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    靳普-中國最年輕的教授級高工,與空氣軸承和微型燃氣輪機的量產之旅!

    作者:軸承人才網更新日期:2019-12-21 12:38:03來源:軸承人才網

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    文章概況:靳普-中國最年輕的教授級高工,與空氣軸承和微型燃氣輪機的量產之旅!

    中國最年輕的教授級高工,與空氣軸承和微型燃氣輪機的量產之旅

    少年負壯氣,奮烈自有時。

    今年6月份,北京市高級專業技術資格評審委員會發布了最新一批正高級工程師專業資格評審的公示公告。在這份名單中,有一位年僅26歲的青年出現,他叫靳普。

    在此之前,他有更多未被公示的頭銜。他是體系內的火箭技術專家,曾在21歲拿下了航天科工第六研究院“特

    聘高級專家”的頭銜,參與過8項航空航天領域的重大技術攻關項目。而之所以能拿下正高級工程師的職稱,則是基于他在微型燃氣輪機與空氣軸承上的多年研究與工程經驗。自從鎖定微型燃氣輪機的夢想,他已經為之奮烈了十年。

    從科學家到工程師

    很難想象,作為典型的跳級型天才,靳普自16歲起便投身到燃氣輪機發動機的科研事業。

    大型的燃氣輪機就是西方發達國家火力發電廠用的極度類似航空發動機的一種高端動力裝置。而靳普的目標卻是要在民用上實現微型燃氣輪機的量產,其中技術門檻甚至比重新發明一次活塞發動機還難。同時這件事除了智力門檻以外,社會門檻也著實不低。一方面工程化與產業化需要相當大的資本投入,另一方面研發和技術曲高和寡,不是外行三言兩語就能聽得懂的。但早在英國學習熱力學時,靳普就看準了燃氣輪機這個方向:“在電動化時代,直接帶著輪子跑的發動機已經過時了。能帶著發電機優雅地把燃料變成電的設備,才是主宰后半個世紀的王道!

    用專業的話來說,燃氣輪機在聯合循環的情況下(即燃機的尾氣用蒸汽機或燃料電池做2次功),理論上可以達到70%左右的熱效率,相較于活塞式發動機50-60%的熱效率理論極限,有著大得多的發揮空間。燃氣輪機在熱電聯供(即發電的同時供暖或生活熱水)的情況下更是有著90%以上的熱效率。同時它天生具備的超優排放性能和可以使用任何燃料的特質也正是這個時代迫切需要的。

    懷著這個夢想,2011年,騰風集團注冊成立,開始進行增程式電動汽車熱力學原理研究。同年10月,泰克魯斯·騰風設計工作室成立,這個工作室后來成為騰風集團下的子公司,負責電動汽車的生產設計。

    研究之初,靳普與他帶領的團隊將產品定位在超級跑車。超級跑車的小批量認證特點決定了可以規避研發成本過高的問題。騰風很快進行了跑車的設計與微型燃氣輪機原型機的研發,2015年即完成了工程樣車定型,并在2016年參加了日內瓦國際車展,是日內瓦豪車館中唯一一個中國面孔。這也是騰風集團第一次對外亮相。原型車先后完成了在英國銀石賽道與意大利蒙扎賽道的測試,并在國內展開了批量生產版燃機B樣的開發和測試。

    這個速度,對于可以定位在初創企業的騰風來說,不可謂不快。

    從創立騰風集團開始,一直埋頭于理論研究的靳普正式轉型成為一名工程師。作為發明人,已經申請包括“一種燃氣輪機增程式電動汽車”在內的國內外專利達201項,包括“主動式混合空氣軸承”、“一種轉子動力學模型”、“鎳基碳纖維復合材料及其制備方法”等,已經獲得授權的國內專利達到113項。

    從科學家到工程師,靳普坦言,“最大的不同可能在于如果進行科學研究,哪怕最后得到一個錯誤的論證,但研究過程以及最終的結論對于行業來說也會存在一定的學術價值。但是做工程不一樣,沒做出產品,那幾乎就是沒有任何成果!倍F在這款已經到C樣階段即將定裝的微型燃氣輪機,是靳普最大的欣慰。

    從空氣軸承到微型燃氣輪機

    對于微型燃氣輪機來說,突破的難點在于每分鐘超過14萬轉的額定轉速。

    這一次采訪的契機,是騰風對外公布的一張照片。

    今年9月,騰風的燃氣輪機軸在超速考核實驗中實現了21.69萬轉每分鐘的轉速,DN值達到911萬,幾乎3倍于世界上最好的航空陶瓷球滾珠軸承,也打破了多年未曾突破的世界紀錄。

    對于非行業人士來說,只能看到一個數字。但是對于行業內的人而言,這個數字背后代表的意義重大。在采訪之前,筆者在想,DN值超過900萬到底是個什么概念呢?為了做好這個功課,特意找了一位同樣在研究燃氣輪機的研究人士請教。他告訴筆者:“現在美國也有量產的微型燃氣輪機,但是成本比較昂貴,主要就是受了軸承的限制,而且DN值到達320萬就是極限了。如果說他們能在15kW的機器上做出這個水平,那相當厲害了。我也對他們的技術很感興趣!

