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海上大型絞吸疏浚裝備是遠(yuǎn)海島礁大規(guī)模高效吹填造陸的國之重器，是南海資源開發(fā)、一帶一路港口建設(shè)等國家戰(zhàn)略任務(wù)和重大工程的緊迫需求。絞吸疏浚裝備具有同步完成海底巖土快速挖掘和長距離管道連續(xù)輸送的可靠作業(yè)能力，需要作業(yè)定位、巖土挖掘、物料輸送和疏浚監(jiān)控四大系統(tǒng)的高度集成，其核心技術(shù)長期被歐洲壟斷并嚴(yán)格封鎖。項(xiàng)目組圍繞海上大型絞吸疏浚裝備的自主研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，歷經(jīng)15年產(chǎn)學(xué)研用攻關(guān)取得如下創(chuàng)新成果：     一、多自由度順應(yīng)式重載精確定位技術(shù)：針對漂浮作業(yè)裝備高效穩(wěn)定定位的挑戰(zhàn)，提出主體、挖掘、定位等系統(tǒng)的多體耦合動力學(xué)分析方法，揭示了海洋環(huán)境與疏浚作業(yè)載荷的復(fù)合作用機(jī)理，發(fā)明了多自由度順應(yīng)式重載鋼樁臺車定位系統(tǒng)，保障了惡劣海洋環(huán)境中“定得穩(wěn)”的疏浚作業(yè)要求，使得作業(yè)抗風(fēng)等級從6級提高到9級，南海作業(yè)窗口期從約120天增加到約180天。     二、多參數(shù)自適應(yīng)重型大挖深挖掘技術(shù)：針對海底堅(jiān)硬巖石快速挖掘的挑戰(zhàn)，提出大挖深傾斜彈性結(jié)構(gòu)超長軸系設(shè)計(jì)方法，解決了機(jī)構(gòu)運(yùn)動和巖石挖掘的強(qiáng)沖擊載荷導(dǎo)致系統(tǒng)失效的難題，研制出特種重型挖巖絞刀、超長軸驅(qū)動裝置及多參數(shù)自適應(yīng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了36米水深下快速挖掘單軸抗壓強(qiáng)度超過60MPa的堅(jiān)硬巖石，滿足了國家重大工程“挖得快”的需求。     三、多介質(zhì)高濃度長距離連續(xù)輸送技術(shù)：針對大顆粒物料高濃度長距離連續(xù)輸送的挑戰(zhàn)，提出多級顆粒混合流態(tài)分析技術(shù)，攻克了扭曲葉片型葉輪和對數(shù)螺旋線泵殼內(nèi)流道設(shè)計(jì)難題，研制出高效輸送大顆粒物料的系列疏浚泵和驅(qū)動裝置，實(shí)現(xiàn)“排得遠(yuǎn)”的強(qiáng)大能力，將高濃度管道連續(xù)輸送距離由6公里提高至15公里。     四、多系統(tǒng)集成優(yōu)化總體設(shè)計(jì)技術(shù)和裝備研制：針對各類型疏浚工程的不同需求，攻克了多系統(tǒng)集成總體設(shè)計(jì)、多工況功率平衡動力配置、裝備綜合控制與信息化管理等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了大型絞吸疏浚裝備數(shù)字化集成設(shè)計(jì)平臺，研制出電軸、變頻等五大類56座絞吸疏浚裝備，形成“系列化”產(chǎn)品自主設(shè)計(jì)和制造能力。     本項(xiàng)目授權(quán)發(fā)明專利34項(xiàng)、實(shí)用新型專利21項(xiàng)、軟件著作權(quán)33項(xiàng)，制修訂國家標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，發(fā)表論文112篇，構(gòu)建了我國大型絞吸疏浚裝備自主研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的完整體系，研制的“新海旭”、“天鯨號”、“天麒號”等裝備打破國外技術(shù)壟斷、不斷創(chuàng)造中國記錄，中國機(jī)械工程學(xué)會和機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織的成果鑒定會認(rèn)為：“海上大型絞吸疏浚裝備在總體上達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。”     獲獎等級：特等獎，國家科技進(jìn)步獎     完成單位：上海交通大學(xué)、中交上海航道局有限公司、長江航道局、中交疏浚技術(shù)裝備國家工程研究中心有限公司、中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所、江蘇科技大學(xué)、江蘇海新船務(wù)重工有限公司

