北京工业大学成果推介（第八期）|关键部件|北京工业大学|水处理|激光器|空化|高压

基于水力空化的高级氧化水处理系统

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本研究设计的水处理系统采用水力空化协同等离子体高级氧化水处理工艺，其核心是产生一种高效、绿色的氧化剂-一羟基自由基(·OH)，可迅速降解有机污染物并杀害微生物。水力空化是一种新型水处理技术，其利用气液两相流动过程中空穴溃灭瞬间产生的高温、高压、高能量、自由基及强烈的物理剪切力对废水进行处理，起到高分子分解、化学键断裂及自由基氧化等有益效应。另一方面，氧气分子通过等离子体装置解离和电离反应生成的活性自由基和氧活性分子在水力空化装置内部负压下作用下进入装置进行混流，形成高浓度活性氧溶液，并参与到生成·OH的化学反应中，宏观上延长了氧化反应时间，提高了有机废水的降解率。

市场分析：

近年来，我国经济发展迅速，各行业的污水排放产量增加，水污染情况日益严重。大量的工业废水中，难降解的有机物含量增加，传统的处理工艺只能去除一部分这类难降解污染物，高级氧化技术成为处理这类有机物有效可行的方法，是近年来研究的热点。并且自2015年来，中国的化学需氧量(COD)排放标准大幅降低，很多工业和市政污水处理厂不符合要求，而高级氧化水处理工艺可将污染物去除至ppb水平，具有广阔的应用前景。

应用方向

有机废水处理:

知识产权和产业化分析

随着社会经济的快速发展，人类已经逐渐认识到环境保护对促进社会进步和经济持续、稳定、协调发展的重要意义。环境保护已作为我国的一项基本国策，受到全社会的关注和重视，本水处理系统的研发应用，大大减轻污水排放造成的污染危害。IWA国际水协会发布的各种高级氧化工艺的对比分析中，水力空化和等离子体电离技术是相对耗能较小的水处理技术，设备结构简单易调试且反应速率快，规模化应用后必将产生巨大的经济价值。

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图例说明

1、水处理系统示意图

2、试验装置

3、试验用亚甲基蓝处理效果图

混流除磷技术(MFD)

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本成果提出一种新型的高压水混流破鳞带钢清洗(HPMFD,High Pressure Mixture Flow Descaling)技术。该技术采用独特的“泥浆喷射”技术，用水和磨料的混合物冲击高速运行的带钢，实现机械法除鳞，其中泥浆冲击带钢的力度、角度和均匀性都能够精确控制，清洁水在高压水泵的作用下形成高压、高速、大流量的稳定射流，再经混流器实现水和磨料的均匀混合，混合浆液随后进入喷幕机，在旋转叶轮离心力的作用下混合浆液形成浆幕，从而对钢带表面产生冲刷、剥离等作用，最终达到机械除鳞的目的。HPMFD技术较化学酸洗、干式喷丸及高压水除鳞等传统技术，在除鳞效果、表面粗糙度等技术指标上均可控，是一种提高产品质量、有效降低成本、介质可以循环利用的节能、绿色、环保全新除锈技术。HPMFD系统适应低成本、高质量、绿色环保的市场需求，创造可观的市场价值，同时一定可以使我国钢铁除锈清洗水平较其他技术提升到一个新的高度。

市场分析

与传统酸洗不同的是，MFD是采用无害化介质-水和超硬的细小钢砂去除带钢表面氧化皮并实现防锈且这两种介质可以循环利用。MFD的破鳞机理分析、工艺技术和成套设备研发，不仅具有重要理论意义，更具有广阔的市场应用前景，必将产生巨大的经济价值和社会效益。即将在在汽车、家电、机械、轻工五金等行业都得到了广泛应用，且市场需求不断增加，也成为各个钢厂热轧深加工产品发展方向之一。

知识产权和产业化分析

MFD设备布置紧凑，占地面积小，系统采用模块化设计，可根据需求量针对性布置，属可变成本的经济投产模式，因而投资成本低;HPMFD系统采用循环工艺，幕浆工作介质可回收重复利用，具有较低的操作成本;能耗适中，仅消耗电、水及磨料，且水和磨料可重复利用;表面光洁度可控，能同时兼顾产品质量和成本，提高性价比。可减少比20%更多的资本费用、运营成本可减少30%以上(会有变化)、占地面积减少45%以上、用更绿色的方法替代较EPS危险的工序、且兼容性更强，且较EPS更适用于各种钢材。

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双点激光显微检测系统

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目支持双路激光通过显微镜注入到芯片表面，根据不同配置的激光，可实现生物芯片扫描、集成电路高分辨快速检测等;支持红外成像芯片内部结构，可实现芯片内部缺陷检测、封装芯片内部成像等。系统设备的包含如下主要功能:具备两路观测通道，同时支持红外CCD和可见光CCD成像观测。支持根据检测需求对激光源波长、脉宽、功率的选型。支持双路激光源同时工作，一个激光源输出激光在物镜正中心，第二个激光源输出激光位置在视场内任意位置可调。支持大视场工作，CCD成像支持视场内全部成像，第二个激光源输出的激光达视场内任意位置。

