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中国最年轻的教授级高工与空气轴承和微型燃气
作者: 万博体育3.0 来源: 未知 发布时间:2020-03-11 23:08

  今年6月份,北京市高级专业技术资格评审委员会发布了最新一批正高级工程师专业资格评审的公示公告。在这份名单中,有一位年仅26岁的青年出现,他叫靳普。

  在此之前,他有更多未被公示的头衔。他是体系内的火箭技术专家,曾在21岁拿下了航天科工第六研究院“特

  聘高级专家”的头衔,参与过8项航空航天领域的重大技术攻关项目。而之所以能拿下正高级工程师的职称,则是基于他在微型燃气轮机与空气轴承上的多年研究与工程经验。自从锁定微型燃气轮机的梦想,他已经为之奋烈了十年。

  很难想象,作为典型的跳级型天才,靳普自16岁起便投身到燃气轮机发动机的科研事业。

  大型的燃气轮机就是西方发达国家火力发电厂用的极度类似航空发动机的一种高端动力装置。而靳普的目标却是要在民用上实现微型燃气轮机的量产,其中技术门槛甚至比重新发明一次活塞发动机还难。同时这件事除了智力门槛以外,万博体育3.0社会门槛也着实不低。一方面工程化与产业化需要相当大的资本投入,另一方面研发和技术曲高和寡,不是外行三言两语就能听得懂的。但早在英国学习热力学时,靳普就看准了燃气轮机这个方向:“在电动化时代,直接带着轮子跑的发动机已经过时了。能带着发电机优雅地把燃料变成电的设备,才是主宰后半个世纪的王道。”

  用专业的话来说,燃气轮机在联合循环的情况下(即燃机的尾气用蒸汽机或燃料电池做2次功),理论上可以达到70%左右的热效率,相较于活塞式发动机50-60%的热效率理论极限,有着大得多的发挥空间。燃气轮机在热电联供(即发电的同时供暖或生活热水)的情况下更是有着90%以上的热效率。同时它天生具备的超优排放性能和可以使用任何燃料的特质也正是这个时代迫切需要的。

  怀着这个梦想,2011年,腾风集团注册成立,开始进行增程式电动汽车热力学原理研究。同年10月,泰克鲁斯·腾风设计工作室成立,这个工作室后来成为腾风集团下的子公司,负责电动汽车的生产设计。

  研究之初,万博体育3.0,靳普与他带领的团队将产品定位在超级跑车。超级跑车的小批量认证特点决定了可以规避研发成本过高的问题。腾风很快进行了跑车的设计与微型燃气轮机原型机的研发,2015年即完成了工程样车定型,并在2016年参加了日内瓦国际车展,是日内瓦豪车馆中唯一一个中国面孔。这也是腾风集团第一次对外亮相。原型车先后完成了在英国银石赛道与意大利蒙扎赛道的测试,并在国内展开了批量生产版燃机B样的开发和测试。

  从创立腾风集团开始,一直埋头于理论研究的靳普正式转型成为一名工程师。作为发明人,已经申请包括“一种燃气轮机增程式电动汽车”在内的国内外专利达201项,包括“主动式混合空气轴承”、“一种转子动力学模型”、“镍基碳纤维复合材料及其制备方法”等,已经获得授权的国内专利达到113项。

  从科学家到工程师,靳普坦言,万博体育3.0,“最大的不同可能在于如果进行科学研究,哪怕最后得到一个错误的论证,但研究过程以及最终的结论对于行业来说也会存在一定的学术价值。但是做工程不一样,没做出产品,那几乎就是没有任何成果。”而现在这款已经到C样阶段即将定装的微型燃气轮机,是靳普最大的欣慰。

  今年9月,腾风的燃气轮机轴在超速考核实验中实现了21.69万转每分钟的转速,DN值达到911万,几乎3倍于世界上最好的航空陶瓷球滚珠轴承,也打破了多年未曾突破的世界纪录。

