2023年度提名國家科技進步獎項目公示內容一、項目名稱高壓水射流關鍵技術、成套裝備研發及其工程應用二、提名單位意見該項目立足于工業領域中眾多高危險、高難度的水力破碎、鋼質表面除層和特種材料切割工程需求，在國內初次建立定量化射流模型和裝備評價體系，突破了超高壓旋轉水射流技術難題，研發了系列超高壓發生設備并開發了工程化成套裝備，實現了特定工程目的的新工藝，項目成果成功應用于高壓泵、噴嘴、水切割破碎設備、高壓清洗機等產品設計制造單位，以及國家石油儲備基地、中國石油、昆明國際機場、天津市政、青島北海船舶重工等工程應用單位。項目成果促進了我國超高壓水射流領域的技術進步。成果形成的新技術裝備體系完整，在破碎、除層和切割三類工程領域內適應范圍廣泛，取得了突出的經濟效益與社會效益。項目材料填寫規范，內容真實，經公示無異議。對照國家科學技術進步獎授獎條件，提名該項目為國家科學技術進步獎二等獎。三、項目簡介許多高危險、高難度的工程長期依賴落后工藝，如人工在油罐內清除油泥、高空船舶除銹、鋼構件化學和噴砂除層、航空航天特種材料成型等，頻發惡性安全事故，環境污染嚴重，危害人身健康，效率極度低下。水射流技術以其集束打擊、濕式清潔、冷態作業和適應性強等特點可以成為上述難題的新工藝。而上世紀90年代我國乃至國際上水射流技術還限于初期階段，由于缺失超高壓水射流技術體系和噴嘴、旋轉體、往復密封、閥組等關鍵技術，國內高壓泵在70MPa、110kW以內，射流部件限于手持噴槍，應用停留在簡樸的清洗作業。本項目自2023年始，針對工業清洗、除層(除磷、除銹、破碎)和水切割三大類工程需求，以100～420MPa超高壓大流量水射流技術為核心，集泵、閥、密封、液壓、真空、自動化等多學科為一體，開發了大流量高難度工業清洗、超高壓表面除層和超高壓智能化水切割等功能的多種成套裝備，在石化、冶金、機場、船舶、鋁業、路橋和材料成型等領域廣泛應用，安全、環保、高效。在此基礎上創建了以技術專著、產品標準、發明專利等形式的高壓水射流技術體系。項目填補國內空白，達成國際先進水平，某些指標國際領先。項目作為通用技術，淘汰大批落后工藝，打破國外壟斷，使我國的水射流技術、產品和產業從無到有，到大規模生產。重要創新點如下：1、建立量化射流模型和裝備技術與標準體系。揭示射流現象和機理，建立射流壓力、磨料量、噴嘴直徑、材料特性、靶距、打擊力、橫移速度、材料破壞量等參數的量化模型，提出了射流參量的經驗公式與數據，形成射流核心技術的工程系統設計方法和技術專著；提出噴嘴與泵優化匹配的高壓初始工況指標、易損件運營壽命期及其失效點指標，三者構成產品運營可靠性的通用評價方法，形成3項國標為基礎的裝備標準體系。2、創新超高壓旋轉水射流技術。研制寶石、鉆石等材料噴嘴總成實現不同參數超高壓大流量工況；以彈簧預壓非接觸端面鏡面間隙實現高壓射流旋轉體，采用粘性工質阻尼旋轉體穩定在最佳轉速，不超速、不卡死。超高壓旋轉射流保證了高難度作業的打擊力，將點擊變為面擊，開發出二維、三維旋轉射流噴頭，極大提高工效。3、研發多種超高壓發生設備。設計間隙套筒與填料間置的預壓式組合密封形式，運用錐形套筒彈性變形發明難以加工的壓力降間隙將超高壓降為高壓，再由芳綸填料密封，可靠地解決純水介質大范圍參數和速度的超高壓往復密封；針對進出水閥組研制組合式平衡閥組，保證多種超高壓泵和增壓器的可靠運營。4、研發工程化應用的成套裝備。發明多種射流形式與工況，優化組構多學科技術，實現特定工程目的的新工藝和全壓力范圍的分級應用，形成超高壓水射流爬壁除銹、儲油罐油泥破碎回收、特殊材料多功能水切割、機場跑道除膠、高壓除磷生產線、路橋道面破碎、高溫清洗機等全新成套裝備，并達成產業化能力。本項目獲國家發明專利18項，制修訂國家和行業標準9項，發表論文91篇，出版技術專著1部，獲省部級一等獎2項。產業化近三年新增銷售額31.3億元，新增利潤36042萬元，新增稅收18256萬元，出口創匯4172萬美元。四、客觀評價本項目由射流技術理論、科技成果鑒定和產品工程應用三部分構成，第三方評價亦即對這三部提成果的評價。1)科技成果鑒定本項目針對射流除層、水力破碎和水刀切割三類應用，對“超高壓水射流爬壁除銹成套設備”、超高壓旋轉水射流技術及其表面解決工程應用”、“大型儲罐罐底油泥清洗與回收成套設備”、“機場跑道除膠設備”、“超高壓水切割工藝和設備的研究”省部級項目技術成果進行專家會議鑒定。