇总表

序号

合作方式

合作者/项目排名

合作起始时间

合作完成时间

合作成果

证明材料

1

共同知识产权

罗兴锜/1

卢金玲/2

2002年4月

2021年12月

一种循环冷却水系统的整体优化技术

 

2

共同知识产权

罗兴锜/1

郭鹏程/3

孙帅辉/8

2000年3月

2021年12月

一种双作用圆渐开线型线涡旋液泵

 

3

共同知识产权

罗兴锜/1

冯建军/4

朱国俊/6

1999年9月

2021年12月

一种用于避免离心泵失速的叶片

 

4

共同知识产权

罗兴锜/1

刘胜柱/5

1991年1月

2021年12月

一种抗磨蚀的双级叶片离心杂质泵叶轮

 

5

共同知识产权

罗兴锜/1

朱国俊/6

2010年9月

2021年12月

一种无叶顶间隙空化的短距诱导轮

 

6

论文合著

罗兴锜/1

卢金玲/2

王李科/7

2015年6月

2021年12月

离心泵叶顶泄漏涡结构特性研究

 

7

共同知识产权

罗兴锜/1

孙帅辉/8

2015年3月

2021年12月

一种用于多级泵静态压力测试的引压孔结构及其多级泵

 

8

论文合著

卢金玲/2

祁大同/9

2001年4月

2021年12月

反问题与神经网络相结合的混流泵叶片优化设计

 

9

产业合作

罗兴锜/1

刘胜柱/5

占戈/11

2014年4月

2021年12月

离心泵水力设计、结构设计和强度校核

 

10

产业合作

罗兴锜/1

刘胜柱/5

李昀哲/10

2014年4月

2021年12月

离心泵水力设计和性能测试

 

 


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