開欄的話：大國(guó)重器一定要掌握在自己手里。近年來，中國(guó)空間站全面建成、時(shí)速600公里的高速磁浮試驗(yàn)樣車成功試跑、白鶴灘水電站全部投產(chǎn)、我國(guó)西部地區(qū)首臺(tái)“華龍一號(hào)”投產(chǎn)發(fā)電……這些“國(guó)之重器”彰顯著自主創(chuàng)新的“中國(guó)方案”“中國(guó)智慧”和“中國(guó)力量”。本報(bào)特推出“大國(guó)重器背后的知識(shí)產(chǎn)權(quán)故事”專欄，講述“國(guó)之重器”的攻堅(jiān)克難歷程，關(guān)鍵核心技術(shù)突破以及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“硬核”力量。
“成了成了！”今年3月8日，在廣東華電清遠(yuǎn)華僑園燃?xì)夥植际侥茉凑?，隨著屏幕上功率曲線不斷攀升，國(guó)內(nèi)首臺(tái)F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)（下稱G50燃機(jī)）成功完成72+24小時(shí)試運(yùn)行，由此拉開了商業(yè)化的序幕。這一刻，在場(chǎng)守候多時(shí)的G50燃機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，迎來期待已久的掌聲！
“自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)G50燃機(jī)來之不易?！痹诮邮苤袊?guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)采訪時(shí)，東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司（下稱東方汽輪機(jī)）G50發(fā)展中心副主任田曉晶感慨地說，14年的潛心研發(fā)，終于啃下了重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化這塊“硬骨頭”，填補(bǔ)了自主燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的空白，增添了近50件核心專利。至此，G50燃機(jī)也被業(yè)界譽(yù)為中國(guó)的“爭(zhēng)氣機(jī)”。
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(jī)再度被評(píng)為‘央企十大國(guó)之重器’啦！”話音剛落，大家發(fā)出了熱烈的歡呼聲，連續(xù)兩年獲此殊榮，印證了他們堅(jiān)持自主創(chuàng)新、突破國(guó)外技術(shù)重重封鎖的艱難歷程……
重型燃?xì)廨啓C(jī)是一國(guó)工業(yè)生產(chǎn)能力和制造業(yè)水平的重要體現(xiàn)。然而，就是這樣一套裝備，其核心專利在G50燃機(jī)研制出來之前一直被外企“卡脖子”。田曉晶說，我國(guó)啟動(dòng)重型燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目研發(fā)時(shí)，國(guó)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利，構(gòu)筑起嚴(yán)密的技術(shù)壁壘，因此國(guó)內(nèi)外用戶不得不付出高額的設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用。
其中，最容易被“卡脖子”的核心技術(shù)，正是重型燃?xì)廨啓C(jī)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(wěn)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、買不來、討不來的！核心技術(shù)受制于人是最大的隱患，必須把知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在自己手里。
首款G50燃機(jī)的燃燒室在順利運(yùn)行之前，一切都是未知數(shù)?！笆球呑邮邱R，拉出來遛遛。”田曉晶說，在燃燒室的單筒點(diǎn)火試驗(yàn)按鈕按下的一瞬間，屏幕上的火焰強(qiáng)度信號(hào)“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(tuán)隊(duì)后續(xù)的研發(fā)之路。
單筒點(diǎn)火試驗(yàn)只是成功的第一步，燃燒室還需要經(jīng)歷從點(diǎn)火“走到”滿負(fù)荷的重重考驗(yàn)。“在開展燃燒器部件試驗(yàn)時(shí)，我們遇到了約3000赫茲的高頻振蕩。當(dāng)刺耳的聲音穿透層層隔音防護(hù)傳至集控室時(shí)，大家意識(shí)到這就是傳說中的‘熱聲振蕩尖叫’?！碧飼跃Щ貞浾f，當(dāng)時(shí)試驗(yàn)后，許多設(shè)備部件受損，出現(xiàn)了裂紋，試驗(yàn)一度陷入低谷。
面對(duì)前所未有的難題，團(tuán)隊(duì)沒有氣餒，而是越挫越勇，重拾信心查閱包括專利文獻(xiàn)在內(nèi)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)過數(shù)天的調(diào)試，他們終于找到了最佳燃料與空氣匹配比例，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。
“這一系列的技術(shù)突破來之不易，所以在G50燃機(jī)走上市場(chǎng)的前夕，擁有旋流器技術(shù)的專利權(quán)，對(duì)于我們而言，是避免涉及侵權(quán)糾紛的重要一環(huán)?！睎|方汽輪機(jī)副總經(jīng)理、全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任方宇說，在2018年上半年，部門對(duì)燃燒室的核心專利技術(shù)展開布局，當(dāng)時(shí)圍繞燃燒室旋流器提交了2件發(fā)明專利申請(qǐng)，分別為“一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器雙級(jí)徑向旋流器”和“一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室旋流器及組件”，前者于2021年1月獲得發(fā)明專利授權(quán)，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)：布局專利要趁早，同時(shí)也要練好專利‘真功夫’?！狈接钌钣懈杏|地說，幸運(yùn)的是，雙級(jí)徑向旋流器相關(guān)發(fā)明專利申請(qǐng)獲得授權(quán)，沒有影響到燃機(jī)的商業(yè)化。與此同時(shí)，部門對(duì)燃燒室的噴嘴結(jié)構(gòu)、尾筒結(jié)構(gòu)等提交了發(fā)明專利申請(qǐng)，較好地保護(hù)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
