燃气轮机叶片冷却专利概况

郭琦　黄晶华

摘   要：自燃气轮机成功制造以来，已经广泛应用于发电、分布式能源、舰船、坦克战车等军民领域。为了提高燃气轮机发电效率，世界各国科学家付出了巨大的努力，对燃气轮机叶片进行高效冷却便是其中的典型代表。文章通过检索、统计、分析国内外燃气轮机叶片冷却专利申请，从中获得了燃气轮机叶片冷却专利申请量的趋势、主要申请人等。

关键词：燃气轮机;叶片;冷却

1    燃气轮机叶片冷却的重要性

燃气轮机在军用、民用、航空航天领域都发挥着至关重要的作用，其主要性能指标为系统循环热效率和输出功率，其均随透平进口温度的增加而增加。要使燃气轮机性能不断提高，关键在于提高进口温度，但伴随进口温度的提高，燃气轮机热端部件材料的耐热問题也随之而来。目前，燃气轮机的进口温度远高于叶片金属材料的熔点，因此必须采用先进的冷却方式将叶片温度降到材料允许范围之内，并且保证不牺牲大的功率和效率。先进的冷却技术可使叶片承受更高的工作温度，提高燃气轮机的循环热效率，延长燃气轮机使用寿命，提高系统工作的安全性和可靠性。

2    燃气轮机叶片冷却专利基础状况分析

2.1  申请量分析

图1为不同时间段燃气轮机叶片冷却的全球专利申请量。在外文数据库（VEN数据库）对燃气轮机叶片冷却专利的统计更能反映燃气轮机叶片冷却技术的整体发展状态。从申请量来看，燃气轮机叶片冷却专利的申请总量呈逐年上升趋势。

从图1可以看出，在20世纪50年代以前，对燃气轮机叶片冷却的要求不高，因此，燃气轮机叶片冷却技术处于技术的起步初期;20世纪50—70年代，为低速增长阶段;20世纪80～90年代，为稳定阶段;到21世纪后为高速增长阶段。全球专利申请量自20世纪90年代后期开始一路上涨，2006—2019年申请量高达3 300多项。

CNABS数据库对燃气轮机叶片冷却专利的统计由于只具有1985年以后的专利，因此，不能反映世界范围内燃气轮机叶片冷却技术的发展趋势，但它能反映中国申请人关于燃气轮机叶片冷却相关技术的研究以及反映国外燃气轮机技术强国逐渐重视中国市场的趋势。截至2019年年底，燃气轮机叶片冷却领域的国内相关专利申请总量为824篇，在我国，该项技术起步较晚，且在2000年之前，燃气轮机叶片冷却领域的专利申请量不足100篇，直至2000年后才渐渐引起国内的相关重视，在早期，国内对燃气轮机叶片冷却的研究主要是对国外研究结果的消化吸收，直至近几年，我国对该项技术的研究不断深入，同时也反映出在该项技术发展早期，国内的专利保护意识不强，近几年国人才逐渐形成了专利保护意识。

2.2  重要申请人分析

根据申请量分析，并结合前期统计结果将上述关于燃气轮机叶片冷却专利申请量较大的申请人总结如图2所示。

由图2可知，在燃气轮机叶片冷却领域，通用电气公司相关技术在行业内处于全球领军地位，对燃气轮机叶片冷却技术的发展作出了一定的贡献。

从全球专利申请量排名情况，可以看到在全球范围内，美国申请量大大高于其他国家的申请量，这与美国对燃气轮机叶片冷却技术创新的重视密不可分，而我国申请量占全球申请量的比重很小，且专利的申请主要聚集在近几年，可以看出我国对燃气轮机叶片冷却领域开始重视，颇有“奋起直追”的趋势。

在燃气轮机叶片冷却领域国内专利申请量排名靠前的申请人中，通用电气公司与西门子公司的相关技术在我国的专利申请量名列前茅，在中国企业、研究院所中，中国科学院工程热物理研究所申请量位居第一，随后是北京航空航天大学，虽然国内企业中4大主机厂叶片冷却技术领域也拥有一定的专利申请量，但总量较少，且这些企业相关专利的申请日都比较靠后，这体现了我国企业开始重视对相关技术的开发和专利的保护。

3    结语

燃气轮机叶片冷却也是全球专利申请的热点领域，专利主要集中在冷却通道、冷却孔和冷却方式等方面。冷却通道、冷却孔和冷却机制等方面的研究在近几年的专利申请增长明显。通用电气、西门子、三菱重工等企业在华专利布局多年，国内专利侵权风险较高。国内企业应重视技术引进、消化吸收再创新，积极开展外围专利布局。

燃气轮机叶片冷却技术发展方向在冷却结构改进，气膜冷却、发散冷却、冲击冷却和对流冷却等多种冷却方式组合使用，新型冷却介质利用，重点在于冷却结构改进、提高冷却结构加工工艺水平。

[参考文献]

[1]谭艳青，姜东坡.燃气轮机叶片冷却技术的发展[J].装备制造技术，2014（7）：208-210.