本實(shí)用新型具體涉及一種波浪能驅(qū)動的海上漂浮式垃圾回收裝置，包括浮式水上垃圾桶以及與浮式水上垃圾桶相連接的一對浮式柵欄，浮式水上垃圾桶通過設(shè)置在其底部的抽水管與波浪能水泵相連，波浪能水泵設(shè)置在波浪能捕獲裝置上并通過出水管與油污分離池相連。其中一對浮式柵欄，漂浮垃圾和溢油在向港岸靠近的時(shí)候被浮式柵欄攔截進(jìn)入浮式水上垃圾桶，由波浪能捕獲裝置帶動波浪能水泵持續(xù)將浮式水上垃圾桶的水抽入油污分離池進(jìn)行分離。該裝置高效清潔無污染，可應(yīng)用于內(nèi)港和近海，且可同時(shí)完成對近岸漂浮式垃圾和內(nèi)港海面油污的回收處理。

本技術(shù)采用電化學(xué)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼管樁涂層老化度和陰極保護(hù)效率；同時(shí)采用膜電阻探針技術(shù)監(jiān)測電子電氣系統(tǒng)的大氣腐蝕速率，以及風(fēng)電艙室內(nèi)的鹽霧沉積量，結(jié)合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣裝備腐蝕速率、犧牲陽極保護(hù)效率和涂層老化狀態(tài)的長期在線監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患并預(yù)警，通過預(yù)防性維修和養(yǎng)護(hù)，將海上風(fēng)電腐蝕災(zāi)難降低到最低值，提高海上風(fēng)電基礎(chǔ)和電氣裝備的防腐蝕管理的自動化和信息化水平。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 隨著我國海上風(fēng)電的快速發(fā)展和投運(yùn)，部分海上風(fēng)電基礎(chǔ)生命期已經(jīng)步入服役中期，海洋環(huán)境腐蝕帶來的檢測、評估、修復(fù)問題日益顯著，并且隨著海上風(fēng)電場址選擇的深遠(yuǎn)化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的精益化，對海上風(fēng)電基礎(chǔ)和高、低壓電氣裝備的腐蝕與防護(hù)智能化水平提出了更高的要求。 本技術(shù)采用電化學(xué)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼管樁涂層老化度和陰極保護(hù)效率；同時(shí)采用膜電阻探針技術(shù)監(jiān)測電子電氣系統(tǒng)的大氣腐蝕速率，以及風(fēng)電艙室內(nèi)的鹽霧沉積量，結(jié)合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣裝備腐蝕速率、犧牲陽極保護(hù)效率和涂層老化狀態(tài)的長期在線監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患并預(yù)警，通過預(yù)防性維修和養(yǎng)護(hù)，將海上風(fēng)電腐蝕災(zāi)難降低到最低值，提高海上風(fēng)電基礎(chǔ)和電氣裝備的防腐蝕管理的自動化和信息化水平。

本項(xiàng)目針對國內(nèi)外大規(guī)模海上風(fēng)電場電力并網(wǎng)研究的難點(diǎn)，并依據(jù)本研究組已經(jīng)建立的基于DSP+ARM+FPGA架構(gòu)的通用分布式控制平臺和基于Labview開發(fā)的監(jiān)測平臺等先進(jìn)的技術(shù)和工具，從模塊化多電平換流器（MMC）動態(tài)建模入手，揭示了MMC內(nèi)部復(fù)雜的動態(tài)特性并分析了換流器內(nèi)部動態(tài)與外部動態(tài)之間的耦合關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了通過控制換流器能量來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部動態(tài)的優(yōu)化控制，通過優(yōu)化開關(guān)調(diào)制序列得到簡單有效，適用于實(shí)際工程的調(diào)制策略，能夠降低諧波和損耗。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，在探索大規(guī)模海上風(fēng)電場電力并網(wǎng)換流器拓?fù)浜涂刂撇呗栽O(shè)計(jì)等這一國際新能源接入與并網(wǎng)前沿領(lǐng)域有所進(jìn)展，為使我國實(shí)現(xiàn)清潔的海上風(fēng)電場電力代替部分化石能源，提高風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)“黑啟動”向無源網(wǎng)絡(luò)供電等目標(biāo)提供技術(shù)支持。 在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，與上海科委合作，利用自主研發(fā)的30kW小功率MMC試驗(yàn)樣機(jī)模擬了應(yīng)用于海上風(fēng)電場電力并網(wǎng)的換流器，對提出的優(yōu)化控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。相關(guān)研究成果發(fā)表論文6篇，申請國家發(fā)明專利2項(xiàng)

