第六章化工容器設計技術進展-第九屆全國大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽

1、1,,潘家禎 惠虎,全國大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,華東理工大學機械與動力工程學院,jzpan@ecust.edu.cn,第十屆過程裝備與控制工程專業(yè)校際交流會,2,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,3,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,華東理工機械與動力工程學院,,舉辦此次活動的初衷,培養(yǎng)熟悉國情、專業(yè)知識豐富、具有創(chuàng)新精神和國際意識、能參與國際競爭的專業(yè)人才是21世紀我國過程裝備與控制工程專業(yè)所必須承擔的歷史責任。為了鼓勵

2、該專業(yè)的學生了解并積極投身于我國過程裝備的研究，培養(yǎng)大學生的工程實踐能力、創(chuàng)新精神及團隊合作精神。,4,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,華東理工機械與動力工程學院,,組辦單位,華東理工大學中國機械工程學會壓力容器學會中國化工學會化工機械專業(yè)委員會化學工業(yè)出版社,5,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,華東理工機械與動力工程學院,以全國高校過程裝備與控制工程專業(yè)的本科生、研究生為主要對象，也歡迎其它專業(yè)的本科生及研究生報名參加。,報名參賽范

3、圍,,6,,參賽形式,為了啟發(fā)學生，組委會結合我國過程裝備的前沿課題，給出了一些參賽參考題目，參賽學生可以此為參賽題目。參賽學生也可以過程工業(yè)中實際課題、技術難題或生活、生產(chǎn)中有關設備為研究對象，只要是與設計、制造、檢驗、控制、安裝、使用、維護等有關的題目都可以，形式不限，鼓勵學生自主創(chuàng)新，有些題目可以與實際情況有出入，只要反映創(chuàng)新思想即可。,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,華東理工機械與動力工程學院,7,參賽參考題目-大型原油儲罐,華

4、東理工機械與動力工程學院,8,,組委會給出的參賽參考題目,大型原油儲罐 背景： 隨著我國石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國家原油戰(zhàn)略儲備計劃的實施，我國對進口原油的需求量不斷增大，為適應市場及國際形勢的不斷變化，建設大型原油儲庫具有重要的經(jīng)濟意義和戰(zhàn)略意義，縱觀近40年來的國際形勢，油罐的大型化是發(fā)展的必然趨勢。 由我國自己設計建造的最大的單臺儲油量為12.5萬立方米的浮頂油罐已于2003年在茂名石化公司北山嶺油庫建成，

5、中石化集團公司正著手建造國內單臺儲油量最大的15萬立方米油罐。目前世界上最大的原油儲罐為20萬立方米原油儲罐，如果我國要設計此種大型原油儲罐，參賽選手能否給出較合理的設計？,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,9,,組委會給出的參賽參考題目,大型原油儲罐 提示：參賽隊伍可以以此題目為背景，從多方面進行研究或創(chuàng)新設計，如可嚴格按照美國《API 650》規(guī)范或日本《JISB 8501》規(guī)范進行結構參數(shù)設計，

6、再考慮到經(jīng)濟性以及其它等因素綜合考慮對20萬立方米原油儲罐進行優(yōu)化設計；當然也可以調研國外儲罐結構尺寸，采用三維制圖給出儲罐及附件的三維造型；也可根據(jù)儲罐大致尺寸用flash表現(xiàn)出液位上升的動態(tài)效果；也可采用ANSYS軟件或其它有限元軟件對儲罐進行有限元應力分析，給出儲罐各處的應力水平，從而得出有益的結論。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,10,參賽參考題目-航空母艦彈射裝置,華東理工機械與動力工程學院,11,

7、,組委會給出的參賽參考題目,航空母艦彈射裝置 背景：航空母艦是集各種高新技術和眾多先進武器裝備于一身的海上“巨無霸”。自它問世并投入實戰(zhàn)以來，在各歷史時期的戰(zhàn)爭和海上行動中扮演著十分重要的角色，向來被視為一個國家國防實力的象征，同時也是建立遠洋海軍的標桿。 目前我國還沒有航空母艦，如果要建造航空母艦，則設計制造航空母艦飛機彈設裝置是必須要解決的技術課題，早期的飛機彈射裝置采用彈簧彈射，后來發(fā)明了蒸汽彈射裝置，該

8、裝置將蒸汽放于儲氣筒及壓力管道內，通過閥門來釋放蒸汽壓力，使氣體產(chǎn)生加速度，將飛機快速推至起飛速度。如果我國要設計航空母艦彈射裝置，請參賽選手能給出設計方案嗎?,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,12,,組委會給出的參賽參考題目,航空母艦彈射裝置 提示：本題目并沒有給出具體的參數(shù)如跑道距離，飛機重量、起飛速度等，需要參賽者查詢及調研，從而確定蒸汽汽包及管線的設計參數(shù)、管線的布置等；參賽者也可選擇從其它

