中国研究生能源装备创新设计大赛·2025

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团队成员：胡江川张振权张睿明陆晨李乐瑶
指导教师：马凯
参赛单位：浙江大学

1000kg级长管拖车用大容量高强钢内胆 碳纤维全缠绕高压氢气瓶

项目简介

针对现有I、II型长管拖车储氢压力低（ { <= } 3 0 { M P a } _ { { . } } ）、单瓶储氢量小 ( < 7 5 {kg } ) 、输氢效率低等问题，创新开发 " 1 0 0 0 {kg } 级长管拖车用大容量高强钢内胆碳纤维全缠绕高压氢气瓶”（III型）。作品从材料、设计、制造、安全防护四大维度协同攻关：通过高强钢临氢疲劳性能试验建立设计疲劳曲线，基于遗传算法实现多约束参数优化设计，优化旋压与热处理关键制造工艺，并研发适配的超压泄放安全装置，形成覆盖“材料-设计-制造-安全”的完整技术体系，相关成果已被国家标准GB/T44457-2024采用，并获多项发明专利与国际期刊论文支撑。

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团队成员：陈俊先刘家豪李奥杨君明李鑫指导教师：吴小林刘震参赛单位：中国石油大学 （北京）

精微探粒-天然气管道颗粒物微波测量关键技术及装备

项目简介

油气作为工业的血液与经济的命脉，其稳定供应直接关乎国家能源安全与战略自主。在油气开发到地面集输过程中，液滴、黑粉等杂质易引发设备腐蚀与效能下降，严重影响供气质量与系统安全。传统检测方法滞后、耗时长，难以满足实时管控需求。

本研究设计的基于微波谐振原理的在线检测装置，可实现对管道内杂质的高灵敏度实时监测，为保障能源输送安全、提升供应链韧性提供关键技术支持。

微波谐振测量传感器及探针三维模型

RC: (a)Rc:3mm (b)Rc:tmm (c)Rc:8mm (d) After no nalization
Qc: HAn (a) Qc:8mm （b）Qc:12mm (c)Qc:18mm (d) After nomalization E)

软件界面

探针变化时测量管道截面方向上谐振腔电场分布<br>信号处理系统

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团队成员：彭东海赵晓斌殷瑜萱指导教师：马成云参赛单位：西安石油大学

智能脉冲反馈式自洁防砂系统

项目简介

为彻底解决地层出砂导致的筛管堵塞、油井产能急剧衰减这一行业痛点，本产品创新性地提出并研制了智能脉冲反馈式自洁防砂系统。该系统通过集成高精度非固结颗粒预填层与盲段嵌入式储能脉冲回流解堵装置，实现了“高效防砂-延缓堵塞-智能解堵”的动态协同闭环。其核心科学原理在于：利用油井生产过程中流体自身的动能进行井下原位能量储备，并在筛管堵塞导致驱动力下降至预设阈值时，自动触发储能释放，产生强力逆向脉冲流，瞬时冲击并清除堵塞物。这一机制构建了“储能 $$ 堵塞 $$ 脉冲解堵一恢复→再储能”的全生命周期自适应闭环循环，彻底摆脱了传统解堵模式对外部作业设备和停产的依赖。

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团队成员：尹明远庞雯雯刘宇航王瑞许文镇
指导教师：齐文娇程嘉瑞
参赛单位：西安石油大学

气井井下超高速智能压缩复合排采系统

项目简介

天然气开采分一次开采与多次开采。一次开采依靠气藏井底压力驱动，产量高，但开采后井底仍有剩余天然气。一次开采后地层压力大幅降低，剩余天然气因能量不足难以流向井筒，故需二次及多次开采。所以需要增压装置将压力升高，使其向并简流动。为此，研发出井下轴流式压缩机及一体化自动控制传输系统，包含压缩机多相混输压缩模块、非接触轴承密封系统、高速永磁电机模块，智能控制模块，实现天然气压缩增压的实时感知和智能调节，适用多次开采过程。

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团队成员：郭欣承曾薪霖黄泽奇张浩林治宇
指导教师：钟林王国荣
参赛单位：西南石油大学

气除液升-高自适应性井下耦合式气液分离装置

项目简介

针对我国油田开发中后期因原油脱气严重引起的泵效与系统效率下降问题和现有井下气液分离技术难以适应 2 0 % 8 0 % 宽含气与脉动工况的困局。本团队基于“先稳后分、先粗后精的协同分离思路研制了高自适应性井下耦合式气液分离装置。该装置通过“一级单元聚焦流场稳定与气相预富集，二级单元实现精细分离”的序列化处理有效改善传统分离器的级件协同难题，使其在宽含气与脉动工况下的运行稳定性和分离效率被显著提升。现场中试结果显示泵效平均提升 6 . 1 3 % （为另两种装置的1.17倍和3.38倍），系统效率提高 0 . 5 7 % （为另两种装置的1.50倍和2.38倍），且在投资成本持平的情况下，单井每年节约成本分别是另外两种装置的1.2倍和3.4倍，具备良好的推广价值和工程应用前景。