    在采訪靳普時,他大致解釋了一下DN值。對于軸承來說,DN值=軸承內徑(mm)與軸轉速(r/min)的乘積。當DN值固定時,軸本身的粗細與轉速是反比關系。換言之,在DN值未能突破的情況下,當需要提高轉速時,那么軸必須設計得更細。而對過于細的軸來說,存在一個臨界轉速問題。在接近臨界轉速時,軸會劇烈的抖動甚至變形。所以太過細長的軸一般轉速都上不去。

    靳普解釋道:“現代生活是建立在轉動機械之上的。我們之所以致力于提升DN值,最根本的目的是想提高轉動機械自身的潛力和極限,使其可以應用到各行各業。燃氣輪機就是最典型的應用案例。如果沒有這么高的DN值,15kW的燃機根本不可能誕生。并且,通過特殊的設計,我們在提升DN值的同時,還大幅降低制造的精度要求,從而降低成本,最終提升產品的成品率和質量穩定性!

    靳普舉了個很俏皮的例子:現在廣受歡迎的戴森吹風機中的微型電機轉速可以達到12萬轉。戴森吹風機產品風量大、噪音小等決定其核心用戶體驗的優點與高轉速息息相關。戴森則通過巧妙設計吹風機的葉片對數和超高的轉速,讓噪聲的主要倍頻升高到了超聲波頻段,正是人耳聽不到的頻率。所以反而有的貓狗特別怕戴森,是因為它們聽得到。而為了研發高速電機及高速電機所使用的軸承,戴森也耗費了3.5億英鎊的研發經費。這是一個典型的將高端技術轉化成高端產品洗劫全世界中產階級的教科書式案例,F在也有國內的家電廠商向騰風購買空氣軸承,也是這種軸承的典型應用場景之一。

    據靳普介紹,這款空氣軸承和微型燃氣輪機目前已經獲得了專利批準。不僅在國內,也在美國、歐洲、韓國與日本獲得了專利授權。

    當然,微型燃氣輪機的研發難點并不止于軸承。特高速電機與高頻控制器的設計、回熱器、壓氣機渦輪之間的配合都是國內甚至國際空白但卻已經在這些年已經被騰風攻關下來的課題。

    從試制到量產

    目前,其中一款燃氣輪機已經開始小批量生產約60臺,預計春節前開始交付給客戶。雖然騰風內部已經對這款微型燃氣輪機進行了幾千個小時的可靠性測試,但是國內沒有國家級實驗室具備專門檢驗微型燃氣輪機的臺架,也沒有國家和行業標準,所以暫時無法進行第三方的檢驗測試。故而,在進行量產時,騰風也會做多方考慮,優先選擇沒有法規要求的行業進行切入。同時,騰風也在與相關的標準制定委員會合作,聯合進行標準的制定工作。

    靳普提到,“回首這十年,整個過程中最難的事情是Building Trust——建立信任,無論是研發能力還是商業信用,無論是對外的合作或融資還是對外尋找戰略合作伙伴或對內的團隊建設!

    在研發與工程化完成之后,靳普與他的團隊還將面臨一個產品誕生過程中最嚴峻的考驗:產業化。這是技術成熟正式落地為產品的最關鍵一環。產業化不僅僅是產品本身的技術、工藝的考驗,還要檢驗這款產品是否能沖破利益鏈的桎梏成功的產生爆發性的社會價值。而對于靳普而言,在完成科學家到工程師的轉變之后,還要將自己的身份再度橫向拓展——如何從工程師成為商人。

    在獲得正高級工程師職稱之后,靳普在朋友圈發了一首詩向自己道賀:

    “生而天外得眷

    死當盡忠人前

    十年沙場血飛濺

    載譽還朝剎那間

    仍是那翩翩少年

    初心不曾變”

    前路依然有荊棘,想必他已做好準備。


    本文關鍵詞:靳普-中國最年輕的教授級高工 與空氣軸承和微型燃氣輪機的量產之旅! 

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