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關于申報2021年度陜西省科學技術獎
項目公示
按照陜西省科學技術獎勵工作辦公室要求，現對申報2021年度陜西省科學技術獎的1個項目進行公示。
公示時間為2021年4月28日至2021年5月5日，為期7天。
公示期內，任何部門或者個人如對公示項目的真實性和內容有異議，可以書面方式提出并提供必要的證明文件及聯系方式。個人提出異議的應表明真實身份，部門提出的應加蓋公章。匿名異議和超出期限的異議不予受理。
地址：陜西省韓城市蘇山路西安重裝韓城煤礦機械有限公司
聯系電話：5265043
附件：關于申報2021年度陜西省科學技術獎項目公示信息
西安重裝韓城煤礦機械有限公司
2021年4月28日
附件：
關于申報2021年度陜西省科學技術獎
項目公示信息
一、項目名稱：高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術研究
二、提名者及提名意見
提名單位：韓城市人民政府
提名意見：陜西省科學技術獎二等獎
三、項目簡介
本項目屬于礦山工程技術領域。
隨著礦井的深度開采，井下通風巷道的改變，造成礦井負壓增大、通風網絡阻力增大，不能滿足礦井通風量的需求，礦井初期選用的主通風機運行工況朝不穩定工況區域發展，從而引起主通風機的旋轉失速、振動增大、噪音增大、葉輪產生疲勞斷裂，形成礦井通風安全隱患。隨著煤炭行業的快速發展，上述礦用主通風機技術難題已經嚴重影響煤礦通風安全。本項目針對現有主通風機節能、降噪、安全運行技術瓶頸進行聯合攻關，研發高效寬域對旋礦用主通風機，形成自主知識產權的礦用風機葉片及整機高效安全運行關鍵技術體系，并在西部廣大煤礦進行了應用推廣，取得了顯著的經濟和社會效益。
本項目歷經多年攻關和實踐，以提高礦用主通風機效率、降低噪音污染及改善喘振特性為目標，提出了基于有限元優化設計的高效、寬域、低噪音通風機結構設計方法；提出了彎掠組合正交型葉片三維優化設計方法；提出了輪轂葉片及輪組最優布局方法，實現了煤礦對旋主通風機高效、寬域等特性；研制了基于振動、電機轉速等多傳感器信息的礦用對旋主通風機健康態在線監測與故障診斷方法，解決了礦用主通風機效率、降噪等的關鍵技術難題。創新點如下：
1.首創礦用主通風機用彎掠組合正交型葉片設計理論。創新提出礦用主通風機彎掠組合正交型葉片設計理論，優化了葉片翼型、葉片安裝角、葉片扭曲角等葉片參數，研制出礦用主通風機彎掠組合正交型葉片，通過控制葉片徑向力梯度和沿葉高的二次流分布，消除了附面層堆積及避免漩渦匯合，改善了氣流流動穩定性，提高了礦用主通風機的效率。
2.提出了礦用主通風機輪轂葉片及輪組最優布局方法。建立葉輪輪轂與葉輪組三維優化模型，研究輪轂結構及其剛度、輪轂材料及輪組布局等對運行性能的影響規律，為高可靠性輪轂，輪轂葉片及輪組的最優布局提供理論支撐，使喘振裕度等技術指標達到最優極限水平，實現了主通風機寬域安全運行。
3.研發了礦用主通風機在線故障定量分析和智能診斷系統。系統采用多傳感器信號識別與表征技術，內嵌基于時域、頻域、小波理論故障特征提取技術以及故障定量與智能診斷算法，定量診斷主通風機故障損傷部位與嚴重程度，智能診斷出設備故障原因與故障嚴重程度，為應急控制和維修管理提供準確、可靠的依據，從而節約維修費用，避免重大事故發生。
4.創建了礦用風機葉片及整機高效安全運行關鍵技術體系。建立了煤礦巷道動態工況條件下主通風機流體動力學模型，形成了高效、寬域礦用主通風機設計理論及方法，以及安全保障運行在線監測及故障診斷系統，制定了一系列礦用主通風機優化設計標準及規范，使得礦用主通風機運行效率由68%提高到78%，負壓在500Pa到4900Pa寬域范圍內，主通風仍能夠安全可靠運行。
本項目成果先后在振動與沖擊、工礦自動化、風機技術等國內著名學術期刊發表代表性論文10余篇，成果得到了國內外同行的認可；申請并受理發明專利20余件，解決了礦用主通風機領域關鍵理論與技術難題，為提升我國煤炭安全開采與高效通風技術水平做出了貢獻；研究成果具有很強的市場競爭力和極大推廣應用價值，在礦井生產的實際應用過程中檢驗和完善，形成一套實用理論與技術，達到國內領先水平。成果已在韓城礦業、華亭煤電、陜北礦業等礦區推廣應用，經濟社會效益顯著。
四、客觀評價
（1）科學技術成果鑒定評價
