【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)組系統(tǒng)中最短壽命零部件的功能替代設(shè)計(jì)原理、性能強(qiáng)化原理、壽命補(bǔ)償設(shè)計(jì)原理以及長壽命零部件的質(zhì)量性能指標(biāo)弱化設(shè)計(jì)方法。揭示低溫高壓等極端環(huán)境下空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組性能壽命的演化規(guī)律，研究離散隨機(jī)損傷累積與連續(xù)損傷累積作用下成套裝備服役性能退化定量評估與預(yù)測方法，分析易損件性能在服役時(shí)間坐標(biāo)下的演變過程，對多機(jī)組壽命進(jìn)行預(yù)測與排序。3) 機(jī)組動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)原理與并聯(lián)作用機(jī)制研究不同結(jié)構(gòu)形式的機(jī)組在不同的載荷分布特征下，設(shè)計(jì)安全系數(shù)與可靠度之間的關(guān)系，提出基于可靠度的“概率設(shè)計(jì)安全系數(shù)”計(jì)算方法與模型；進(jìn)行典型試件的壽命分布與可靠性試驗(yàn)；根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)、材料與載荷的分布特性、加工制造精度等計(jì)算滿足規(guī)定可靠度指標(biāo)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)（概率安全系數(shù)）的模型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空氣分離類成套裝備系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)與并聯(lián)作用機(jī)制。4) 多變工況下成套裝備運(yùn)行穩(wěn)定性預(yù)測及優(yōu)化結(jié)合空分成套裝備系統(tǒng)多機(jī)組各種耦合方式及工藝特點(diǎn)，研究變工況變負(fù)荷條件下影響空分成套裝備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的主要因素，探明環(huán)境等不確定性擾動(dòng)對系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響關(guān)系，揭示空分成套裝備失穩(wěn)形成機(jī)理，建立關(guān)鍵機(jī)組參數(shù)與設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的量化關(guān)系，提出空分成套裝備變工況運(yùn)行穩(wěn)定性預(yù)測模型及系統(tǒng)狀態(tài)失穩(wěn)調(diào)控策略，建立空分成套裝備整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性定量評價(jià)體系。經(jīng)費(fèi)比例：18%承擔(dān)單位：東北大學(xué)、大連理工大學(xué)課題5：關(guān)鍵部機(jī)高強(qiáng)度大構(gòu)件保質(zhì)制造技術(shù)研究目標(biāo)：針對超大型化空分成套裝備中大型壓縮機(jī)、板翅式換熱器等制造中的難點(diǎn)問題，研究大流量多軸耦合高速轉(zhuǎn)子加工動(dòng)態(tài)變形機(jī)理，提出高強(qiáng)度特長特寬高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造方法，實(shí)現(xiàn)大型壓縮機(jī)中超薄葉輪葉片和刀具耦合動(dòng)力學(xué)分析，揭示成套裝備關(guān)鍵零部件多源多工序加工精度的形成機(jī)理，提出復(fù)雜零件加工誤差在位檢測技術(shù)與方法，從而，實(shí)現(xiàn)空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組、關(guān)鍵部機(jī)保質(zhì)制造。研究內(nèi)容：1) 大流量多軸耦合高速轉(zhuǎn)子加工動(dòng)態(tài)變形機(jī)理轉(zhuǎn)子是空分成套裝備中壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵零件,轉(zhuǎn)子加工過程中的振動(dòng)、變形是影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，且難以控制。研究齒式傳動(dòng)多轉(zhuǎn)子加工中定位轉(zhuǎn)換工藝的依據(jù)及多軸平行對偶機(jī)制，研究制造加工偏差所造成的轉(zhuǎn)子奇異性和全局分叉。研究轉(zhuǎn)子組件加工過程中影響精度的多物理場復(fù)合作用規(guī)律及其對構(gòu)件的綜合激勵(lì)特性，揭示軸系零件與刀具、機(jī)床耦聯(lián)非光滑非線性動(dòng)力系統(tǒng)的多尺度振動(dòng)響應(yīng)及動(dòng)態(tài)變形產(chǎn)生機(jī)理，建立多物理場復(fù)合作用下的復(fù)雜軸系零件加工振動(dòng)、變形的多尺度預(yù)測模型，提出大型軸系零件加工振動(dòng)與變形抑制、校正策略。