鑒定專家組評價認為：這些系列成套裝備具有自主知識產權核心技術，整體功能達成了同類產品國際先進水平，填補了我國工程應用的空白。2)技術體系評價中國工程院院士、中國石油鉆井和水射流技術專家沈忠厚先生的評價：“在高壓水射流理論、應用研究及產品研制中，結合我國國情，逐步發展了具有中國特色的高壓水射流設備和具有自主知識產權的核心技術”。行業公司的應用證明：本項目的國家、行業標準系列極大促進了全國噴射設備行業的技術進步，對其產品的經濟效益和社會效益產生了巨大影響。3)社會學術團隊評價中國機械工程學會流體工程分會評價：以工程應用為目的，建立起射流參數之間的多種應用量化模型，用以指導產品開發和工程應用。該團隊先后開發的多種成套裝備其技術水平達成國際先進水平。該團隊相繼出版的兩部技術專著，成為我國噴射設備行業的工具書，并為專業論文廣泛引用。項目團隊的研究成果及推廣應用，引領了我國噴射設備行業的發展，使我國高壓水射流技術與國際先進水平保持同步。五、推廣應用情況項目成果成功應用于鎮海國家石油儲備基地的大罐油泥破碎回收、昆明國際機場跑道除膠、天津市政道橋橋面破碎、青島北海船舶重工的船舶除銹、中科院西安光機所的復合材料切割、貴鋁的氧化鋁管道除疤等工程。高壓泵、水切割機及高壓清洗機等產業化成套裝備已出口至美國、歐洲、東南亞、尼日利亞等國家和地區。成果形成的新技術裝備體系完整，在破碎、除層和切割三類工程領域得到廣泛應用。六、重要知識產權目錄知識產權類別知識產權具體名稱國家(地區)授權號授權日期證書編號權利人發明人專利有效狀態發明專利超高壓水射流爬壁除銹成套設備與工藝中國ZL.22023年09月07日835633合肥通用機械研究院薛勝雄、陳正文、王永強、朱華清有效專利發明專利多功能水刀中國ZL.62023年10月27日692217陳波陳波有效專利發明專利儲油罐油泥液炮破碎清洗方法中國ZL.12023年06月26日1226232合肥通用機械研究院陳正文、薛勝雄、王永強、巴勝富、蘇吉鑫、韓彩紅、任啟樂有效專利發明專利用于干、濕環境的磁隙式爬壁機器人中國ZL.82023年01月09日119490合肥通用機械研究院薛勝雄、陳正文、王永強、任啟樂、蘇吉鑫有效專利發明專利人孔安裝清洗儲油罐的氣動旋轉噴槍中國ZL.02023年04月02日1370722合肥通用機械研究院魯飛、陳正文、王永強、薛勝雄、巴勝富、任啟樂、蘇吉鑫、韓彩紅、龐雷有效專利發明專利平衡式超高壓增壓器進排水閥組中國ZL.22023年11月16日863944南京大地水刀股份有限公司陳波、羅金玉、蔣鎮漢有效專利發明專利高壓往復磨料射流粉碎路橋道面的工藝與成套設備中國ZL.62023年09月30日1803849合肥通用機械研究院薛勝雄、朱華清、王永強、任啟樂、蘇吉鑫、韓彩紅、巴勝富、周連春、張的、陳正文有效專利發明專利飛機表面物理除漆工藝中國ZL.62023年09月02日1774763合肥通用機械研究院任啟樂、陳正文、薛勝雄、龐雷、王永強、蘇吉鑫、韓彩紅、巴勝富、周連春有效專利實用新型專利高壓水除鱗機中國ZL.52023年8月29日2370539重慶水泵廠有限責任公司楊德正、李方忠有效專利軟件著作權博際噴嘴測試系統(高壓板)[簡稱：NTSH]V1.0中國2023SR2228022023年11月14日00858574江蘇博際噴霧系統股份有限公司有效七、重要完畢單位及創新推廣奉獻1)第一完畢單位：合肥通用機械研究院。作為項目的牽頭單位，負責項目的組織、協調、管理工作，在項目實行過程中提供了技術和人員等保障措施。重要創新奉獻如下：(1)創建射流技術理論，提出射流破碎的基礎模型，定量解析射流現象及其特性；(2)以工程為導向，提出了工業清洗破碎、除層、切割的三大應用方向并全程實行。(3)承擔各種型式射流執行機構的產品開發、試制工作，先后研發出大型儲油罐油泥破碎、水力破碎混凝土、機場跑道除膠、鋼質表面除銹除漆除磷、高端超高壓水切割機等工程化成套設備，并引導工程應用和指導公司產業化；(4)制修定多項高壓水射流行業相關國家及行業標準。2)第二完畢單位：華中科技大學。協助項目總體技術路線的實行，從事射流理論的研究工作，為部分產品的研制提供了一定的理論支撐，在數控水切割機、射流技術的理論研究和數值模擬方法方面做出了奉獻。3)第三完畢單位：重慶水泵廠有限責任公司。