2020年12月8日，中國煤炭工業協會在陜西西安組織有關專家在西安對“高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術研究”項目成果進行鑒定。與會專家聽取了項目匯報，審閱了相關資料，經質詢討論，專家一致認為：（1）項目提出了彎掠組合正交型葉片三維設計方法，消除了背向附面層渦流，改善了氣流的穩定性，降低了渦流噪聲；（2）建立了葉輪輪轂與葉輪組三維模型，優化了輪轂葉片及輪組布局方式，實現了主通風機高效寬域安全運行；（3）研發了礦用主通風機工況在線監測系統，實現了主通風機在線監測，保障了主通風機安全運行。技術成果在韓城礦業、華亭煤電和陜北礦業等多個煤礦應用，運行穩定可靠，效果良好。項目技術成果達到國內領先水平。
（2）科技查新報告
2016年12月陜西省科學技術情報研究院針對“高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術研究”項目進行了國際聯機檢索、國內聯機檢索和網絡數據庫檢索，利用35個有關數據庫及相關網站，檢索到相關文獻25篇，經比較、分析、鑒別，可以得出如下結論：經全面檢索，在檢索范圍內，中外文相關文獻分別述及查新項目所述技術內容，除本課題研究人員的研究成果外，但未見明確述及綜合本項目技術特點的高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術研究。
（3）國內外技術比較
在風機葉片設計技術方面，目前大多數國內外使用的風機葉片仍主要采用傳統的設計方法，傳統的設計方法一般是基于基元級的等環量方式進行設計，或者利用S1、S2流面的準三維設計方法，這些設計方法均依賴于各種經驗修正模型支撐（入落后角模型、損失模型等）。
在航空技術方面，隨著計算機計算和相關的技術的發展，1980年代以來，國外各發動機公司紛紛開發風扇和壓氣機的先進氣動技術－彎掠形葉片設計和三維氣動設計。進入90年代已設計、加工、試驗、驗證了大量前掠和后掠葉片的風扇/壓氣機，取得了重大突破。如GE公司已驗證了前掠葉片能降低端壁和附面層的損失，從而進一步提高效率，使葉片端負荷后移，當反壓升高時，葉中部分的波系首先被推出前緣，但葉尖部分的激波還在槽道內，不易引起失速，因而較后掠在氣動效率、喘振裕度和抗畸變能力方面更優，最大限度地提高了級壓比、葉片效率和喘振裕度。這一技術已經于2000年左右成功應用于多種軍用、民用的大涵道比渦扇發動機的風扇設計中。
五、應用情況
本項目研究成果在寧夏煤業集團、陜西煤業化工集團、西安煤礦機械有限公司等多家企業得到應用，實現了高效寬域對旋礦用主通風機安全運行，節約了能耗，降低了成本，減少了作業人員和勞動強度，改善了作業人員的工作環境，經濟效益和社會效益顯著。研究成果為實現煤炭開采的綠色化、智能化奠定了堅實的基礎，具有廣泛的適應性和良好的應用前景。
我公司研制的高效寬域對旋礦用主通風機，提高主通風機的裝置效率、運行效率，帶動主通風機節能效果。此外本系列的軸流通風機的工藝改進成功將大大提高我公司的設計研發能力，保證了井下施工的安全性。
該項目的實施使我公司掌握了整機優化設計方法，改進各種FBCDZ風機葉輪、葉片工藝，提高風機的設計生產能力。按每套軸流風機價格800萬元，年均生產6套來算，銷售收入將增長4800萬元，經濟指標顯著增長。目前，該項技術已在陜北礦業韓家灣煤礦、韓城礦業公司象山礦井、下峪口煤礦、桑樹坪煤礦及桑樹坪二號井得到應用，形成銷售收入2000余萬元。同時可增強我公司在行業中的競爭力。
韓城礦業桑樹坪煤礦在北二主扇改造項目應用了西安重裝韓城煤礦機械有限公司的高效寬域對旋礦用主通風機。該風機釆用彎掠組合正交型葉輪（葉片和葉柄采用整體鑄造鋁合金制造工藝），提升了主扇運行的安全性和可靠性，同時主扇運行效率也顯著提升。
改造前北二主扇最大振動速度為9.7mm/s（振動幅度超過國家標準限值7.lmm/s），改造后主扇運行時最大振動速度2.7mm/s，消除了主通風機運行的安全隱患；同時改造后主扇風機工序能耗由原來的三等提升為一等，通過數據收集及計算，每年可節約電費約一百萬元，經濟效益顯著。
改造前，原主扇風量小負壓大，處于旋轉失速狀態，葉片容易疲勞破壞，振動速度大，且無法通過葉輪動、靜平衡消除，存在運行安全隱患。運用該技術后，主通風機徹底消除風機旋轉失速帶來的安全隱患，兼顧節能降噪效果，對煤礦安全生產具有重要意義，同時改造后主扇節能性更優，其社會效益顯著。
