燃氣輪機葉片冷卻專利概況

郭琦　黃晶華

摘? ?要：自燃氣輪機成功制造以來，已經(jīng)廣泛應用于發(fā)電、分布式能源、艦船、坦克戰(zhàn)車等軍民領域。為了提高燃氣輪機發(fā)電效率，世界各國科學家付出了巨大的努力，對燃氣輪機葉片進行高效冷卻便是其中的典型代表。文章通過檢索、統(tǒng)計、分析國內(nèi)外燃氣輪機葉片冷卻專利申請，從中獲得了燃氣輪機葉片冷卻專利申請量的趨勢、主要申請人等。

關鍵詞：燃氣輪機;葉片;冷卻

1? ? 燃氣輪機葉片冷卻的重要性

燃氣輪機在軍用、民用、航空航天領域都發(fā)揮著至關重要的作用，其主要性能指標為系統(tǒng)循環(huán)熱效率和輸出功率，其均隨透平進口溫度的增加而增加。要使燃氣輪機性能不斷提高，關鍵在于提高進口溫度，但伴隨進口溫度的提高，燃氣輪機熱端部件材料的耐熱問題也隨之而來。目前，燃氣輪機的進口溫度遠高于葉片金屬材料的熔點，因此必須采用先進的冷卻方式將葉片溫度降到材料允許范圍之內(nèi)，并且保證不犧牲大的功率和效率。先進的冷卻技術可使葉片承受更高的工作溫度，提高燃氣輪機的循環(huán)熱效率，延長燃氣輪機使用壽命，提高系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

2? ? 燃氣輪機葉片冷卻專利基礎狀況分析

2.1? 申請量分析

圖1為不同時間段燃氣輪機葉片冷卻的全球?qū)＠暾埩?。在外文?shù)據(jù)庫（VEN數(shù)據(jù)庫）對燃氣輪機葉片冷卻專利的統(tǒng)計更能反映燃氣輪機葉片冷卻技術的整體發(fā)展狀態(tài)。從申請量來看，燃氣輪機葉片冷卻專利的申請總量呈逐年上升趨勢。

從圖1可以看出，在20世紀50年代以前，對燃氣輪機葉片冷卻的要求不高，因此，燃氣輪機葉片冷卻技術處于技術的起步初期;20世紀50—70年代，為低速增長階段;20世紀80～90年代，為穩(wěn)定階段;到21世紀后為高速增長階段。全球?qū)＠暾埩孔?0世紀90年代后期開始一路上漲，2006—2019年申請量高達3 300多項。

CNABS數(shù)據(jù)庫對燃氣輪機葉片冷卻專利的統(tǒng)計由于只具有1985年以后的專利，因此，不能反映世界范圍內(nèi)燃氣輪機葉片冷卻技術的發(fā)展趨勢，但它能反映中國申請人關于燃氣輪機葉片冷卻相關技術的研究以及反映國外燃氣輪機技術強國逐漸重視中國市場的趨勢。截至2019年年底，燃氣輪機葉片冷卻領域的國內(nèi)相關專利申請總量為824篇，在我國，該項技術起步較晚，且在2000年之前，燃氣輪機葉片冷卻領域的專利申請量不足100篇，直至2000年后才漸漸引起國內(nèi)的相關重視，在早期，國內(nèi)對燃氣輪機葉片冷卻的研究主要是對國外研究結果的消化吸收，直至近幾年，我國對該項技術的研究不斷深入，同時也反映出在該項技術發(fā)展早期，國內(nèi)的專利保護意識不強，近幾年國人才逐漸形成了專利保護意識。

2.2? 重要申請人分析

根據(jù)申請量分析，并結合前期統(tǒng)計結果將上述關于燃氣輪機葉片冷卻專利申請量較大的申請人總結如圖2所示。

由圖2可知，在燃氣輪機葉片冷卻領域，通用電氣公司相關技術在行業(yè)內(nèi)處于全球領軍地位，對燃氣輪機葉片冷卻技術的發(fā)展作出了一定的貢獻。

從全球?qū)＠暾埩颗琶闆r，可以看到在全球范圍內(nèi)，美國申請量大大高于其他國家的申請量，這與美國對燃氣輪機葉片冷卻技術創(chuàng)新的重視密不可分，而我國申請量占全球申請量的比重很小，且專利的申請主要聚集在近幾年，可以看出我國對燃氣輪機葉片冷卻領域開始重視，頗有“奮起直追”的趨勢。

在燃氣輪機葉片冷卻領域國內(nèi)專利申請量排名靠前的申請人中，通用電氣公司與西門子公司的相關技術在我國的專利申請量名列前茅，在中國企業(yè)、研究院所中，中國科學院工程熱物理研究所申請量位居第一，隨后是北京航空航天大學，雖然國內(nèi)企業(yè)中4大主機廠葉片冷卻技術領域也擁有一定的專利申請量，但總量較少，且這些企業(yè)相關專利的申請日都比較靠后，這體現(xiàn)了我國企業(yè)開始重視對相關技術的開發(fā)和專利的保護。

3? ? 結語

燃氣輪機葉片冷卻也是全球?qū)＠暾埖臒狳c領域，專利主要集中在冷卻通道、冷卻孔和冷卻方式等方面。冷卻通道、冷卻孔和冷卻機制等方面的研究在近幾年的專利申請增長明顯。通用電氣、西門子、三菱重工等企業(yè)在華專利布局多年，國內(nèi)專利侵權風險較高。國內(nèi)企業(yè)應重視技術引進、消化吸收再創(chuàng)新，積極開展外圍專利布局。

燃氣輪機葉片冷卻技術發(fā)展方向在冷卻結構改進，氣膜冷卻、發(fā)散冷卻、沖擊冷卻和對流冷卻等多種冷卻方式組合使用，新型冷卻介質(zhì)利用，重點在于冷卻結構改進、提高冷卻結構加工工藝水平。

[參考文獻]

[1]譚艷青，姜東坡.燃氣輪機葉片冷卻技術的發(fā)展[J].裝備制造技術，2014（7）：208-210.