潛心研發(fā)14年，中國“爭氣機”背后有著(zhù)怎樣的故事？
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潛心研發(fā)14年，中國“爭氣機”背后有著(zhù)怎樣的故事？
發(fā)布時(shí)間：2023.04.04 新聞來(lái)源：
大國重器一定要掌握在自己手里。近年來(lái)，中國空間站全面建成、時(shí)速600公里的高速磁浮試驗樣車(chē)成功試跑、白鶴灘水電站全部投產(chǎn)、我國西部地區首臺“華龍一號”投產(chǎn)發(fā)電……這些“國之重器”彰顯著(zhù)自主創(chuàng )新的“中國方案”“中國智慧”和“中國力量”。本報特推出“大國重器背后的知識產(chǎn)權故事”專(zhuān)欄，講述“國之重器”的攻堅克難歷程，關(guān)鍵核心技術(shù)突破以及自主知識產(chǎn)權的“硬核”力量。 “成了成了！”今年3月8日，在廣東華電清遠華僑園燃氣分布式能源站，隨著(zhù)屏幕上功率曲線(xiàn)不斷攀升，國內首臺F級50兆瓦重型燃氣輪機（下稱(chēng)G50燃機）成功完成72+24小時(shí)試運行，由此拉開(kāi)了商業(yè)化的序幕。這一刻，在場(chǎng)守候多時(shí)的G50燃機研發(fā)團隊，迎來(lái)期待已久的掌聲！ “自主知識產(chǎn)權G50燃機來(lái)之不易?！痹诮邮苤袊R產(chǎn)權報采訪(fǎng)時(shí)，東方電氣集團東方汽輪機有限公司（下稱(chēng)東方汽輪機）G50發(fā)展中心副主任田曉晶感慨地說(shuō)，14年的潛心研發(fā)，終于啃下了重型燃氣輪機國產(chǎn)化這塊“硬骨頭”，填補了自主燃氣輪機應用領(lǐng)域的空白，增添了近50件核心專(zhuān)利。至此，G50燃機也被業(yè)界譽(yù)為中國的“爭氣機”。 越挫越勇終破技術(shù)封鎖 2022年12月30日，田曉晶神采奕奕走進(jìn)辦公室，“同志們，告訴大家一個(gè)好消息，G50燃機再度被評為‘央企十大國之重器’啦！”話(huà)音剛落，大家發(fā)出了熱烈的歡呼聲，連續兩年獲此殊榮，印證了他們堅持自主創(chuàng )新、突破國外技術(shù)重重封鎖的艱難歷程…… 重型燃氣輪機是一國工業(yè)生產(chǎn)能力和制造業(yè)水平的重要體現。然而，就是這樣一套裝備，其核心專(zhuān)利在G50燃機研制出來(lái)之前一直被外企“卡脖子”。田曉晶說(shuō)，我國啟動(dòng)重型燃氣輪機項目研發(fā)時(shí)，國外幾大巨頭幾乎壟斷了全球市場(chǎng)。由于外企布局了大量的專(zhuān)利，構筑起嚴密的技術(shù)壁壘，因此國內外用戶(hù)不得不付出高額的設備運維費用。 其中，最容易被“卡脖子”的核心技術(shù)，正是重型燃氣輪機的“心臟”——燃燒室。而旋流器則是燃燒室的核心零部件之一，可產(chǎn)生旋渦流動(dòng)形成回流以穩定火焰，同時(shí)促進(jìn)燃料與空氣的混合、保證能量排放要求。在研發(fā)之初，工程師就深諳，這些核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的！核心技術(shù)受制于人是最大的隱患，必須把知識產(chǎn)權掌握在自己手里。 首款G50燃機的燃燒室在順利運行之前，一切都是未知數?！笆球呑邮邱R，拉出來(lái)遛遛?！碧飼跃дf(shuō)，在燃燒室的單筒點(diǎn)火試驗按鈕按下的一瞬間，屏幕上的火焰強度信號“唰”地沖了上去，點(diǎn)火成功啦！燃燒的火焰也點(diǎn)亮了田曉晶團隊后續的研發(fā)之路。 單筒點(diǎn)火試驗只是成功的第一步，燃燒室還需要經(jīng)歷從點(diǎn)火“走到”滿(mǎn)負荷的重重考驗?！霸陂_(kāi)展燃燒器部件試驗時(shí)，我們遇到了約3000赫茲的高頻振蕩。當刺耳的聲音穿透層層隔音防護傳至集控室時(shí)，大家意識到這就是傳說(shuō)中的‘熱聲振蕩尖叫’?！碧飼跃Щ貞浾f(shuō)，當時(shí)試驗后，許多設備部件受損，出現了裂紋，試驗一度陷入低谷。 面對前所未有的難題，團隊沒(méi)有氣餒，而是越挫越勇，重拾信心查閱包括專(zhuān)利文獻在內的資料，從原理入手，不斷嘗試匹配不同的燃料與空氣比例。經(jīng)過(guò)數天的調試，他們終于找到了最佳燃料與空氣匹配比例，成功實(shí)現了預期試驗目標。 “這一系列的技術(shù)突破來(lái)之不易，所以在G50燃機走上市場(chǎng)的前夕，擁有旋流器技術(shù)的專(zhuān)利權，對于我們而言，是避免涉及侵權糾紛的重要一環(huán)?！