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(tuán)隊(duì)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(jī)的技術(shù)瓶頸。壓氣機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員王歡樂介紹，燃?xì)廨啓C(jī)98%的工作介質(zhì)都由壓氣機(jī)提供，因此壓氣機(jī)本身的“肺活量”必須得到保障。
其中，準(zhǔn)確測(cè)量超大流量一直是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的難題，而進(jìn)氣流量“肺活量”則是分析一切問題的基礎(chǔ)。囿于當(dāng)時(shí)科技水平，市面上又很難找到適用的流量計(jì)，導(dǎo)致壓氣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)程一度停滯數(shù)月。
關(guān)鍵時(shí)刻，壓氣機(jī)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人胡勝波站了出來，“買不到，就自己設(shè)計(jì)！”通過認(rèn)真研習(xí)各類流量計(jì)文獻(xiàn)，工程師完成了進(jìn)氣流量計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)流標(biāo)定試驗(yàn)，并成功應(yīng)用于壓氣機(jī)試驗(yàn)當(dāng)中，解決了壓氣機(jī)試驗(yàn)的又一難題，并在相關(guān)領(lǐng)域提交了“一種氣動(dòng)試驗(yàn)用空氣流量測(cè)量裝置”等專利申請(qǐng)。
2009年開始50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)的自主研發(fā)、2013年完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、2014年建成國(guó)內(nèi)首批壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、2018年建成國(guó)內(nèi)最大功率燃?xì)廨啓C(jī)整試驗(yàn)臺(tái)……14年來，東方汽輪機(jī)創(chuàng)造性地發(fā)展了具有自身技術(shù)特點(diǎn)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝方法，共提交100余件專利申請(qǐng)，其中授權(quán)專利近50件，全面覆蓋了燃?xì)廨啓C(jī)三大部件——壓氣機(jī)、燃燒室、透平的結(jié)構(gòu)及制造工藝。
“從專利檢索數(shù)據(jù)看，東方電氣在G50燃機(jī)的研制方面，每攻克一項(xiàng)技術(shù)難題便積極提交相關(guān)專利申請(qǐng)，可謂非常注重核心專利布局?！眹?guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心機(jī)械部動(dòng)力機(jī)械室審查員周紅葉對(duì)記者表示，從核心專利布局看，其專利申請(qǐng)量最多的是涉及透平葉片制造，2013年開始就提交了多件涉及高溫合金葉片制造的發(fā)明專利申請(qǐng)；2014年至2017年，東方汽輪機(jī)提交了多件涉及精密鑄造方法的發(fā)明專利申請(qǐng)，這些專利創(chuàng)造有效解決了高溫部件透平葉片制造過程中遇到的各種問題。
專利創(chuàng)造之路上從來沒有坦途和捷徑，只有不避艱險(xiǎn)、不怕困難，敢于面對(duì)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(tuán)培養(yǎng)和帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上下游創(chuàng)新型企業(yè)300多家，實(shí)現(xiàn)了2萬多個(gè)零部件全部國(guó)產(chǎn)化，保障了產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。
“未來，我們將繼續(xù)不遺余力地走自主創(chuàng)新之路，為常規(guī)發(fā)電、動(dòng)力、熱電聯(lián)產(chǎn)和分布式能源等不同應(yīng)用場(chǎng)景，提供性能優(yōu)異的動(dòng)力源泉，提高國(guó)產(chǎn)燃機(jī)技術(shù)先進(jìn)性，助力國(guó)產(chǎn)燃機(jī)取得更大的輝煌。”田曉晶說。（本報(bào)記者 陳景秋 實(shí)習(xí)記者 劉弘一）
附：重型燃?xì)廨啓C(jī)的專利布局
國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人專利申請(qǐng)情況
重型燃?xì)廨啓C(jī)是發(fā)電和驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的核心設(shè)備，其設(shè)計(jì)、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(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略指引下，我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)進(jìn)入了自主研制、創(chuàng)新發(fā)展、戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的階段，與此相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)也越來越受到重視。