建立加工定位轉(zhuǎn)換等制造偏差對多軸耦合轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性的影響的量化模型，使機(jī)組在正常和極端工況下的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性和服役性能最優(yōu)。2) 高強(qiáng)度特長特寬高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造方法高強(qiáng)度、低能耗的大型高壓板翅式換熱器制造一直是困擾我國空分成套裝備大型化的一個(gè)難題。研究高壓板翅式換熱器翅片材料、翅片幾何特性、翅片裝配間隙、釬焊工藝（溫升速度、溫度、真空度）與抗高壓、適應(yīng)大溫降能力的映射規(guī)律，提出基于先進(jìn)制造工藝和新材料的高效、耐大溫降和耐高壓的板翅式換熱器的制造原理，建立板翅式換熱器生產(chǎn)過程關(guān)鍵質(zhì)量檢測體系，實(shí)現(xiàn)空分成套裝備大型高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造。3） 超薄葉輪葉片和刀具耦合動(dòng)力學(xué)及其對能耗的影響規(guī)律建立制造加工中超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工刀具耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究刀具和工件的強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)及參數(shù)振動(dòng)的機(jī)理，建立葉片結(jié)構(gòu)加工的優(yōu)化軌跡模型，實(shí)現(xiàn)加工效率、薄葉輪葉片的加工形狀、表面精度控制的最佳均衡；研究超薄葉輪葉片加工中刀具顫振等因素造成葉片形狀偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)對葉輪能耗的影響規(guī)律及對葉輪葉片靜、動(dòng)應(yīng)力和服役壽命的影響。4) 復(fù)雜零件多工序加工精度形成規(guī)律及在位檢測理論超大型空分成套裝備中的復(fù)雜零件具有尺寸大、精度高、加工工序多與安裝復(fù)雜等特性，且在位檢測理論、方法的滯后與匱乏，使得對零件加工精度的控制十分困難。研究多工序誤差傳遞機(jī)理，闡明多工序誤差在狀態(tài)空間上的傳遞機(jī)制，揭示復(fù)雜零件加工精度的形成、傳遞規(guī)律；研究分析工藝系統(tǒng)對加工精度的耦合影響規(guī)律，建立復(fù)雜零件加工誤差與工藝參數(shù)之間的反演模型，構(gòu)建復(fù)雜零件多工序加工精度的預(yù)測模型；研究多工序復(fù)雜零件加工過程中加工誤差與表面質(zhì)量在位檢測方法與技術(shù)；構(gòu)建基于工序優(yōu)化與在位檢測融合的大型復(fù)雜零件加工精度與質(zhì)量保證機(jī)制，形成特大型空分設(shè)備關(guān)鍵零件的核心制造技術(shù)。經(jīng)費(fèi)比例：15%承擔(dān)單位：西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)課題6：超大型空分裝備性能實(shí)驗(yàn)、仿真與集成研究目標(biāo)：針對空分成套裝備及關(guān)鍵機(jī)組在設(shè)計(jì)制造運(yùn)行中存在的性能評價(jià)和可靠性預(yù)測問題，通過建立仿真數(shù)字樣機(jī)，模擬空分成套裝備整機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)整機(jī)性能優(yōu)化與評估；通過構(gòu)建關(guān)鍵機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究大流量條件下規(guī)整填料塔內(nèi)部混合物壓力、溫度、流量等重要參數(shù)的動(dòng)態(tài)分布，揭示高傳熱系數(shù)小傳熱溫差的翅片傳熱強(qiáng)化與大流量低溫兩相流均布機(jī)理，開展耦合故障作用下空分成套裝備轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究，通過超大型空分成套裝備系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷實(shí)驗(yàn)，為空分成套裝備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與穩(wěn)定運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究內(nèi)容：1）超大型空分裝備數(shù)字樣機(jī)性能集成仿真建立機(jī)械、低溫、電子、液壓、控制等多領(lǐng)域耦合的空分裝備關(guān)鍵機(jī)組數(shù)字樣機(jī)仿真模型，實(shí)現(xiàn)空分成套裝備系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)模型組裝，對裝備的設(shè)計(jì)、制造、集成、作業(yè)及維修全生命周期過程進(jìn)行分析與模擬，揭示裝備靜動(dòng)態(tài)特性及其作業(yè)過程中的物理狀態(tài)演化規(guī)律，模擬空分成套裝備整機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)空分成套裝備復(fù)雜系統(tǒng)性能的動(dòng)態(tài)仿真與評估，為空分成套裝備超大型化設(shè)計(jì)的性能分析提供程序化、可視化的設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。