  对于非行业人士来说,只能看到一个数字。但是对于行业内的人而言,这个数字背后代表的意义重大。在采访之前,笔者在想,DN值超过900万到底是个什么概念呢?为了做好这个功课,特意找了一位同样在研究燃气轮机的研究人士请教。他告诉笔者:“现在美国也有量产的微型燃气轮机,但是成本比较昂贵,主要就是受了轴承的限制,而且DN值到达320万就是极限了。如果说他们能在15kW的机器上做出这个水平,那相当厉害了。我也对他们的技术很感兴趣。”

  在采访靳普时,他大致解释了一下DN值。对于轴承来说,DN值=轴承内径(mm)与轴转速(r/min)的乘积。当DN值固定时,轴本身的粗细与转速是反比关系。换言之,在DN值未能突破的情况下,当需要提高转速时,那么轴必须设计得更细。而对过于细的轴来说,存在一个临界转速问题。在接近临界转速时,轴会剧烈的抖动甚至变形。所以太过细长的轴一般转速都上不去。

  靳普解释道:“现代生活是建立在转动机械之上的。我们之所以致力于提升DN值,最根本的目的是想提高转动机械自身的潜力和极限,使其可以应用到各行各业。燃气轮机就是最典型的应用案例。如果没有这么高的DN值,15kW的燃机根本不可能诞生。并且,通过特殊的设计,我们在提升DN值的同时,还大幅降低制造的精度要求,从而降低成本,最终提升产品的成品率和质量稳定性。”

  靳普举了个很俏皮的例子:现在广受欢迎的戴森吹风机中的微型电机转速可以达到12万转。戴森吹风机产品风量大、噪音小等决定其核心用户体验的优点与高转速息息相关。戴森则通过巧妙设计吹风机的叶片对数和超高的转速,让噪声的主要倍频升高到了超声波频段,正是人耳听不到的频率。所以反而有的猫狗特别怕戴森,是因为它们听得到。而为了研发高速电机及高速电机所使用的轴承,戴森也耗费了3.5亿英镑的研发经费。这是一个典型的将高端技术转化成高端产品洗劫全世界中产阶级的教科书式案例。现在也有国内的家电厂商向腾风购买空气轴承,也是这种轴承的典型应用场景之一。

  据靳普介绍,这款空气轴承和微型燃气轮机目前已经获得了专利批准。不仅在国内,也在美国、欧洲、韩国与日本获得了专利授权。

  当然,微型燃气轮机的研发难点并不止于轴承。特高速电机与高频控制器的设计、回热器、压气机涡轮之间的配合都是国内甚至国际空白但却已经在这些年已经被腾风攻关下来的课题。

  目前,其中一款燃气轮机已经开始小批量生产约60台,预计春节前开始交付给客户。虽然腾风内部已经对这款微型燃气轮机进行了几千个小时的可靠性测试,但是国内没有国家级实验室具备专门检验微型燃气轮机的台架,也没有国家和行业标准,所以暂时无法进行第三方的检验测试。故而,在进行量产时,腾风也会做多方考虑,优先选择没有法规要求的行业进行切入。同时,腾风也在与相关的标准制定委员会合作,联合进行标准的制定工作。

  靳普提到,“回首这十年,整个过程中最难的事情是Building Trust——建立信任,无论是研发能力还是商业信用,无论是对外的合作或融资还是对外寻找战略合作伙伴或对内的团队建设。”

  在研发与工程化完成之后,靳普与他的团队还将面临一个产品诞生过程中最严峻的考验:产业化。这是技术成熟正式落地为产品的最关键一环。产业化不仅仅是产品本身的技术、工艺的考验,还要检验这款产品是否能冲破利益链的桎梏成功的产生爆发性的社会价值。而对于靳普而言,在完成科学家到工程师的转变之后,还要将自己的身份再度横向拓展——如何从工程师成为商人。

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