六、代表性論文專著目錄（限5條）
序號
論文專著名稱
刊名
作者
第一完成單位
年卷頁碼
發表時間
通訊
作者
第一
作者
國內作者
SCI他引次數
他引總次數
知識產權是否歸國內所有
1
智慧礦山背景下我國煤礦機械故障診斷研究現狀與展望
振動與沖擊
樊紅衛，張旭輝，曹現剛，萬翔，楊一晴
西安科技大學
第39卷，第24期，194-201
2020.12.28
張旭輝
樊紅衛
曹現剛，萬翔，楊一晴
是
2
數據驅動下的工業設備虛擬仿真與遠程操控技術研究
重型機械
張旭輝,王妙云,張雨萌,杜昱陽,馬宏偉,毛清華,車承,田鳳陽,王鳳
西安科技大學
第5期，14-17
2019.05.28
王妙云
張旭輝
張雨萌,杜昱陽,馬宏偉,毛清華,車承,田鳳陽,王鳳
是
3
單級軸流風機準三維設計
風機技術
劉曉明，蘇莫明，田琳
西北工業大學
第6期，26-28
2012.4.20
蘇莫明
劉曉明
田琳
18
是
4
雙向軸流通風機設計方法的研究
風機技術
田琳，蘇莫明
西北工業大學
第5期，32-34，39
2011.5.16
蘇莫明
田琳
14
是
5
淺析彎掠組合正交型礦用軸流通風機優化設計
陜西煤炭
師崗，蘇莫明
西安重裝韓城煤礦機械有限公司
第5期，16-17
2007.12.28
蘇莫明
師崗
1
是
七、主要知識產權和標準規范等目錄（限10條）
|
序號 |
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 |
|
1 |
中國實用新型 |
一種通風機拆卸式加強輪轂 |
中國 |
201921024263.0 |
2020.04.28 |
10400679 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
師崗，王敏，陳艷紅 |
|
2 |
中國發明專利 |
一種旋轉機械故障診斷與預警方法 |
中國 |
201811581642.X |
2020.09.01 |
3967329 |
西安科技大學 |
樊紅衛，楊一晴，潘格格，張超，張勇強，邵偲潔，萬翔，張旭輝，薛旭升，姜俊英，馬宏偉，董明，韓磊 |
|
3 |
中國實用新型 |
一種礦井用帶有導流格柵板的擴散塔 |
中國 |
201921024468.9 |
2020.04.28 |
10406363 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
王敏，師崗，蘇莫明，陳艷紅 |
|
4 |
中國實用新型 |
一種軸流風機葉片 |
中國 |
201420436347.6 |
2015.01.28 |
4103446 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
師崗，孫麥貞，馮建拾，王敏，強芝龍，王鑫濤 |
|
5 |
中國發明專利 |
具有吹氣槽的可逆軸流通風機葉片 |
中國 |
201510046696.6 |
2017.04.19 |
2461959 |
蘇莫明 |
蘇莫明，洪靈 |
|
6 |
中國發明專利 |
雙向可逆軸流通風機的導流裝置 |
中國 |
201510047361.6 |
2017.01.18 |
2349931 |
蘇莫明 |
蘇莫明，洪靈 |
|
7 |
中國實用新型 |
礦用全方向自供電無線振動傳感裝置 |
中國 |
201320621461.1 |
2014.04.02 |
3485288 |
西安科技大學 |
張旭輝，毛清華，劉騰達，林然，劉海濤，王天龍 |
|
8 |
中國實用新型 |
一種瓦斯引射裝置 |
中國 |
201621261834.9 |
2017.07.28 |
6339781 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
師崗，王榮泉，王敏，劉新民 |
|
9 |
中國發明專利 |
一種軸流式風機葉輪 |
中國 |
201010610243.9 |
2012.07.25 |
1015019 |
西北工業大學 |
蘇莫明，李世武，郭建民，郝凡森 |
|
10 |
標準 |
FBCDZ系列煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流通風機（機號大于等于№17） |
|
Q/XZHMJX01-2020 |