市场分析

随着芯片检测系统向高速度、高精度、低成本的方向发展，对快速高精度自动光学检测系统的需求越来越迫切。与此同时，随着国家发展战略从“中国制造”向“中国智造”的转型升级，发展自主知识产权的先进检测技术、自主研发先进的检测设备尤为必要。为促进我国高端制造领域的技术的突破，在面向新兴的微结构、微器件快速智能检测的应用中，本项目提出基于红外检测和芯片内部成像，多点激光组合快速精准扫描方案的激光显微技术的新思路和新方向。

知识产权和产业化分析

已进入小批量生产，有样机。

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新一代照射器光源激光器工程化研究

成果单位：北京工业大学

项目简介

针对小体积、宽温度范围、无TEC的难点问题，以及现有方案在功耗、长期稳定性等方面的不足。北京工业大学提出并实现采用键合技术的激光器增益介质新结构，既解决宽温度范围泵浦光吸收问题，去除TEC，减小电池的功耗;又由抑制到克服寄生振荡，解决影响激光器效率的关键问题，提高系统效率，进一步减小体积和重量、减小电池的功耗。实验室研究结果表明，激光器性能优异。工程化后，在单兵、车载和机载(包括无人机)照射器中应用，将在宽温度范围运行条件下，减小照射器系统的体积和重量、电池的功耗，同时批量应用会带来制造成本的降低，形成新一代照射器。

市场分析

研究以掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体作为工作物质，半导体激光二极管阵列作为泵浦，主动调Q，输出波长1.064um，脉宽纳秒级激光的固体激光器。其优势在于-45~+65°C宽温度范围运行，无TEC;即开即用;系统效率高，功耗低;结构紧凑、体积小、重量轻、可靠性高、成本低。

知识产权和产业化分析

装备新一代激光器的照射器系统提高作战能力。主要体现在:(1)即开即用，无需预热过程，有利于捕捉战机，提高作战能力;(2)体积小、重量轻，对于野外单兵作战，照射器系统小体积，轻重量便携化，可以有效减小士兵负重，提高作战能力;(3)功耗低，在相同电池容量的条件下续航时间长，有利于连续作战时，提高作战能力;(4)宽温度范围使用，在某些环境温度较为极端区域野外作战时，保证装备正常运行，提高作战能力。有明显的社会效益。

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滚柱式偏心圆弧超越离合器

成果单位：北京工业大学

项目简介:

本离合器由联轴器，外座圈、内座圈、滚柱、保持架、拉力弹簧等组成。所有滚柱通过保持架来推动其移动，当内座圈顺时针旋转，滚柱逆时针向槽窄一边移动，卡在外座圈和内座圈之间，通过滚柱的摩擦力带动外座圈旋转，此时超越离合器为工作状态;当内座圈停止工作时，滚柱在外座圈摩擦力作用下克服拉力弹簧拉力向槽宽一边移动，使外座圈、内座圈脱离接触，超越离合器为超越状态。

滚柱式偏心圆弧超越离合器不仅能够传递较大扭矩，还可以克服楔块式超越离合器和滚柱式超越离合器不能同时楔合的缺点。此外，由于采用纯机械式结构，且内座圈的偏心圆弧结构能够自动补偿滚柱的磨损，因此滚柱式偏心圆弧超越离合器可实现免维护。可在船舶、汽车、飞机、矿山机械等多种机械设备中取得广泛应用。

市场分析

超越离合器在机械传动领域的应用已有长久的历史，其工作原理是利用主、从动轮转速的变化或回转方向的变换而实现楔合或脱开。作为实现原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的关键部件。超越离合器现已广泛地应用在汽车、飞机、船舶、矿山机械等多种机械设备中。然而，目前国产大功率离合器还存在工作寿命低、脱开性能差、功重比小等问题，导致我国诸多领域的大功率超越离合器还依赖进口，已经严重制约了中国工业化的技术进步。需要说明的是，我国下一代某型舰船汽轮机-循环水泵系统急需大功率超越离合器。

知识产权和产业化分析

通过该项目的实施，将在机械传动和舰船装备领域建立高水平的科技成果转化与创新平台，组建稳定并具备丰富的理论与实践经验的科研团队，项目的研究成果可以加速我国大功率超越离合器技术的快速发展，推动大功率滚柱式偏心圆弧超越离合器的实际应用进程，满足船舶、汽车、飞机、矿山机械等机械传动系统的急需，是一项利国利民的重要举措，具有重要的经济效益和社会效益。

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