2022年, 第9卷, 第1期　刊出日期：2022-02-25

  

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专题：轨道交通安全
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  地铁线路钢轨伤损分析及整治——以杭州地铁某线为例

  章志平, 伍明文

  工业技术创新. 2022, 9(1): 1-8. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.001

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  2018年以来,杭州地铁某线钢轨伤损数涨幅明显增大。为了有效控制钢轨伤损,保障地铁运营质量,对杭州地铁某线钢轨伤损的常见类型、形成原因、分布规律等进行分析和统计,并据此提出相应的整治措施。研究表明：1）轨顶面裂纹在正线区段伤损中占比最大（54.73%）,剥落掉块在道岔区段伤损中占比最大（51.26%）;正线伤损位置主要集中在列车进出站地段,其中列车出站地段伤损数占比最高。2）圆曲线、缓和曲线及直线区段的每千米伤损数占比分别为1.39个/km、3.08个/km及2.37个/km,即缓和曲线区段钢轨更易出现伤损。3）折返站点道岔平均伤损数相比非折返站点高167.1%,更易出现伤损。对于地铁线路钢轨伤损整治,为规避风险,前期应提升钢轨材质质量、钢轨焊接质量,做好钢轨养护与伤损探测工作;后期应对伤损进行严密监控,根据伤损程度制定轻重缓急的检查、养护与修理方案等,为地铁运营安全提供有力保障。
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  轨道强约束下的惯性微位移测量算法

  陈璞, 张金红, 刘小溪

  工业技术创新. 2022, 9(1): 9-16. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.002

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  为提高轨道几何参数检测准确性和效率,提出一种轨道强约束下的惯性微位移测量算法。探讨了轨道几何参数与惯性空间紧耦合关系,将内部轨道几何参数定义为三个参数簇族;构建了惯性测量模型,以研究惯性器件和惯性测量组合误差对轨道几何参数检测精度的影响;构建了三种强约束模型——直线约束模型、曲线约束模型和缓和约束模型,设计了以卡尔曼滤波器为中心的惯性微位移测量模型。研制了动态精调小车对算法进行实际效果的验证,在0~10 km/h的速度下,可以得到误差不高于0.2 mm的平顺性,为全参数轨道动态检测提供了一种低成本、高效率的新方法。
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  城市轨道交通工程起重吊装安全标准化研究

  周爱民, 曹晶珍, 苏博文

  工业技术创新. 2022, 9(1): 17-22. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.003

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  起重吊装施工作业安全管控是城市轨道交通工程建设安全管理中的重要内容。为了强化城市轨道交通工程起重吊装施工安全,提升安全标准化管理水平,结合长沙市轨道交通集团有限公司起重吊装安全管控实际,分析并列举了人员、吊装操作、管理、作业环境四个方面可能面临的风险因素,开展了起重吊装安全风险评估。以塔吊、龙门吊、履带式起重机、轮胎式起重机等起重吊装设备为研究对象,提出并形成了《起重吊装标准化》规程;该规程自2014年实施以来,影响较大的起重吊装安全事故数量由原来的1~2起/年降低到几乎不再发生,为其他城市的轨道交通起重吊装安全管控工作提供了重要借鉴。
专题：新材料
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  烧结制度对黄土/粉煤灰基陶瓷膜支撑体性能的影响

  刘航越, 同帜, 张健需, 杨小雨, 纪昊江, 董琪

  工业技术创新. 2022, 9(1): 23-29. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.004

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  在膜技术研发中,黄土/粉煤灰基陶瓷膜支撑体能够较好满足水处理工艺的低成本材料开发和高附加值应用需求。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG-DTG）等设备和方法,研究烧结温度、保温时间等烧结制度指标对支撑体宏观性能（水通量、抗折强度、酸碱腐蚀率等）和微观性能（微观断面、物相变化、热效应等）的影响。研究发现：1）烧结过程中,烧结温度的升高对支撑体的水通量呈负向影响,最低达到2 166.18 L·(m²·h·MPa);对抗折强度呈正向影响,最高达到50.03 MPa;烧结过程中形成了Mn₂AlO₄和Al₂(SiO₄)O等微观晶型,能够有效提高支撑体的力学性能。2）当烧结温度为1 050℃、保温时间为3 h时,支撑体的宏观形态较为平整,晶粒间形成颈部连结,水通量、抗折强度、酸碱腐蚀率等均维持在较高水平。
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  基于宏观线收缩率的复合材料固化变形仿真预测