燃?xì)廨啓C(jī)包括壓氣機(jī)、燃燒器和透平三大部分，其設(shè)計(jì)研發(fā)、制造及試驗(yàn)等環(huán)節(jié)均存在諸多難點(diǎn)，自主研制重型燃?xì)廨啓C(jī)必須掌握各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。通用電氣公司、三菱重工業(yè)株式會(huì)社和西門子股份公司占有國(guó)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?xì)廨啓C(jī)的能力，在世界上很多國(guó)家進(jìn)行了專利布局。筆者通過中國(guó)專利全文數(shù)據(jù)庫(kù)檢索燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)專利發(fā)現(xiàn)，通用電氣公司、三菱重工業(yè)株式會(huì)社和西門子股份公司的相關(guān)專利申請(qǐng)量較大，國(guó)外企業(yè)對(duì)熱部件制造等核心技術(shù)嚴(yán)密封鎖。可見，我國(guó)在研制重型燃?xì)廨啓C(jī)的過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(dāng)前，我國(guó)的重型燃?xì)廨啓C(jī)企業(yè)主要有東方電氣集團(tuán)（下稱東方電氣）、上海電氣集團(tuán)（包括上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)、上海電氣電站設(shè)備）、哈爾濱電氣集團(tuán)（下稱哈爾濱電氣）、中國(guó)聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司（下稱中國(guó)重燃）。東方電氣的相關(guān)專利申請(qǐng)主要分布在IPC分類號(hào)B22C、G01M等，其在制造、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)研發(fā)三方面均進(jìn)行了專利布局；哈爾濱電氣的相關(guān)專利申請(qǐng)主要分布在F01D、G01M、F01K、F02C等，其主要涉及試驗(yàn)和設(shè)計(jì)研發(fā)兩個(gè)方面；上海電氣集團(tuán)的專利申請(qǐng)主要分布在F02C、F01D等，其主要涉及設(shè)計(jì)研發(fā)方面；中國(guó)重燃的專利申請(qǐng)主要分布在F23R、F02C等，其主要涉及設(shè)計(jì)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?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目后，在整個(gè)研制過程中，提交了相關(guān)的專利申請(qǐng)，申請(qǐng)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)明專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN103143678B），2014年至2017年提交了多件涉及精密鑄造方法的發(fā)明專利申請(qǐng)（公告號(hào)：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)行了專利布局。上海電氣電站設(shè)備涉及汽輪機(jī)相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)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(tǒng)”專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN103452611B），涉及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)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利申請(qǐng)，涉及燃燒器結(jié)構(gòu)和燃燒的控制（公告號(hào)：CN105588144B）；哈爾濱電氣提交了涉及葉片設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的專利申請(qǐng)，如2018年提交的“一種新型燃機(jī)透平第一級(jí)動(dòng)葉”（公告號(hào)：CN208106503U）和“一種用于葉片熱機(jī)械疲勞-蠕變的試驗(yàn)裝置”（公告號(hào)：CN208254797U）專利申請(qǐng)；中國(guó)重燃自2017年起提交了很多涉及燃燒器技術(shù)的發(fā)明專利申請(qǐng)，如“燃燒器和無焰燃燒控制方法”（公告號(hào)：CN107575893B）和“噴嘴、燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)”（公告號(hào)：CN113983496B）。
從國(guó)內(nèi)專利布局來看，企業(yè)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)企業(yè)關(guān)于整機(jī)的布局設(shè)計(jì)方面的專利申請(qǐng)量較少。隨著我國(guó)自主研制的首臺(tái)重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的成功商用，我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)將快速提升，為避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，建議我國(guó)的相關(guān)企業(yè)在自主研發(fā)的過程中根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)提前進(jìn)行相關(guān)專利布局。（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心 周紅葉）