2）大型深低溫規(guī)整填料塔熱質(zhì)交換性能綜合實(shí)驗(yàn)針對大型化低溫精餾系統(tǒng)全工況低能耗、高可靠性的要求，搭建低溫規(guī)整填料熱質(zhì)交換與流動(dòng)特性綜合測試平臺(tái)，揭示大流量條件下規(guī)整填料塔內(nèi)部混合物壓力、溫度、流量等重要參數(shù)的動(dòng)態(tài)分布，建立集成填料壓降、換質(zhì)及溢流特性的綜合試驗(yàn)方法，為低溫精餾塔性能評估與優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。3）大型板翅式換熱器傳熱與流動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)建立滿足由高強(qiáng)度、高密度翅片組成的板翅式換熱器單元芯體及均布結(jié)構(gòu)件綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，借助粒子圖像測速儀（PIV）等先進(jìn)測量手段，開展換熱器均布結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的流場可視化研究，系統(tǒng)揭示高傳熱系數(shù)小傳熱溫差的翅片傳熱強(qiáng)化與大流量低溫兩相流均布機(jī)理，檢驗(yàn)新型換熱器制造方法的可行性，為確定最優(yōu)化傳熱結(jié)構(gòu)和流體均布結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。4）大型轉(zhuǎn)子故障模擬和非線性振動(dòng)及控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研制用于透平機(jī)、膨脹機(jī)等轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)子模擬試驗(yàn)臺(tái)；進(jìn)行系統(tǒng)的非線性振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究和碰摩、裂紋、基礎(chǔ)松動(dòng)、轉(zhuǎn)軸彎曲、喘振等單一故障及耦合故障導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子非線性振動(dòng)的試驗(yàn)研究；實(shí)驗(yàn)研究電/磁流變阻尼器等技術(shù)對透平機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)的主/被動(dòng)控制的效果。選擇國內(nèi)在役運(yùn)行的典型空分大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，通過現(xiàn)場測試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特性和提取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的非線性振動(dòng)響應(yīng)特性。5）超大型空分裝備系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷實(shí)驗(yàn)空分成套裝備在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是其安全運(yùn)行的必要保障。建立溫度、壓力、流量、振動(dòng)位移、軸心軌跡、電流、轉(zhuǎn)速、噪聲等有效狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)采集與分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析時(shí)域、頻域、趨勢等各種信號(hào)的特征，提出空分裝備數(shù)據(jù)挖掘算法和性能診斷方法，為空分裝備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與穩(wěn)定運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。