高压水射流关键技术.docx

2018 年度提名国家科技进步奖项目公示容一、 项 目名称高压水射流关键技术、成套装备研发及其工程应用二、 提 位意见该项目立足于工业领域中众多高危险、高难度的水力破碎、钢质表面除层和特种材料切割工程需求，在国首次建立定量化射流模型和装备评价体系，突破了超高压旋转水射流 技术难题，研发了系列超高压发生设备并开发了工程化成套 装备，实现了特定工程目标的新工艺，项目成果成功应用于 高压泵、喷嘴、水切割破碎设备、高压清洗机等产品设计制 造单位，以及国家石油储备基地、中国石油、国际机场、天 津市政、船舶重工等工程应用单位项目成果促进了我国超高压水射流领域的技术进步成果形成的新技术装备体系完 整，在破碎、除层和切割三类工程领域适应围广泛，取得了 突出的经济效益与社会效益项目材料填写规，容真实，经公示无异议对照国家科 学技术进步奖授奖条件，提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖三、 项 目简介许多高危险、高难度的工程长期依赖落后工艺，如人 工在油罐清除油泥、高空船舶除锈、钢构件化学和喷砂除 层、航空航天特种材料成型等，频发恶性安全事故，环境 污染严重，危害人身健康，效率极度低下水射流技术以 其集束打击、湿式清洁、冷态作业和适应性强等特点可以 成为上述难题的新工艺。

而上世纪 90 年代我国乃至国际上水射流技术还限于初 期阶段，由于缺失超高压水射流技术体系和喷嘴、旋转体、往复密封、阀组等关键技术，国高压泵在70MPa、110kW 以，射流部件限于手持喷枪，应用停留在简单的清 洗作业本项目自 2004 年始，针对工业清洗、除层 （ 除磷、除 锈、破碎）和水切割三大类工程需求，以100? 420MPa超高压大流量水射流技术为核心，集泵、阀、密封、液压、 真空、自动化等多学科为一体，开发了大流量高难度工业清洗、超高压表面除层和超高压智能化水切割等功能的多 种成套装备，在石化、冶金、机场、船舶、铝业、路桥和 材料成型等领域广泛应用，安全、环保、高效在此基础 上创建了以技术专著、产品标准、发明专利等形式的高压 水射流技术体系项目填补国空白，达到国际先进水平， 某些指标国际领先项目作为通用技术，淘汰大批落后工 艺，打破国外垄断，使我国的水射流技术、产品和产业从 无到有，到大规模生产主要创新点如下：1、建立量化射流模型和装备技术与标准体系 揭示射流现象和机理，建立射流压力、磨料量、喷嘴直径、材料特性、靶距、打击力、横移速度、材料破坏量等参数的量化模型，提出了射流参量的经验公式与数据，形成射流核 心技术的工程系统设计方法和技术专著；提出喷嘴与泵优化匹配的高压初始工况指标、易损件运行寿命期及其失效 点指标，三者构成产品运行可靠性的通用评价方法，形成3项国标为基础的装备标准体系。

2、 创新超高压旋转水射流技术 研制宝石、钻石等材料喷嘴总成实现不同参数超高压大流量工况；以弹簧预压非接触端面镜面间隙实现高压射流旋转体，采用粘性工质 阻尼旋转体稳定在最佳转速，不超速、不卡死超高压旋 转射流保证了高难度作业的打击力，将点击变为面击，开发出二维、三维旋转射流喷头，极大提高工效3、 研发多种超高压发生设备 设计间隙套筒与填料间置的预压式组合密封形式，利用锥形套筒弹性变形创造难 以加工的压力降间隙将超高压降为高压，再由芳纶填料密 圭寸，可靠地解决纯水介质大围参数和速度的超高压往复密 封；针对进出水阀组研制组合式平衡阀组，保证多种超高 压泵和增压器的可靠运行4、 研发工程化应用的成套装备 创造多种射流形式与 工况，优化组构多学科技术，实现特定工程目标的新工艺 和全压力围的分级应用，形成超高压水射流爬壁除锈、储 油罐油泥破碎回收、特殊材料多功能水切割、机场跑道除胶、图压除磷生产线、路桥道面破碎、局温清洗机等全新成套装备，并达到产业化能力本项目获国家发明专利 18 项，制修订国家和行业标准9 项，发表论文 91 篇，出版技术专著 1 部，获省部级一等 奖 2 项产业化近三年新增销售额 31.3 亿元，新增利润36042万元，新增税收 18256万元，出口创汇 4172万美J元。

四、客观评价本项目由射流技术理论、科技成果鉴定和产品工程应用三部分构成，第三方评价亦即对这三部分成果的评价1）科技成果鉴定本项目针对射流除层、水力破碎和水刀切割三类应用，对“超高压水射流爬壁除锈成套设备”、超高压旋转水射流技术及其表面处理工程应用”、“大型储罐罐底油泥清洗与回收成套设备”、“机场跑道除胶设备”、“超高压水切割工艺和设备的研究”省部级项目技术成果进行专家会议鉴定鉴定专家组评价认为：这些系列成套装备具有自主知识产权核心技术，整体功能达到了同类产品国际先进水平，填补 了我国工程应用的空白2）技术体系评价中国工程院院士、中国石油钻井和水射流技术专家忠厚先生的评价：“在图压水射流理论、应用研究及产品研制中，结合我国国情，逐步发展了具有中国特色的高压水射流设备和具有自主知识产权的核心技术”行业企业的应用证明：本项目的国家、行业标准系列极大促进了全国喷射设备行业的技术进步，对其产品的经 济效益和社会效益产 生了巨大影响3）社会学术团体评价中国机械工程学会流体工程分会评价：以工程应用为目标，建立起射流参数之间的多种应用量化模型，用以指导产品开发和工程应用该团队先后开发的多种成套装备其技术水平达到国际先进水平。