協助項目總體技術路線的實行，參與國家標準的制定，配合項目不斷研發高壓泵系列產品，重要承擔水射流成套設備的推廣應用工作和高壓泵大規模產業化。4)第四完畢單位：南京大地水刀股份有限公司。配合項目不斷開發超高壓增壓器系列產品和數控水切割平臺的升級換代，先后開發了通用型水刀和智能化水刀系列產品，成為我國水刀制造的第一大公司。承擔水切割平臺產業化工作，參與國家標準的制定。5)第五完畢單位：浙江大農實業股份有限公司。協助項目總體技術路線的實行。協助促進高壓清洗機技術成果的推廣應用。參與國家標準的制定。6)第六完畢單位：江蘇博際噴霧系統股份有限公司。協助項目總體技術路線的實行。在應用研究方面，針對噴嘴噴射性能，開展了理論分析和實驗研究，協助超高壓噴嘴總成技術成果的推廣應用。7)第七完畢單位：合肥通用環境控制技術有限責任公司。參與項目技術方案的制定和實行，參與大型儲罐罐底油泥清洗與回收成套設備、機場跑道除膠設備及高壓清洗機等成套裝備技術研究和推廣應用。八、重要完畢人情況表1)第一完畢人：薛勝雄，合肥通用機械研究院，專家級高工，博士學位。負責總體技術路線制定與實行，對項目4個創新成果均作出奉獻：揭示射流現象和機理，建立射流量化模型，形成射流核心技術的工程系統設計方法和技術專著。發明多種射流形式，實現特定工況目的的新工藝和全壓力范圍極端參數水射流的工程應用。2)第二完畢人：成曉北，華中科技大學，專家，博士學位。協助項目總體技術路線的實行，對創新點1做出奉獻：參與高壓噴射液體射流機理及其控制技術的研究，為部分產品的研制提供了一定的理論支撐。3)第三完畢人：陳正文，合肥通用機械研究院，研究員，碩士學位。協助提出總體方案，對創新點1、2、4做出了奉獻：參與高壓水射流機理研究，提出射流參量的經驗公式與數據；攻克超高壓旋轉水射流關鍵技術應用難題，開發出超高壓水射流爬壁機器人、特殊材料多功能水切割機、機場跑道除膠車等國產首臺套，參與國家標準制修訂和成果推廣應用。4)第四完畢人：李方忠，重慶水泵廠有限責任公司，高級工程師，碩士學位。協助項目總體技術路線的實行，對科技創新點3有奉獻：參與項目的技術研發工作，對射流技術、產品進行了長期研究，配合項目不斷研發高壓泵系列產品，重要承擔水射流成套設備的推廣應用工作和高壓泵大規模產業化，參與國家標準的制定和成果推廣應用。5)第五完畢人：王永強，合肥通用環境控制技術有限責任公司，專家級高工，學士學位。協助項目總體技術路線的實行，對創新點2、4做出了奉獻：參與特定工程目的的新工藝應用研究，優化組構多學科技術，開發出超高壓純水射流除銹、大型儲油罐油泥清洗回收、機場跑道除膠與路橋道面水射流破碎等成套技術裝備，參與國家標準制修訂和成果推廣應用。6)第六完畢人：王洪仁，浙江大農實業股份有限公司，高級工程師，大學學歷。協助項目總體技術路線的實行，對創新點4有奉獻：參與高壓水主泵機組的研制，協助促進高壓清洗機技術成果的推廣應用，參與國家標準的制定。7)第七完畢人：陳波，南京大地水刀股份有限責任公司，專家級高工，大學學歷。對創新點2有奉獻：參與了超高壓水切割設備的研制，配合項目開發系列超高壓增壓器產品和數控水切割平臺。承擔水切割平臺產業化工作，參與國家標準的制定。8)第八完畢人：管序榮，江蘇博際噴霧系統股份有限公司，高級工程師，大學學歷。協助項目總體技術路線的實行，對創新點1、4有奉獻：參與射流機理研究與超高壓噴嘴的研發，協助超高壓噴嘴總成技術成果的推廣應用。9)第九完畢人：巴勝富，合肥通用環境控制技術有限責任公司，高級工程師，學士學位。對創新點3、4有奉獻：參與大型儲罐三維旋轉噴槍空化射流技術研究，參與大型儲罐罐底油泥清洗與回收成套設備、機場跑道除膠設備及高壓清洗機等成套裝備的國產化研制和推廣應用。10)第十完畢人：王兆文，華中科技大學，副專家，博士學位。協助項目總體技術路線的實行，對創新點1做出奉獻：參與射流機理及量化模型研究，參與多種應用噴嘴的結構優化設計與實驗研究工作。九、完畢人合作關系說明合肥通用機械研究院、華中科技大學、重慶水泵廠有限責任公司、南京大地水刀股份有限公司、浙江大農實業股份有限公司、江蘇博際噴霧系統股份有限公司、合肥通用環境控制技術有限責任公司為本項目的完畢單位。合作方式涉及：(1)共同承擔國家、省部級科研項目；(2)共同獲獎；(3)共同申請發明專利；(4)共同研制國家標準；(5)共同發表學術論文等。合肥