  赵明, 王怡敏, 刘伟, 杨宇, 强明闪, 蔡易

  工业技术创新. 2022, 9(1): 30-35. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.005

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  纤维增强树脂基复合材料在固化过程中受材料体系（如树脂类型与体积含量、纤维类型等）和固化制度（如固化设备、固化压力、固化升降温速率、固化模具类型等）的影响,会在宏观层面产生固化变形,影响复合材料制件的形面精度。提出基于宏观线收缩率的固化变形仿真预测方法,在材料体系和固化制度一定的条件下,对各理化变量进行常数化处理,归结为X、Y、Z三个方向长度变化量与固化前长度的比值。建立有限元仿真模型,预测对称铺层和非对称铺层C型试验件的固化变形结果,与实际扫描结果进行对比。结果表明：仿真预测结果最大相对误差为10.68%,平均相对误差为3.59%,预测精度能够满足工程实践的需要,极大降低了固化变形预测难度,能够对模具补偿形面设计、制件固化变形控制等起到切实的指导作用。
专题：装备研制
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  液压支架预生产试验研究与实施

  李晓丽

  工业技术创新. 2022, 9(1): 36-41. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.006

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  液压支架是保障煤矿安全生产的重要支护设备。受煤矿井下恶劣作业条件和复杂地质条件的影响,液压支架在下井使用初期就可能会频繁发生液压元件跑冒滴漏、架间管挤压磨损、紧固件脱落、立柱转柱、部分部件难于拆装维修等问题。为提高液压支架产品性能,提出涵盖可靠性、适应性、运输方案测试的预生产试验设计与实施方案。在液压支架样机（首架）阶段,对样机进行密封、强度、寿命试验后,立即对样机实施预生产试验,充分考虑液压元件、管路系统、支架间的关联性等因素,及时提出整改措施。措施实施以来,累计开展了70多套液压支架样机的预生产试验,发现问题500多项,进行了积极整改,杜绝了批量生产阶段发生质量问题的可能性。极大缩短了生产周期,提升了质量管理水平。
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  基于线阵CCD和三维重构的盒装烟标测量装置

  焦俊, 常晟, 邓瑞君, 梁鸿, 赵蔚

  工业技术创新. 2022, 9(1): 42-48. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.007

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  为客观评价盒装烟标的模切、压痕以及包装成型后的质量,基于线阵CCD（Charge-Coupled Device）和三维（Three-Dimensional）重构,设计烟标模切尺寸、角度的测量装置。通过CCD扫描拍摄图像,经过阀值分割、腐蚀、膨胀、Sobel、霍夫变换等图像处理,实现烟标边缘线的精确提取、检测。结果表明：1）测量装置的尺寸示值误差小于5 μm,不确定度为0.9 μm,角度的相对误差小于0.2%,变异系数小于0.02%;2）38个检测指标（包含模切尺寸、角度和压痕宽度）所需时间小于240 s,与传统的人工测量相比,大大提高了盒装烟标的检测效率;3）通过盒装烟标的3D重构模型,不仅直观展示了盒装烟标的成型效果,而且利用模型预测的搭口值,可对盒装烟标的外观质量进行评价。
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  基于OpenCV的路面裂缝检测装置

  杨迪寒, 王承启, 于帅, 徐恺

  工业技术创新. 2022, 9(1): 49-54. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.008

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  传统路面裂缝检测采用人工分析和识别,其易受主观影响且精确度较低。设计一种基于跨平台计算机视觉库OpenCV的路面裂缝检测装置。以具有物联网功能、可搭载摄像头的ESP32-CAM开发板为核心硬件系统,对路面裂缝图像进行识别采集、分析和传输;在计算机端,利用OpenCV中的灰度化、滤波、边缘检测等函数处理来自ESP32-CAM的图像,实现裂缝检测结果确定和显示。选取50张裂缝样本图片进行测试,裂缝识别精确度高达88%,对尺寸较大、深度较深的裂缝有更好的识别精准度。后续还需对不同裂缝长度和宽度下的检测效果,以及对路面损伤严重程度的表征进行研究,以实现智能机器人检测系统。
专题：绿色工业
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  自动燃烧控制（ACC）系统的控制策略及应用