该团队相继出版的两部技 术专著，成为我国喷射设备行业的工具书，并为专业论文广泛引用项目团队的研究成果及推广应用，引领了我国 喷射设备行业的发展，使我国高压水射流技术与国际先进水平保持同步五、推广应用情况项目成果成功应用于镇海国家石油储备基地的大罐油 泥破碎回收、国际机场跑道除胶、天津市政道桥桥面破 碎、船舶重工的船舶除锈、中科院光机所的复合材料切 割、贵铝的氧化铝管道除疤等工程高压泵、水切割机及 高压清洗机等产业化成套装备已出口至美国、欧洲、东南 亚、尼日利亚等国家和地区成果形成的新技术装备体系完整，在破碎、除层和切割三类工程领域得到广泛应用c六、主要知识产权目录所识产权 士别知识产权具体名 称国家（地 区）授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状 态［明专利超图压水射流 爬壁除锈成套设 备与工艺中国ZL200810195209.22011 年09 月 07日835633通用机械研究院薛胜雄、正文、王永 强、朱华清后效专利［明专利多功能水刀中国ZL200710126755.62010 年10 月 27日692217波波后效专利［明专利储油罐油泥液炮破碎清洗方法中国ZL201110134298.12013 年06 月 26日1226232通用机械研究院正文、薛胜雄、王永 强、巴胜富、吉鑫、彩红、任启乐后效专利［明专利用于干、湿环境 的磁隙式爬壁 机器人中国ZL201010191649.82013 年01 月 09日119490通用机械研究院薛胜雄、正文、王永 强、任启乐、吉鑫后效专利.C，明专利人孔安装清洗 储油罐的气动 旋转喷枪中国ZL201210021850.02014 年04 月 02日1370722通用机械研究院鲁飞、正文、王永强、 薛胜雄、巴胜富、任 启乐、吉鑫、彩红、 庞雷后效专利，明专利平衡式超图压 增压器进排水 阀组中国ZL201010258612.22011 年11 月 16日863944水刀股份波、罗金玉、镇汉后效专利，明专利高压往复磨料射 流粉碎路桥道面 的工艺与成套设 备中国ZL201210308197.62015 年09 月 30日1803849通用机械研究院薛胜雄、朱华清、王 永强、任启乐、吉鑫、彩红、巴胜富、周连 春、的、正文后效专利，明专利飞机表面物理除 漆工艺中国ZL 2012103 08207.62015 年09 月 02日1774763通用机械研究院任启乐、正文、薛胜 雄、庞雷、王永强、 吉鑫、彩红、巴胜富、 周连春后效专利实用新型 专利高压水除鳞机中国ZL201120472670.52012 年 8月29日2370539水泵厂有限责任 公司德正、方忠后效专利.c软件著作 权博际喷嘴测试系统（高压板）[简称：NTSH]V1.0中国2015SR2228022015 年11 月 14日00858574博际喷雾系统股 份肩效.c七、主要完成单位及创新推广贡献1) 第一完成单位：通用机械研究院。

作为项目的牵头单位，负责项目的组织、协调、管理工作，在项目实施过 程中提供了技术和人员等保障措施主要创新贡献如下：（1）创建射流技术理论，提出射流破碎的基础模型，定量解析 射流现象及其特征； （ 2） 以工程为导向，提出了工业清洗破碎、除层、切割的三大应用方向并全程实施 （ 3） 承担各种型式射流执行机构的产品开发、试制工作，先后研发出大型储油罐油泥破碎、水力破碎混凝土、机场跑道除胶、钢 质表面除锈除漆除磷、高端超高压水切割机等工程化成套设备，并引导工程应用和指导企业产业化； （ 4） 制修定多项高压水射流行业相关国家及行业标准2) 第二完成单位：华中科技大学协助项目总体技术路线的实施，从事射流理论的研究工作，为部分产品的研 制提供了一定的理论支撑，在数控水切割机、射流技术的 理论研究和数值模拟方法方面做出了贡献3) ） 第 三完成单位：水泵厂有限责任公司协助项目总 体技术路线的实施，参与国家标准的制定，配合项目不断 研发高压泵系列产品，主要承担水射流成套设备的推广应 用工作和高压泵大规模产业化4) ） 第 四完成单位：水刀股份配合项目不断开发超高 压增压器系列产品和数控水切割平台的升级换代，先后开 发了通用型水刀和智能化水刀系列产品，成为我国水刀制造的第一大企业。

承担水切割平台产业化工作，参与国家 标准的制定5) 第 五完成单位：大农实业股份协助项目总体技术路线的实施协助促进高压清洗机技术成果的推广应用 参与国家标准的制定6) 第六完成单位：博际喷雾系统股份协助项目总体技术路线的实施在应用研究方面，针对喷嘴喷射性能， 开展了理论分析和试验研究，协助超高压喷嘴总成技术成 果的推广应用7) 第七完成单位：通用环境控制技术有限责任公司参与项目技术方案的制定和实施，参与大型储罐罐底油泥 清洗与回收成套设备、机场跑道除胶设备及高压清洗机等 成套装备技术研究和推广应用八、主要完成人情况表1) 第一完成人：薛胜雄，通用机械研究院，教授级高工，博士学位负责总体技术路线制定与实施，对项目 4 个创新成果均作出贡献：揭示射流现象和机理，建立射流量 化模型，形成射流核心技术的工程系统设计方法和技术专 著创造多种射流形式，实现特定工况目标的。