睎|方汽輪機副總經(jīng)理、全國重點(diǎn)實(shí)驗室主任方宇說(shuō)，在2018年上半年，部門(mén)對燃燒室的核心專(zhuān)利技術(shù)展開(kāi)布局，當時(shí)圍繞燃燒室旋流器提交了2件發(fā)明專(zhuān)利申請，分別為“一種燃氣輪機燃燒器雙級徑向旋流器”和“一種燃氣輪機燃燒室旋流器及組件”，前者于2021年1月獲得發(fā)明專(zhuān)利授權，而后者最終以“不具備創(chuàng )造性”被駁回。 “從這件事中，我們也得到啟發(fā)：布局專(zhuān)利要趁早，同時(shí)也要練好專(zhuān)利‘真功夫’?！狈接钌钣懈杏|地說(shuō)，幸運的是，雙級徑向旋流器相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利申請獲得授權，沒(méi)有影響到燃機的商業(yè)化。與此同時(shí)，部門(mén)對燃燒室的噴嘴結構、尾筒結構等提交了發(fā)明專(zhuān)利申請，較好地保護了自主知識產(chǎn)權。 久久為功產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展 歷經(jīng)4000多個(gè)日日夜夜，研發(fā)團隊不僅啃下了燃燒室這塊“硬骨頭”，同時(shí)也突破了另一個(gè)核心部件——壓氣機的技術(shù)瓶頸。壓氣機研發(fā)團隊成員王歡樂(lè )介紹，燃氣輪機98%的工作介質(zhì)都由壓氣機提供，因此壓氣機本身的“肺活量”必須得到保障。 其中，準確測量超大流量一直是業(yè)內公認的難題，而進(jìn)氣流量“肺活量”則是分析一切問(wèn)題的基礎。囿于當時(shí)科技水平，市面上又很難找到適用的流量計，導致壓氣機試驗進(jìn)程一度停滯數月。 關(guān)鍵時(shí)刻，壓氣機團隊負責人胡勝波站了出來(lái)，“買(mǎi)不到，就自己設計！”通過(guò)認真研習各類(lèi)流量計文獻，工程師完成了進(jìn)氣流量計的設計與實(shí)流標定試驗，并成功應用于壓氣機試驗當中，解決了壓氣機試驗的又一難題，并在相關(guān)領(lǐng)域提交了“一種氣動(dòng)試驗用空氣流量測量裝置”等專(zhuān)利申請。 2009年開(kāi)始50兆瓦重型燃氣輪機的自主研發(fā)、2013年完成總體結構設計、2014年建成國內首批壓氣機實(shí)驗平臺、2018年建成國內最大功率燃氣輪機整試驗臺……14年來(lái)，東方汽輪機創(chuàng )造性地發(fā)展了具有自身技術(shù)特點(diǎn)的設計結構、工藝方法，共提交100余件專(zhuān)利申請，其中授權專(zhuān)利近50件，全面覆蓋了燃氣輪機三大部件——壓氣機、燃燒室、透平的結構及制造工藝。 “從專(zhuān)利檢索數據看，東方電氣在G50燃機的研制方面，每攻克一項技術(shù)難題便積極提交相關(guān)專(zhuān)利申請，可謂非常注重核心專(zhuān)利布局?！眹抑R產(chǎn)權局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心機械部動(dòng)力機械室審查員周紅葉對記者表示，從核心專(zhuān)利布局看，其專(zhuān)利申請量最多的是涉及透平葉片制造，2013年開(kāi)始就提交了多件涉及高溫合金葉片制造的發(fā)明專(zhuān)利申請；2014年至2017年，東方汽輪機提交了多件涉及精密鑄造方法的發(fā)明專(zhuān)利申請，這些專(zhuān)利創(chuàng )造有效解決了高溫部件透平葉片制造過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。 專(zhuān)利創(chuàng )造之路上從來(lái)沒(méi)有坦途和捷徑，只有不避艱險、不怕困難，敢于面對挫折和失敗，才能勇攀技術(shù)高峰。在自身發(fā)展的同時(shí)，東方電氣集團培養和帶動(dòng)燃氣輪機相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上下游創(chuàng )新型企業(yè)300多家，實(shí)現了2萬(wàn)多個(gè)零部件全部國產(chǎn)化，保障了產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。 “未來(lái)，我們將繼續不遺余力地走自主創(chuàng )新之路，為常規發(fā)電、動(dòng)力、熱電聯(lián)產(chǎn)和分布式能源等不同應用場(chǎng)景，提供性能優(yōu)異的動(dòng)力源泉，提高國產(chǎn)燃機技術(shù)先進(jìn)性，助力國產(chǎn)燃機取得更大的輝煌?！碧飼跃дf(shuō)。（本報記者 陳景秋 實(shí)習記者 劉弘一） 附：重型燃氣輪機的專(zhuān)利布局 
