研究方向主要内容及进展

研究方向一:跨临界CO2制冷技术

 

氟利昂制冷剂替换是制冷学科重要的研究方向,是制冷空调领域实现“碳达峰碳中和”目标的重要技术途径。研究团队以跨临界CO2制冷循环效率提升及CO2制冷技术产业化为目标,聚焦高效压缩机、膨胀机研发,开展了10余年的研发工作。先后与美国United Technologies Research Center 及Carrier 联合研发膨胀机(国际合作项目),与广州万宝联合研发跨临界CO2压缩机及热泵热水器(广东省科技产业化项目),与江苏雪梅联合研发亚临界CO2制冷压缩机(国家环保部项目),研究还得到国家863及教育部新世纪人才项目资助。

已取得的创新性成果包括:

1)发明了新型自由活塞式膨胀机,用于跨临界CO2制冷循环系统,膨胀机效率可达45%,系统COP可提高18% ;

2)研发出适用于跨临界循环的活塞式CO2压缩机,成功用于CO2热泵系统;

3)研制了国内首套跨临界CO2压缩机及膨胀机性能测试平台,利用该平台,首次获得跨临界CO2压缩机p-V图及气阀运动特性,发现了滑片膨胀机滑片运动“反常”机理,为发明带导气槽的新型滑片膨胀机奠定试验依据。

项目团队在跨临界CO2制冷压缩机及膨胀机方面的创新研究与开发工作,作为“跨临界CO2热泵的并行复合循环关键技术及其应用”项目的重要创新点支撑,获得2019年国家科技进步二等奖。

http://gr.xjtu.edu.cn/c/document_library/get_file?folderId=1798112&name=DLFE-29035.jpghttp://gr.xjtu.edu.cn/c/document_library/get_file?folderId=1798112&name=DLFE-29037.jpg

 

 

研究方向二:氢气储运关键技术及加氢站装备研发

 

氢作为二次能源,具有来源多样、清洁低碳、灵活高效的优势。加快推进我国氢能产业发展,是积极应对气候变化、保障国家能源安全的战略选择。研究团队与恒久机械(200万元/年)、四川大川(300万元/年)分别成立校企联合研发中心,聚焦燃料电池汽车基础设施中关键增压设备研发,以突破高压加氢隔膜压缩机、液驱活塞压缩机设计等关键技术,并与大型央企或所属上市公司安泰环境、国电投、中石化、三一重工等企业合作,对加氢站能耗分析及设备健康管理等关键技术开展探索研究,推动加氢站关键技术及装备产业化,培养氢能及燃料电池汽车领域技术创新人才。

已取得的创新性成果包括:

1)研发出国内首台排气压力达90MPa的加氢站液驱活塞压缩机;

2)突破传统隔膜压缩机理论的局限性,提出了气-固-液多场耦合、多相协同的隔膜压缩机设计理论及分析方法,研发出90MPa高压隔膜压缩机;

3)完成国内最大压力等级250MPa氢气隔膜压缩机系统结构设计与流程匹配方案;

4)研究了高压气氢加氢站全流程能量动态流动特性,构建了加氢站多模态运行下全节点数字孪生系统,首次提出加氢站动态能耗与时耗评价方法,为研发国内自主的70MPa加氢站加注协议提供理论与试验依据。


研究方向三:压缩机故障诊断与健康管理技术

 

保障安全、可靠运行一直是压缩机应用中的关键,核心零部件故障可能会导致整个生产的瘫痪,带来巨大经济损失,甚至是人员伤亡。过度维修导致的运维成本不断增大,也是现代机械设备另一个突出问题。研究团队聚焦于压缩机核心部件及整机的健康监测与故障诊断关键技术,致力于压缩机全生命周期健康管理技术的前沿应用研究与工业化推广。研究团队与安泰环境、国电投合作,建立加氢站隔膜压缩机健康管理平台和智慧站控系统(科技部“科技冬奥-氢能出行”项目),与中石油合作建立某储气库压缩机全生命周期管理云平台,与恒久集团、中石化合作,对加氢站隔膜压缩机、液驱活塞压缩机及其核心部件的健康管理技术与软硬件设备开展探索与研发。

已取得的创新性成果包括:

1)研发出国内首套加氢站隔膜压缩机健康管理系统(软硬件&云平台),在冬奥会加氢站投用;

2)研发出便携式压缩机故障诊断仪(软硬件),多次在工业现场使用,诊断出气阀泄漏、溢油阀阀芯磨损、膜片运动失效、活塞环偏磨等核心部件故障,诊断仪已服务于恒久集团、上海七一一研究所、石家庄安瑞科气体、柳二空、成都天晨压缩机等企业;

3)研究发现压缩机油-气压力“伴随”关系对压缩机性能及可靠性的影响机制,国内外首次提出了集成声发射与油压无损检测的隔膜压缩机状态监测新方法,并根据油-气压力“伴随”关系的失调追溯故障根源;

4)提出基于活塞杆应变重构p-V图的无损监测方法,解决了传统侵入式方法破坏气缸完整性带来安全隐患而难于推广应用的难题。