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团队成员：兰开浪钟佳航徐攀胜刘小东周博文
指导教师：敬俊祝效华
参赛单位：西南石油大学

油增引擎一井下管柱智能切割装备

项目简介

全球 5 0 % 以上油气井已进入中后期开发阶段，需通过修井作业恢复产量，经常出现油管遇卡等问题，而现有井下管柱遇卡处理技术效率低、风险高，成本高。熔融切割技术效率高，但受到国外技术垄断，单次服务价格超20W，为突破国外技术垄断，团队研发出一套井下管柱“手术刀“；采用实验筛选与仿真优化相结合的方法，研制出释放热量大，产气适中，流动性好的专用铝热剂；通过多物理场仿真进行优化和引流器颗粒冲蚀仿真分析确定了最优喷口结构；通过压力约束燃烧试验和钻具熔融穿透性模拟分析，构建了工况-配方-喷口三维数据库与智能匹配模型，实现工具的定制化与标准化配置，致力于打造复杂工况管柱解卡处理核心技术，为我国油气能源开发提供有力支撑。 全

团队成员：张宝旭孙晨杨忠源任菲黄浩
指导教师：宋占龙逢颖平
参赛单位：山东大学

硫转乾坤 微波等离子体 高效分解硫化氢制氢联产硫磺装备

项目简介

设计了一种基于SiC/钨针辅助激发的微波等离子体分解HS实验装置，该实验系统包含四个主要单元：气体供给单元、微波等离子体单元、冷凝吸收单元和分析检测单元。对于低浓度 { { H } } _ { 2 } { { S } } 0 ( < 5 % ) ）废气，通过大粒径SiC颗粒激发大体积微波等离子体，在600W微波功率下实现 { \tt > } 9 0 % { H } _ { 2 } <= 转化率。而针对高浓度 _ { H } _ { 2 } \mathbf { S } 1 ( > 5 % ）抑制微波放电难题，提出了利用钨电极强化微波放电并实现其可控调制的方法，通过优化电极形貌及尺寸、反应条件等，实现了全浓度范围（ 0 . 1 0 0 % ) { H } _ { 2 } { S } 气氛下微波放电的高效激发与稳定维持，获得了高浓度 { * H } _ { 2 } { S } 场景下的微波放电调控机制。

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团队成员：鹿旭升、谢泽、张娜、吕洪波、冯佳鸣
指导教师：裴瑞琳曾鹿滨
参赛单位：沈阳工业大学

深地进军卫士－新一代电驱压裂泵用超高功率密度电机系统

项目简介

当前我国电驱压裂泵动力系统领域仍面临诸多挑战：超高功率密度电机技术长期被国外垄断，核心材料（如耐1 8 0 ^ { \circ } C 以上高温绝缘材料）与精密制造工艺自主化不足，在极端工况（高温高压、高含硫、沙尘腐蚀）下运行稳定性差，故障诊断依赖人工导致响应滞后，存在功率密度低于1.2kW/kg、平均无故障运行时间（MTBF）不足2000小时等技术瓶颈，难以满足深地油气高效开发需求。为此，《“十四五”能源领域科技创新规划》明确提出“研发超高压、高功率密度电驱压裂装备”，将其列为“油气勘探开发技术装备”的重点突破方向。“深地进军卫士”团队针对上述难题，从新结构、新材料、新算法三大维度发力，开发了三大核心技术。

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团队成员：邵徽虎李影张亚彬李云富吴其隆
指导教师：倪梓皓卢凤菊
参赛单位：昆明理工大学

新型聚光微晶发电玻璃能源装备

项目简介

聚光微晶玻璃发电装置是一种结合了太阳能光伏技术和建筑玻璃的创新产品聚光微晶玻璃中的LSCS(光散射晶体)显著增强了光伏电池单位面积对太阳能的吸收能力，使其发电效率足以与传统光伏发电玻璃相匹敌。同时，聚光微晶玻璃中的纳来晶可以将有利于农作物生长的400一700nm的波段精准透射，以此也提高了农作物的产量与品质。最后，玻璃中的长余辉材料将吸收的部分太阳光储存，在夜晚进行缓慢释放，以此来延长农作物的光照时长。

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团队成员：李超黄玉婷 秦博权 阙文帅 龙 岗
指导教师：付建勤张全长
参赛单位：湖南大学

以小搏大- 集成型燃料电池汽车循环供氢装备

项目简介

本创新设计提出了一款集成型燃料电池汽车循环供氢装备。新装备的创新之处在于可简化掉原氢循环系统中的循环泵、引射器和汽水分离器，保证系统性能前提下大幅提升燃料电池发动机的能量密度，并简化控制策略。验证结果表明新装备在保证汽水分离功能的前提下（平均分离效率 > 7 0 % ），衡量性能的关键指标一平均引射比提高 1 0 . 0 4 % 。相较于传统氢循环系统方案，新装备可将核心零部件减少至1个，减重 6 9 . 9 % ，节约成本 4 7 . 4 % 。新装备的提出可为燃料电池汽车的高效集成提供助力，推动我国交通能源动力装备的绿色发展。

可集成系统或与电堆直连

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