2020.1.1 |
Q/XZHMJX01-2020 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
王敏、行江艷 |
八、主要完成人情況
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姓名 |
排名 |
行政 職務 |
技術 職稱 |
工作 單位 |
完成 單位 |
對本項目貢獻 |
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師崗 |
1 |
總工程師 |
高級工程師 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
項目實施總負責，全面主持和協調項目實施，結合煤礦安全生產實際情況，提出了輪轂及輪組優化與設計相關技術，并組織相關研究單位及人員開展技術研究，參與了項目可行性研究論證、總體研究計劃和實施方案的制定，對創新點中所列第一、二點做出了創新性貢獻，參與項目實施時間中投入的工作量約占本人工作總量的60%。 |
|
張旭輝 |
2 |
院長 |
教授 |
西安科技大學機械工程學院 |
西安科技大學機械工程學院 |
作為課題研究主要核心成員之一，提出并推進煤礦旋轉機械在線故障診斷理論及配套技術；提出了煤礦旋轉機械故障類型數據庫的設計思路，攻克了礦用主通風機狀態動態感知與預測難題；對創新點中所列第三點做出了創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的60%。 |
|
蘇莫明 |
3 |
|
教授 |
西北工業大學 |
西北工業大學 |
作為課題研究主要核心成員之一，提出并推進彎掠組合正交型葉片三維設計方法，消除了背向附面層渦流，改善了氣流的穩定性，攻克了主通風機降噪難題；對創新點中所列第二點做出了創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的50%。 |
|
宋金全 |
4 |
總經理 |
高級工程師 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
負責對項目建設的思路、方向、政策把關，提供各種保障；主持制定項目總體實施思路、制定實施計劃和方案；對創新點中所列第一做出創造性貢獻，在該項技術研究與應用中投入的工作量約占本人工作總量的50%。 |
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周華榮 |
5 |
|
工程師 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
項目實施技術總監，負責項目技術方案制定和技術可行性論證，并對項目實施過程進行監管，創新性的提出了低噪音通風機結構設計方法研究；對創新點中所列第一點做出了創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的50%。 |
|
薛旭升 |
6 |
副主任 |
講師 |
西安科技大學機械工程學院 |
西安科技大學機械工程學院 |
作為課題研究主要核心成員之一，設計了一種基于LabVIEW的煤礦旋轉機械故障在線診斷及預警系統，采用頻譜分析、功率譜分析、包絡譜分析、倒頻譜分析等方法分析振動信號,得到旋轉機械運行過程中各部件的特征參數；對創新點中所列第三點做出了創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的40%。 |
|
尚新芒 |
7 |
研究所所長 |
工程師 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
作為項目研究及實施單位之一的現場負責人，結合現場實際情況，負責業務需求的梳理和確認，參與了項目可行性研究論證、總體研究計劃和實施方案制定，通過現場指導，不斷總結、優化通風機結構設計方法，實現了效益的最大化；對創新點中所列第一點做出創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的30%。 |
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王敏 |
8 |
研究所副所長 |