本成果是基于新材料和高速激光熔覆的海上風(fēng)電機(jī)組、海洋裝備和船舶的長效、環(huán)保防腐新技術(shù)。針對海上風(fēng)電機(jī)組、海洋裝備和船舶的海水腐蝕問題，突破了現(xiàn)有防護(hù)期效短（防腐涂料期效一般為1—5年）、涂層易剝落以及涂料中所含有機(jī)化合物（VOC）污染環(huán)境的局限性，自主開發(fā)了激光熔覆用高性能耐蝕合金粉末材料和制備高耐蝕熔覆層的高速激光熔覆系統(tǒng)，利用高速激光熔覆技術(shù)在海上風(fēng)電機(jī)組、海洋裝備和船舶的重要部件上制備超長壽命（≥50年）的耐蝕熔覆層，從根本上解決重要部件全壽命周期內(nèi)腐蝕防護(hù)問題。該項(xiàng)技術(shù)的成熟度達(dá)到8級，具備批量生產(chǎn)條件。已獲授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)、授權(quán)GF發(fā)明專利2項(xiàng)。 創(chuàng)新點(diǎn) 1、研發(fā)了系列專用于高速激光熔覆的鎳基高性能耐蝕合金粉末材料。 2、開發(fā)了基于高速激光熔覆的耐蝕層制備技術(shù)與裝備,防腐層與基體冶金結(jié)合（結(jié)合強(qiáng)度≥200MPa）。 3、提供了一種長效、環(huán)保的腐蝕防護(hù)新技術(shù)，材料不含VOC及其他有毒化合物，耐蝕壽命≥50年。 市場前景 腐蝕使全球每年損失的鋼鐵約6000萬噸，隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，我國海洋工程95%的材料都是鋼鐵或鋼筋混凝土，海洋工程防腐已成為發(fā)展中急需解決的重要課題。我國已成為世界海洋涂料使用量第一的國家，2010年我國海洋涂料市場規(guī)模已超350億元，海洋涂料的需求量年均增速超過20%。目前防腐涂料作為海上風(fēng)電機(jī)組、海洋裝備及船舶應(yīng)用最廣泛的腐蝕防護(hù)途徑，但存在有效防腐期較短、所含有機(jī)化合物污染環(huán)境等問題。因此，迫切需要開發(fā)防腐效果更好、時(shí)效更長、低毒環(huán)保的新方法。 應(yīng)用案例 自2017年以來，成果已應(yīng)用于船舶水線以下與海水接觸的鋼板、壓載泵大軸、尾舵及其它部件，已有的結(jié)果表明，熔覆層完全耐蝕，預(yù)計(jì)其耐蝕壽命大于50年。 獲獎情況 耐蝕新材料與制備技術(shù)成果于2021年經(jīng)過由中國電機(jī)工程學(xué)會組織、劉振東院士任主任委員的鑒定，鑒定結(jié)論為“該項(xiàng)目成果整體技術(shù)居國際領(lǐng)先水平”。高耐磨耐蝕新材料與熔覆層的制備關(guān)鍵技術(shù)入選“2016中國黑科技百強(qiáng)”。

本實(shí)用新型公開了一種用于海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)室內(nèi)試驗(yàn)研究的多自由度循環(huán)加載裝置，該裝置利用動滑輪和定滑輪組成滑輪系統(tǒng)，結(jié)合循環(huán)步進(jìn)電機(jī)、彈簧基座以及特殊設(shè)計(jì)的模型箱、鋼框架和法蘭盤，通過控制循環(huán)步進(jìn)電機(jī)的移動距離和移動速度可以實(shí)現(xiàn)任意周期和任何形式的循環(huán)加載。此外，改變鋼框架與模型箱的連接位置，轉(zhuǎn)動法蘭盤，同時(shí)利用控制基座底部的萬向輪，可以實(shí)現(xiàn)任意角度的循環(huán)加載。本實(shí)用新型易于加工安組裝，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，可以應(yīng)用于海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究。