9、角度來進行創(chuàng)新設計，只要與此主題相關即可。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,13,參賽參考題目-壓縮天然氣纏繞氣瓶,華東理工機械與動力工程學院,14,,組委會給出的參賽參考題目,壓縮天然氣復合材料氣瓶 背景：在我國，1998年市場上開始供應復合材料氣瓶，安裝在北京一千多輛公交車頂部，使用的是航天復合材料技術，目前，綜合性能較好的鋁內膽碳纖維全纏繞CNG瓶已在我國有少量問世。我國在很多方面還

10、沒有掌握其設計及制造的核心技術。基于以上背景，希望參賽隊伍能在車用CNG纏繞瓶的結構強度、設計方法、制造方法、使用管理、失效分析等方面展開研究，為我國工業(yè)發(fā)展做出貢獻。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,15,,組委會給出的參賽參考題目,壓縮天然氣復合材料氣瓶 背景：目前我國市場上用的9升氣瓶較多，設計可參照美國ANSI/AGA NGV2-1992標準；如對強度研究可采用有限元對纏繞鋼瓶進行彈性應力分析、極

11、限載荷研究等，有條件還可進行貼應變片或進行爆破試驗研究；目前CNG纏繞瓶的制造技術也很需要研究，如內膽收口裝置的研制、纖維纏繞機的研制等。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,16,參賽參考題目-核動力裝置,華東理工機械與動力工程學院,17,,組委會給出的參賽參考題目,核動力裝置 背景：能源是我國社會發(fā)展的重要物質基礎，現(xiàn)代化的實現(xiàn)在很大程度上取決于能源的供應和有效利用，能源已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的制約因素，而依

12、靠科技進步，加速核能的開發(fā)和合理使用，成了當務之急。我國目前已有秦山核電站、嶺澳核電站、大亞灣核電站及田灣核電站，今后還要建造更多的核電站，核電站也將在過程工業(yè)占據(jù)更重要的地位。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,18,,組委會給出的參賽參考題目,核動力裝置 提示：核電站核島內的設備如核壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵、壓力管道、閥門幾乎全都是過程裝備與控制工程專業(yè)研究的范圍。但是目前很多學過程裝備的人還

13、不太了解核電，希望參賽隊伍能夠針對核電運轉原理給出相關的Flash，對于核壓力容器內的反應控制制作出flash，為更多的人了解核電創(chuàng)造條件。另外，核電站中有很多難題也在等待人們攻關，參賽隊伍也可查閱相關資料后確定課題研究。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,19,參賽參考題目-容器及管道爬壁機器人,華東理工機械與動力工程學院,20,,組委會給出的參賽參考題目,容器及管道爬壁機器人 提示：在壓力容器及壓力管道

14、中，常要進行無損檢測及探傷，對于一些較高的容器，直接由人工操作很不方便，如果能夠發(fā)明一種爬壁機器人，能夠攜帶探頭在容器及管道外壁爬行，則能給人們帶來很大方便，實現(xiàn)無損檢測的自動化。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,21,參賽參考題目-圓筒容器開口雌雄樣板放樣軟件,華東理工機械與動力工程學院,22,,組委會給出的參賽參考題目,圓筒形容器開口雌雄樣板放樣軟件 背景：在過程設備中，經(jīng)常遇到要在圓筒容器開口，焊接

15、管道的情況，這樣就需要在容器壁上進行劃線切割，以及在管道上劃線切割，先進的方式是采用數(shù)控機械手完成上述操作，但是數(shù)控機械手價格昂貴，一般的制造企業(yè)買不起，傳統(tǒng)的做法是由有經(jīng)驗的工人師傅進行手工放樣，得到雌雄樣板，利用雌雄樣板在容器及管道上劃線，再進行切割，這種做法效率較低，劃線精度低，曲線不光滑。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,23,,組委會給出的參賽參考題目,圓筒形容器開口雌雄樣板放樣軟件 提示：目前

16、計算機使用已經(jīng)十分普遍，價格也比較便宜，如果采用計算機軟件實現(xiàn)上述放樣過程，則用戶只需要輸入容器及管道直徑，則計算機就自動放樣，在打印機上將雌雄樣板打印出來，這樣效率就十分高，曲線也會很光滑。希望參賽選手能用能編制程序或CAD二次開發(fā)來實現(xiàn)。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,24,其它參賽參考題目,,先進清洗技術,,支座強度分析校核,,其它典型壓力容器、過程裝備的三維造型設計,,特種壓力容器、設備的計算機輔助設