  纪德福, 刘德建, 刘金荣, 丛鹏飞, 赵炳来, 王磊甲

  工业技术创新. 2022, 9(1): 55-62. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.009

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  为了促进垃圾焚烧电厂稳定、高效运行,降低乃至排除人工操作失误带来的风险,提出炉排炉自动燃烧控制（ACC）系统。聚焦于ACC系统的蒸发量控制模式,以蒸发量稳定和燃烧状态稳定为控制目标,测试并演算炉排速度、燃烧空气分配、垃圾焚烧速度、垃圾热值等参数,以实现蒸发量控制;测试并演算燃烬点、垃圾层厚等参数,以实现燃烧状态控制。采用烟气再循环工艺,使烟气形成最适宜的燃烧氛围,抑制CO、NO_x等有害物质的生成。将ACC系统应用于某垃圾焚烧电厂项目,24 h期间超过87%的运行时间,实际蒸发量与目标蒸发量之间偏差在±5%以内（100%的运行时间,偏差在±10%以内）,较好实现了蒸发量控制;CO、NO_x平均浓度处于项目排放要求内,实现了达标排放。
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  工业领域实现“双碳”目标常见误区分析及对策建议

  赵卫东, 赵越

  工业技术创新. 2022, 9(1): 63-69. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.010

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  《2030年前碳达峰行动方案》《“十四五”工业绿色发展规划》明确了工业领域对推动实现碳达峰的重要影响、发展目标和任务举措。通过研究工业碳排放的构成与影响因素,提出了推动工业“双碳”目标实现的基本路径,结合当前各地推动工业“双碳”工作的举措,分析了部分地方、行业在推进碳达峰碳中和工作过程中出现的一些误区,研究了这些误区产生的原因、形成的危害等相关问题。最后,提出对策建议：坚持系统观念,加强整体统筹,立足发展实际,处理好发展和减排、降碳和安全、整体和局部、短期和长期、国际和国内等多维度关系。
工业互联网
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  基于ioMirror E3210的LDB-102传输系统

  胡江坤, 冉松山, 阎旭, 刘璨

  工业技术创新. 2022, 9(1): 70-75. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.011

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  LDB-102测距仪是为航空器进近阶段提供从航空器到跑道入口固定距离信息的设备。在LDB-102测距仪的传统运行状态监控中,仅通过预埋6芯电缆,将本地External Board I/O上的NORMAL、TRANSFER、SHUTDOWN三类状态信息传输至远端监控中心,存在监控链路不稳定、信号电平衰减大、受雷雨天气影响明显、无法判断当前发射机运行状态等问题。提出一种基于ioMirror E3210的LDB-102传输系统设计方案。利用ioMirror E3210服务器基于IP技术的点对点以太网I/O传输特性;通过光纤链路将三类状态信号电平一对一映射至遥控状态显示板（RSP）上;增加两路发射机的状态监控信息,并映射至RSP;以Web Console为例,提出了本地E3210与远端E3210连接的软件配置方法。设计方案已在重庆江北国际机场两条跑道三套LDB-102设备监控上得到了成功运用。相较传统方法,监控冗余度提升了2/3,监控稳定度提升了90%。
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  基于ASIC+ZYNQ架构的多通道读出电子学逻辑设计

  杨富华, 黄明, 张家赫, 李兴鑫, 王泽权

  工业技术创新. 2022, 9(1): 76-81. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.012

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  射线探测、粒子探测技术在天体物理学科中的应用日渐广泛,伴随着高性能、低功耗、并发探测规模等标准的提升,对读出电子学逻辑设计提出了更高的要求。设计了一种基于ASIC+ZYNQ架构的多通道读出电子学逻辑设计方案。ASIC的高集成度减小了系统体积,降低了系统功耗,保障了多通道采集的良好一致性;ZYNQ的PL端具有并行处理能力,有效满足了多通道同步读出数据的需求;片内AXI-DMA高速总线以及千兆以太网接口保障了并行数据的汇总和实时上报。仿真与测试验证表明,系统能够对多通道数据进行读出,噪声基线为35~65 mV,较好满足了设计需求,具备灵活的扩展能力,对类似探测器读出系统设计具有一定的参考价值。
标准体系
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  基于PFMEA的发动机装配风险探测与降解