本項(xiàng)目針對大型海上風(fēng)電場功率外送問題，研究采用基于模塊化多電平換流器的柔性多端直流輸電系統(tǒng)并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和穩(wěn)定性等三個(gè)方面深入探究系統(tǒng)的運(yùn)行與控制特性，揭示系統(tǒng)不穩(wěn)定性產(chǎn)生機(jī)理，提出增強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則及鎮(zhèn)定措施，攻克柔性多端直流輸電系統(tǒng)交、直流故障保護(hù)難題，并搭建基于MMC的四端柔性直流輸電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺及風(fēng)電機(jī)組模擬平臺，對所提理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，能夠使我國相關(guān)技術(shù)人員掌握該領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，為大型海上風(fēng)電場經(jīng)MMC-MTDC并網(wǎng)實(shí)際工程建設(shè)提供人才支撐和理論指導(dǎo)，為使我國柔性多端直流輸電技術(shù)研究進(jìn)入國際先進(jìn)行列打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，與國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)緊密合作，充分調(diào)研大型風(fēng)電場經(jīng)柔性多端直流并網(wǎng)實(shí)際工程的運(yùn)行特性及出現(xiàn)的問題，密切結(jié)合理論研究，揭示問題產(chǎn)生原因，提出問題解決方案。本項(xiàng)目所取得的研究成果均已在國內(nèi)外高水平期刊上發(fā)表，共發(fā)表論文二十余篇，其中SCI檢索4篇，EI檢索16篇，申請國家發(fā)明專利5項(xiàng)，已授權(quán)2項(xiàng)。

 本項(xiàng)目針對大型海上風(fēng)電場功率外送問題，研究采用基于模塊化多電平換流器的柔性多端直流輸電系統(tǒng)并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和穩(wěn)定性等三個(gè)方面深入探究系統(tǒng)的運(yùn)行與控制特性，揭示系統(tǒng)不穩(wěn)定性產(chǎn)生機(jī)理，提出增強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則及鎮(zhèn)定措施，攻克柔性多端直流輸電系統(tǒng)交、直流故障保護(hù)難題，并搭建基于MMC的四端柔性直流輸電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺及風(fēng)電機(jī)組模擬平臺，對所提理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，能夠使我國相關(guān)技術(shù)人員掌握該領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，為大型海上風(fēng)電場經(jīng)MMC-MTDC并網(wǎng)實(shí)際工程建設(shè)提供人才支撐和理論指導(dǎo)，為使我國柔性多端直流輸電技術(shù)研究進(jìn)入國際先進(jìn)行列打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，與國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)緊密合作，充分調(diào)研大型風(fēng)電場經(jīng)柔性多端直流并網(wǎng)實(shí)際工程的運(yùn)行特性及出現(xiàn)的問題，密切結(jié)合理論研究，揭示問題產(chǎn)生原因，提出問題解決方案。本項(xiàng)目所取得的研究成果均已在國內(nèi)外高水平期刊上發(fā)表，共發(fā)表論文二十余篇，其中SCI檢索4篇，EI檢索16篇，申請國家發(fā)明專利5項(xiàng)，已授權(quán)2項(xiàng)。

 采用直流技術(shù)對海上風(fēng)能進(jìn)行匯聚和傳輸可以同時(shí)提高系統(tǒng)可靠性和靈活性，DC/DC變換器用于匹配不同電壓等級以及接入直流發(fā)電和儲能設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)中高壓直流電網(wǎng)中高效可靠的直流-直流變換，本項(xiàng)目首先研究中高壓模塊化多電平DC/DC變換器的可行電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研究模塊化多電平DC/DC變換器的運(yùn)行和控制機(jī)制，解決均壓控制問題，實(shí)現(xiàn)其電壓和功率控制功能。依據(jù)理論研究成果，本研究組開發(fā)了60kW模塊化多電平DC/DC變換器樣機(jī)，對樣機(jī)的測試結(jié)果驗(yàn)證理論分析以及所提出控制算法的有效性。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，解決了模塊化多電平DC/DC變換器的調(diào)制、均壓、控制等關(guān)鍵問題，驗(yàn)證其應(yīng)用于直流電網(wǎng)的可行性。為未來直流電網(wǎng)的建設(shè)提供率了重要的理論參考和工程借鑒依據(jù)。 在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，以國家千人計(jì)劃，項(xiàng)目和中英自然科學(xué)基金項(xiàng)目為依托，本研究組與國家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院、英國Strathclyde大學(xué)、英國Aberdeen大學(xué)合作開發(fā)了“帶有DC/DC直流電壓變換的大型新能源多端直流接入系統(tǒng)”的實(shí)證平臺，研究和驗(yàn)證了直流電網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)制。針對模塊化多電平DC/DC變換器，本研究組已申請專利一篇，發(fā)表多篇論文。