17、計,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,25,,活動開展情況,得到很多兄弟高校的積極響應，很多高校的研究生及本科生積極報名參加，最后提交作品64件，其中： 華東理工大學 12件 茂名學院 10件 西北大學 8件 南京工業(yè)大學 5件 西安交大 4件 中國礦大 4件 北京石油化工學院 2件 西安石油大學

18、 2件 河北工大 2件 上海應用技術學院 2件 燕山大學 2件 大連理工大學 1件 東北大學 1件 山東大學 1件 湘潭大學 1件 南京林業(yè)大學 1件,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,26,,作品情況,根據(jù)提交作品的性質，組委會將全部作品分為A、B、C、D、E

19、、F、G及H等8類，具體分類如下：A 航空母艦彈射裝置 4件B 機器人 5件C 放樣軟件 5件D 三維建模及仿真 7件E 大型儲罐

20、 5件F 其它設備設計及開發(fā) 16件G 強度分析及有限元模擬 10件H 其它 12件,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,27,作品情況-第一組,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,28,作品情況-第一組,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,29,作

21、品情況-第二組,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,30,作品情況-第二組,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,31,作品情況-第三組,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,32,作品情況-第三組,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,33,,評審情況-評審專家,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,34,,評審情況-評審過程,本著公平、公正的原則，同時又為了盡量減輕專家評審的強度，評審分兩輪進行。第一輪評審時將作品先分3組，每組由3位專家

22、評審，每一組約20件作品，根據(jù)3位專家的意見，對各組進行評比并排序，每一組取前10名進入第二輪評審。第二輪評審由9位專家對第一輪評審入圍的作品進行評審，選出19件作品作為獲獎作品，根據(jù)名次的情況選出一等獎3名，二等獎6名，三等獎10名，入圍但未進入前三等獎的以及部分未入圍但較優(yōu)秀的為優(yōu)勝獎（20名）。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,35,,評審結果-最后名次,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐

23、與創(chuàng)新大賽,,,全國過程裝備實踐與創(chuàng)新大獎賽評審匯總,,,,,,36,,評審結果-最后名次,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,,,全國過程裝備實踐與創(chuàng)新大獎賽評審匯總,,,,37,,評審結果-最后名次,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,,,全國過程裝備實踐與創(chuàng)新大獎賽評審匯總,,,,38,,評審結果-最后名次,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,,,全國過程裝備實踐與

24、創(chuàng)新大獎賽評審匯總,,,,39,,評審結果-最后名次,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,,,全國過程裝備實踐與創(chuàng)新大獎賽評審匯總,,40,部分優(yōu)秀作品展示,華東理工機械與動力工程學院,41,部分優(yōu)秀作品展示,華東理工機械與動力工程學院,濮陽煌等，航空母艦彈射裝置的設計,李征等，薄膜蒸發(fā)器遠程三維設計系統(tǒng),李楠等，內壓斜接管結構強度的特性研究,內壓斜接管結構應力的模擬,耿雪峰等，20萬立方米原油儲罐設計,孫繼遠等，

25、圓筒容器開口雌雄樣板放樣繪圖儀,42,心得與展望,華東理工機械與動力工程學院,43,,心得與展望,大學生激情四射、具有很強的創(chuàng)新能力，只要有好的機制與平臺，就能調動他們的創(chuàng)新激情與潛力。在創(chuàng)新競賽中，大學生們了解到專業(yè)的背景，熟悉了國情、激發(fā)了他們專研專業(yè)知識的熱情，對科研及創(chuàng)新有了較系統(tǒng)的訓練，從課題的調研、規(guī)劃、設計、論文撰寫及后期制作都展示了他們的巨大潛力。培養(yǎng)大學生的工程實踐能力、創(chuàng)新精神及團隊合作精神，很多學生組成了團隊，

26、分工負責，有利于最大程度發(fā)揮各自的能力，也為他們今后工作中建立良好的合作習慣奠定了基礎。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,44,,心得與展望,對于各高校來說，也提供了良好的交流平臺，使得大家了解到各自的科研方向，有利于共同提高。也是對各高?？蒲?、創(chuàng)新能力及教學質量的有效檢驗。為我國過程裝備的發(fā)展起到很要的推動作用，有一些可以直接用于工程實踐，另外有一些盡管還是紙上談兵，但應看到，培養(yǎng)的具有創(chuàng)新精神的學生在今

27、后的工作崗位上潛力無限，大展宏圖。,華東理工機械與動力工程學院,大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽,45,,建議,由我們專業(yè)教指委組辦，報教育部批準，辦成全國性的賽事，這是一件利國利民的好事。希望更多的高校能參與進來，成為互相交流的平臺，也能為各自學校的提高、發(fā)展帶來益處。大賽需要爭取到企業(yè)界的贊助，為賽事提供更大的資金資助。大賽的形式、內容、時間等需進一步研討、如可每年舉辦一次，定期公布一些專題，由學生來參與。希望各位老師都參與到其