工程師 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
西安重裝韓城煤礦機械有限公司 |
作為項目研究及實施單位之一的現場負責人，結合現場實際情況，負責業務需求的梳理和確認，參與了項目可行性研究論證、總體研究計劃和實施方案制定，通過現場指導，不斷總結、優化輪轂葉片及輪組最優布局方法；對創新點中所列第二點做出創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的30%。 |
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萬翔 |
9 |
|
講師 |
西安科技大學機械工程學院 |
西安科技大學機械工程學院 |
作為課題研究主要核心成員之一，根據煤礦旋轉機械在錶診斷及故預警系統功能需求，通過傳感器采集振動數據并實時進行時域析處理，得到旋轉機械運行過程中各部件的特征參數，并實現特征參數實時監測與診斷；對創新點中所列第三點做出了創新性貢獻，在該項技術研發中投入的工作量約占本人工作總量的30%。 |
九、主要完成單位及創新推廣貢獻
1.西安重裝韓城煤礦機械有限公司
本項目第1完成單位，是項目研究、合作及應用的核心單位，負責解決創新點一、四的理論建模、關鍵技術等方面研究工作。西安重裝韓城煤礦機械有限公司多年致力于礦用主通風機關鍵理論及技術方面的研究，聯合西安科技大學和西北工業大學，形成“產學研用”結合的科技攻關團隊，重點開展了煤礦領域的高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術研究，為項目研究成果提供了強有力的技術支持，做出了卓越的貢獻。結合煤礦實際生產情況，研究了煤礦巷道動態工況條件下的氣流場與通風機出氣裝置機構耦合關系，提出了基于有限元優化設計的高效、寬域、低噪音通風機結構設計方法，構建了基于模態分析的輪轂葉片及輪組最優布局方法，實現了煤礦對旋主通風機高效、寬域等特性，為煤礦的安全生產提供了先進、可靠的技術保障。
2. 西安科技大學
本項目第2完成單位，負責解決創新點三的理論建模、關鍵技術等方面研究工作。西安科技大學多年致力于煤礦機電裝備智能化理論及技術方面的研究，在多年研究成果積累基礎上，重點開展了煤礦領域的智能分析采集與分析控制設備研制，提出了礦用旋轉機械在線診斷及故障預警關鍵理論及技術，為項目研究成果提供了強有力的理論與技術支持。結合主通風機遠程監控與故障診斷實際需求，研發了礦用主通風機工況在線監測系統，實現了主通風機在線監測與安全運行，極大的提升了礦用主通風機運行狀態實時監測、使用壽命及使用效率，降低了故障率。
3. 西北工業大學
本項目第3完成單位，負責解決創新點二的理論建模、關鍵技術等方面研究工作。西北工業大學多年致力于航天裝備設計與優化方面的研究，經過多年的研究及成果積累，主要在航天發動機輪轂、輪組與葉輪的研究成果方面奠定了礦用主通風機關鍵技術研發的基礎，提出了彎掠組合正交型葉片三維設計方法與輪組優化布局方法，消除了背向附面層渦流，改善了氣流的穩定性，降低了渦流噪聲，攻克了葉片徑向力梯度控制、沿葉高的二次流分布等難題。
十、完成人合作關系說明
本項目由西安重裝韓城煤礦機械有限公司聯合西安科技大學、西北工業大學三家單位合作完成。
西安重裝韓城煤礦機械有限公司宋金全（第4完成人）、師崗（第1完成人）、周華榮（第5完成人）、尚新芒（第7完成人）和王敏（第8完成人）結合公司在礦用主通風機關鍵技術研究方面的優勢，聯合西安科技大學和西北工業大學，開展高效寬域對旋礦用主通風機關鍵技術合作攻關并負責項目的總體實施與現場應用，其中西安科技大學張旭輝（第2完成人）、薛旭升（第6完成人）和萬翔（第9完成人）開展了基于振動、電機轉速等多傳感器信息的礦用對旋主通風機健康態在線監測與故障診斷理論與方法研究，西北工業大學蘇莫明（第3完成人）開展了彎掠組合正交型葉片三維設計方法方面的研究。上述理論和方法研發基礎上，西安重裝韓城煤礦機械有限公司研制了集成專有算法的高效寬域對旋礦用主通風機。
公示期內，如對以上公示對象有異議，請在公示期內以書面形式將情況反饋至西安重裝韓城煤礦機械有限公司。反映情況應實事求是，單位反映情況需加蓋公章，個人反映情況需簽署真實姓名和聯系電話及地址。
聯系電話：5265043
西安重裝韓城煤礦機械有限公司
2021年4月28日