  张宁, 刘文涛, 何琼

  工业技术创新. 2022, 9(1): 82-89. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.013

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  对汽车发动机装配风险进行积极的识别和预防管理,对保障汽车质量、提升汽车制造企业效益、降低汽车制造成本等具有十分积极的意义。基于过程失效模式及后果分析（PFMEA）方法,提出发动机装配风险探测、识别与降解策略,预防风险发生。识别发动机装配过程的关键工序,分析失效影响（FE）、失效模式（FM）和失效起因（FC）,对S（严重度）、O（频度）、D（可探测度）进行打分,通过优先级（AP）矩阵识别出高风险点。针对高风险项目,改善发动机装配线布置,提出高风险预防方法和路径。优化改进后,低风险项目占比由21%提高至43%,有效降解了发动机装配风险。
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  逻辑门电路电流测试方案的设计与应用

  汪芳, 王兵, 王美娟

  工业技术创新. 2022, 9(1): 90-96. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.014

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  电流测试是逻辑门电路量产测试的重点和难点。为逻辑门电路设计了一套电流测试方案：一是构建了电流测量单元,探讨了输入缓冲电路、差分放大电路、抗混叠滤波器、偏置电路和模数转换电路等模块的协同机制;二是搭建了电流测量单元仿真模型,对直流输出、瞬态响应、输出噪声关键性能指标进行评估。以八位串入并出寄存器74HC595芯片为测试对象,对比了电流测试方案与商用自动测试设备（ATE）的静态电流、输入端口漏电流、输出驱动电流等参数,最大相对误差仅为3.26%,电流测试方案能够满足量产需求。有效解决了商用ATE在进行电流测试时资源利用不足的问题,可以在芯片生产过程中得到较好推广。
智能算法
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  一种新的非线性系统电路及同步设计

  贾新宇, 张朝霞, 胡余良

  工业技术创新. 2022, 9(1): 97-104. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.015

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  基于Chen系统设计一种新的多翅膀混沌系统。在z方向上对系统进行改进,扩展其鞍焦平衡点,通过偶对称多分段平方函数控制系统,得到多翅膀吸引子。根据Matlab仿真得到理论相图,利用Multisim软件进行电路设计得到数值仿真相图,二者相互吻合,证实了系统的正确性和可实现性。通过求解混沌系统的分岔图和最大Lyapunov指数谱,验证了该系统是混沌系统。分析了混沌系统的非线性动力学行为,通过Matlab,以x⁽¹⁾作为驱动变量,实现了混沌同步设计,同步误差处于10^-16量级。为混沌科学与信息科学融合建立了可供借鉴的理论模型。
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  设备预警参数劣化趋势判断和动态评估方法

  王焕明, 戴敏敏, 戴程鹏, 高凯楠, 杨明亮

  工业技术创新. 2022, 9(1): 105-112. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.016

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  设备参数,尤其是设备预警参数是评价设备运行状态的基础数据,对设备参数进行监控可把握设备劣化趋势。提出一种设备预警参数劣化趋势判断和动态评估方法：充分考虑设备预警参数劣化趋势与寿期的映射关系,设计预警数据判定、趋势初判定、选定训练周期、趋势综合判别、寿期计算共5个环节,形成设备参数劣化趋势判断和动态预估的总体流程;利用Mann-Kendall时序趋势检验法判断数据是否具有劣化趋势,仅对劣化阶段进行寿期预估;以管理阈值为基准,根据劣化趋势的轻重缓急制定分门别类的计算策略,持续利用分位数回归模型更新预估寿期。以某电厂2A引风机设备A机油油温参数为测试对象,计算该参数的预估寿期,相对误差平均为22.5%,绝对误差平均为3.54天,大大降低了设备事故的发生率,能够满足业务应用需求。
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  短冷却线UFC工艺控制系统优化——基于轧后冷却技术

  周继平, 田海, 魏学松

  工业技术创新. 2022, 9(1): 113-122. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.017