國內主要申請人專(zhuān)利申請情況 重型燃氣輪機是發(fā)電和驅動(dòng)領(lǐng)域的核心設備，其設計、制造難度極大，被譽(yù)為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。在新時(shí)期科技強國戰略指引下，我國重型燃氣輪機行業(yè)進(jìn)入了自主研制、創(chuàng )新發(fā)展、戰略轉型的階段，與此相關(guān)的知識產(chǎn)權保護也越來(lái)越受到重視。 燃氣輪機包括壓氣機、燃燒器和透平三大部分，其設計研發(fā)、制造及試驗等環(huán)節均存在諸多難點(diǎn)，自主研制重型燃氣輪機必須掌握各環(huán)節的關(guān)鍵技術(shù)。通用電氣公司、三菱重工業(yè)株式會(huì )社和西門(mén)子股份公司占有國際市場(chǎng)上大部分市場(chǎng)份額，均具有完備的自主研制重型燃氣輪機的能力，在世界上很多國家進(jìn)行了專(zhuān)利布局。筆者通過(guò)中國專(zhuān)利全文數據庫檢索燃氣輪機相關(guān)專(zhuān)利發(fā)現，通用電氣公司、三菱重工業(yè)株式會(huì )社和西門(mén)子股份公司的相關(guān)專(zhuān)利申請量較大，國外企業(yè)對熱部件制造等核心技術(shù)嚴密封鎖?？梢?jiàn)，我國在研制重型燃氣輪機的過(guò)程中必須自主攻克高溫部件的制造技術(shù)難關(guān)。 如圖所示，當前，我國的重型燃氣輪機企業(yè)主要有東方電氣集團（下稱(chēng)東方電氣）、上海電氣集團（包括上海電氣燃氣輪機、上海電氣電站設備）、哈爾濱電氣集團（下稱(chēng)哈爾濱電氣）、中國聯(lián)合重型燃氣輪機技術(shù)有限公司（下稱(chēng)中國重燃）。東方電氣的相關(guān)專(zhuān)利申請主要分布在IPC分類(lèi)號B22C、G01M等，其在制造、試驗和設計研發(fā)三方面均進(jìn)行了專(zhuān)利布局；哈爾濱電氣的相關(guān)專(zhuān)利申請主要分布在F01D、G01M、F01K、F02C等，其主要涉及試驗和設計研發(fā)兩個(gè)方面；上海電氣集團的專(zhuān)利申請主要分布在F02C、F01D等，其主要涉及設計研發(fā)方面；中國重燃的專(zhuān)利申請主要分布在F23R、F02C等，其主要涉及設計研發(fā)和高溫合金材料方面。 東方電氣自2009年啟動(dòng)G50重型燃氣輪機項目后，在整個(gè)研制過(guò)程中，提交了相關(guān)的專(zhuān)利申請，申請量最多的是涉及透平葉片制造，2013年就提交了多件涉及高溫合金葉片制造的發(fā)明專(zhuān)利申請（公告號：CN103143678B），2014年至2017年提交了多件涉及精密鑄造方法的發(fā)明專(zhuān)利申請（公告號：CN105945220B），其從葉片的加工制造工藝、模具的制作等多個(gè)方面進(jìn)行了專(zhuān)利布局。上海電氣電站設備涉及汽輪機相關(guān)技術(shù)的專(zhuān)利申請較多，如其2013年提交了“一種聯(lián)合循環(huán)的熱電聯(lián)供系統”專(zhuān)利申請（公告號：CN103452611B），涉及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，上海電氣燃氣輪機涉及燃燒器相關(guān)的技術(shù)較多，其2016年至2021年先后提交了多件專(zhuān)利申請，涉及燃燒器結構和燃燒的控制（公告號：CN105588144B）；哈爾濱電氣提交了涉及葉片設計和試驗的專(zhuān)利申請，如2018年提交的“一種新型燃機透平第一級動(dòng)葉”（公告號：CN208106503U）和“一種用于葉片熱機械疲勞-蠕變的試驗裝置”（公告號：CN208254797U）專(zhuān)利申請；中國重燃自2017年起提交了很多涉及燃燒器技術(shù)的發(fā)明專(zhuān)利申請，如“燃燒器和無(wú)焰燃燒控制方法”（公告號：CN107575893B）和“噴嘴、燃燒室和燃氣輪機”（公告號：CN113983496B）。 從國內專(zhuān)利布局來(lái)看，企業(yè)技術(shù)各有優(yōu)勢，但國內企業(yè)關(guān)于整機的布局設計方面的專(zhuān)利申請量較少。隨著(zhù)我國自主研制的首臺重型燃氣輪機機組的成功商用，我國重型燃氣輪機技術(shù)將快速提升，為避免知識產(chǎn)權糾紛，建議我國的相關(guān)企業(yè)在自主研發(fā)的過(guò)程中根據目標市場(chǎng)提前進(jìn)行相關(guān)專(zhuān)利布局。（國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心 周紅葉）
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