經(jīng)費(fèi)比例：16%承擔(dān)單位：浙江大學(xué)、杭州杭氧股份有限公司四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1）開展空分流體組分純質(zhì)和兩元或多元混合物相關(guān)的全面的文獻(xiàn)調(diào)研；2）搭建PVT、比熱容、聲速和熱導(dǎo)率熱物性測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3）立式多層徑向分子篩吸附器的結(jié)構(gòu)研究；4）封頭內(nèi)部流場的分布規(guī)律研究；5）規(guī)整填料內(nèi)低溫流體壓降特性CFD研究；6）研究氣液相變過程中亞穩(wěn)態(tài)體相內(nèi)部活化分子的聚集狀態(tài)，探討在無外界擾動(dòng)的平衡狀態(tài)下，體相內(nèi)部活化分子的存在方式以及單體與聚集體的濃度關(guān)系；7）描述氣液相變的物理圖景，利用體相在過熱(過冷)極限點(diǎn)處的宏觀性質(zhì)來逆推體相與微小新相之間的界面張力；8）空分系統(tǒng)多領(lǐng)域物理耦合特性研究；9）研究非線性壓力邊界以及耦聯(lián)載荷的非線性動(dòng)力學(xué)耦合作用規(guī)律；10) 超大型空分成套裝備中壓縮、膨脹、換熱、精餾等關(guān)鍵機(jī)組中機(jī)/電/液/控/低溫多學(xué)科耦合關(guān)系及多變量描述方法；11) 超大型空分成套裝備多機(jī)組變量敏感性分析、多變量耦合的量綱處理方法；12) 超大型空分成套裝備多學(xué)科多變量設(shè)計(jì)平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)；13）大型空分成套裝備回轉(zhuǎn)設(shè)備的動(dòng)力學(xué)分析模型建立；14）大型空分成套裝備有關(guān)因素對失穩(wěn)故障發(fā)生和演化的影響規(guī)律及其對空分成套裝備失穩(wěn)失效行為的作用規(guī)律理論分析；15）關(guān)鍵機(jī)組另部件性能基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；16) 考慮加工偏差等影響因素，建立齒式轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究加工偏差對多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響；17)通過透平膨脹機(jī)熱力性能、氣動(dòng)性能和可靠性評價(jià)，獲得高速透平膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)方案及參數(shù)；18)大型尺寸的高傳熱系數(shù)、小傳熱溫差的翅片通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。19) 研究制造加工中超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工刀具耦合動(dòng)力學(xué)，開展試驗(yàn)研究；20) 研究多工序誤差傳遞機(jī)理，及復(fù)雜零件加工精度的形成、傳遞規(guī)律；21）超大型空分裝備設(shè)計(jì)、制造、集成、作業(yè)及維修全生命周期過程分析與模擬；22）超大型空分裝備靜動(dòng)態(tài)特性及其作業(yè)過程中的物理狀態(tài)演化規(guī)律；23）超大型空分裝備數(shù)字樣機(jī)性能的動(dòng)態(tài)仿真與評估。1）獲得包括空分物料和產(chǎn)品中氧、氮、氬三種主要成分與稀有氣體等微量成分的純質(zhì)及多組分混合流體的已存在的各類熱物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式或狀態(tài)方程；2）建成20K300K溫區(qū)，壓力至50MPa的相應(yīng)物性測量實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3）推導(dǎo)出臨界聚集濃度的表達(dá)式。確定體相處于過熱(過冷)極限點(diǎn)時(shí)的內(nèi)部分子能量分布特性；4）對經(jīng)典理論的形核率作出修正；5）揭示空分系統(tǒng)及關(guān)鍵部機(jī)機(jī)電、電液、流固及熱固耦合的作用機(jī)理及演化規(guī)律；6）揭示非線性界面環(huán)境對透平壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性作用和耦合作用機(jī)理；7） 建立超大型空分成套裝備多機(jī)組、多學(xué)科、多變量的關(guān)聯(lián)表達(dá)模型；8）獲取超大型空分成套裝備不同機(jī)組不同學(xué)科的關(guān)鍵設(shè)計(jì)變量的關(guān)聯(lián)形式與關(guān)聯(lián)強(qiáng)弱；9）獲得大型空分成套裝備的非線性特性、系統(tǒng)故障特征10）大型空分成套裝備的失穩(wěn)失效發(fā)生機(jī)理；11）獲得關(guān)鍵機(jī)組另部件的部分基礎(chǔ)性能數(shù)據(jù)；12）給出對流換熱以及熱邊界層增厚對凝結(jié)換熱的影響；13)考慮加工偏差影響的多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型； 14)應(yīng)用高強(qiáng)度高密度翅片通道內(nèi)氣、液兩相流的傳熱強(qiáng)化新機(jī)理、新結(jié)構(gòu)，－, 重量減少1/3，能耗減少15％以上；15) 建立超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工刀具耦合動(dòng)力學(xué)