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  轧后冷却技术关系带钢成品的品质、性能,是决定带钢生产是否满足预期指标的关键。短冷却线UFC（超快冷）技术以轧后冷却技术为基础,极大地压缩了生产线长度,节约了运营成本。针对某热轧带钢厂70 m短冷却线UFC工艺存在无效冷却段、大滞后等问题,提出控制系统优化方案。一是撤去中部测温点,避免影响温度采集,再一次缩短整体占比空间;二是有机整合预设定模块,提出变结构式主从模糊控制系统、模糊PID控制系统,分别控制超快冷段和层流粗调段、层流精调段、层流微调段,紧密结合工艺特点实现高精度控制;三是创新性地提出控制系统网络设计方案,以实现轧后冷却技术的高度自动化集成控制。改良后的控制系统将生产线由70 m缩短至60 m,且基于Simulink平台进行的实验表明：相比传统PID控制系统,将模糊PID控制系统应用于层流微调段,在无滞后条件下能提前2 s左右达到平衡,在可变滞后条件下能提前3 s达到平衡,印证了设计的优越性。设计仍有很大的改进余地,期待同行共同研发。
工业科学
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  基于修正Bowers法的地层压力检测方法——以白云凹陷为例

  赵前华, 王显南, 关利军, 张伟, 朱江梅

  工业技术创新. 2022, 9(1): 123-130. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.018

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  目前,地质研究普遍认为白云凹陷深水区域的异常高压来源于生烃增压,但缺乏定量化的论证研究。融合循环逼近思想,提出基于修正Bowers法的地层压力检测方法。针对修正Bowers法在实测压力数据不充足时难以精准确定模型参数的瓶颈,提出先采用Eaton法试算,再代入修正Bowers模型进行循环逼近的研究思路。利用声波速度—密度等交汇曲线对白云凹陷BY井的测井数据进行分析,确定了不同深度范围地层的异常高压形成机制。白云凹陷的异常高压来自欠压实和流体膨胀两方面,流体膨胀部分存在着烃源岩层,具有一定的生烃能力,生烃增压确凿是异常高压形成的主要原因。分别采用Eaton法、Bowers法和修正Bowers法对模型参数进行求取,相对误差分别为10%、3%和0.5%,表明提出的方法和思路适用于同时存在欠压实和流体膨胀异常高压成因地质条件的地层压力检测。
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  新建电力沟下穿既有构筑物深基坑支护技术

  张艺嘉

  工业技术创新. 2022, 9(1): 131-135. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.019

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  以济南市华山区还乡店桥与清河北路交叉路口新建电力沟工程为研究对象,提出新建电力沟下穿既有构筑物深基坑支护施工方案。综合考虑工程场地概况、工程地质及水文条件,以工期、工程造价、技术可行性等为重点,开展施工方案研究与比选,优选出“钢板桩+双拼工字钢托架支护”体系。提出了方案施工要点,对既有构筑物进行了持续监测。监测数据表明,沉降量被有效控制在10 cm以内,实现了穿越构筑物无破坏、沉降量小及基坑整体稳定等施工要求,有效保障了施工质量和施工安全。
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  螺旋段塞流捕集器的设计与优化

  冯森森, 文晓龙, 周少斌, 何义明, 武艳波, 王海鹏

  工业技术创新. 2022, 9(1): 136-142. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.01.020

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  段塞流捕集器是油田地面集输工程中至关重要的设备,其运行性能对保障下游设备内气液流量的稳定具有重大影响。针对液体携带的强动能会对设备内件产生撞击、造成下游设备内液面波动过大等问题,提出螺旋段塞流捕集器设计方案,结构型式以螺旋分配器、聚结板、导流板、折流板为主要部件。采用计算流体动力学模拟软件FLUENT,基于双欧拉模型,考察螺旋分配器的消能效果和螺旋段塞流捕集器的流动过程。针对介质流速过大（9 m/s）时仍有较大残余动能,提出为螺旋分配器加筛型盖板,将聚结板改为稳流板的优化措施。优化后,气相经过气体稳流板,具有残余动能的液相进入液体稳流板,气液两相均得到较好的稳流效果,较大程度上解决了混输段塞流对油气集输运行设备的影响,提升了油气勘探开发过程的安全性。