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高速動(dòng)平衡技術(shù)主要用于汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等大型裝備內(nèi)回轉(zhuǎn)零部件平衡
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 集智股份    2023-08-11

高速動(dòng)平衡技術(shù)主要用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等大型裝備內(nèi)的回轉(zhuǎn)零部件平衡。該類回轉(zhuǎn)零部件轉(zhuǎn)速高、重量大、工作溫度高，對(duì)平衡精度具有極高的要求。資料表明，導(dǎo)致高速回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)過大的激振力，95%是由其中的回轉(zhuǎn)零部件平衡不良引起的不平衡力。

因此，對(duì)回轉(zhuǎn)零部件進(jìn)行低速動(dòng)平衡、高速動(dòng)平衡和超高速動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，保證回轉(zhuǎn)零部件平衡精度成為汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等大型裝備制造企業(yè)確保裝備質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，可以有效降低裝備振動(dòng)、噪聲，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命，保證安全運(yùn)行，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。目前，在高速動(dòng)平衡領(lǐng)域，全球市場主要被德國申克等國外知名企業(yè)等占據(jù)。

汽輪機(jī)，全稱為蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)（Steam Turbine），是一種將水蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)換為渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)，作為關(guān)鍵動(dòng)力裝備主要應(yīng)用于火電、核電、船艦、工業(yè)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。

燃?xì)廨啓C(jī)，全稱為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（Gas Turbine），是以空氣為工作介質(zhì)，通過液體或氣體燃料燃燒，將空氣加溫增壓，帶動(dòng)壓氣機(jī)、渦輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，作為關(guān)鍵動(dòng)力裝備主要應(yīng)用于發(fā)電、船艦、工業(yè)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)，與燃?xì)廨啓C(jī)工作原理基本相同，航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造幾乎集中了機(jī)械行業(yè)所有的尖端技術(shù)，被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，是一個(gè)國家科技、工業(yè)、國防實(shí)力的重要體現(xiàn)，目前世界上能夠獨(dú)立研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國家只有美、英、法、俄、中等少數(shù)幾個(gè)國家。

從我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程來看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)歷經(jīng)“引進(jìn)—仿制—自主研發(fā)”的發(fā)展過程。發(fā)展至今，我國已建立了相對(duì)完整的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)研制體系，相繼推出了渦扇10、渦扇10B、渦軸-16等擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。從市場結(jié)構(gòu)來看，我國生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都是軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)、干支線運(yùn)輸機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，民用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域目前尚未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

目前，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司研制的CJ1000A民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行適航取證，另一型號(hào)正在研制的CJ2000民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入驗(yàn)證機(jī)階段。根據(jù)民航局發(fā)布的《“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”通用航空發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》，“十四五”期末，我國民用機(jī)場數(shù)量預(yù)計(jì)從“十三五”期末的580個(gè)增長至770個(gè)，通用機(jī)場數(shù)量預(yù)計(jì)從“十三五”期末的339個(gè)增長至500個(gè)。“十三五”期末，我國民航機(jī)隊(duì)共6,795架。

根據(jù)中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司發(fā)布的《2022-2041年民用飛機(jī)中國市場預(yù)測(cè)年報(bào)》，預(yù)計(jì)到2041年末，中國航空公司客機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)到8,322架，貨機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)到685架。預(yù)計(jì)2022~2041年間，我國需要補(bǔ)充各型民用客機(jī)7,035架。

政策方面，我國新發(fā)展格局以現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系為基礎(chǔ)，打造自主可控、安全可靠、競爭力強(qiáng)的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系已經(jīng)成為了國家戰(zhàn)略。全面提升我國產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平，解決不穩(wěn)、不強(qiáng)、不安全的問題是一個(gè)綜合性任務(wù)，需要區(qū)分輕重緩急、突出重點(diǎn)。其中，增強(qiáng)自主可控能力無疑是“十四五”時(shí)期較為緊迫的任務(wù)。

產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控指的是，在面臨外部（主要是國外）產(chǎn)品、零部件、技術(shù)等供應(yīng)受限時(shí)，還能夠依靠國內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈提供相應(yīng)產(chǎn)品和服務(wù)，從而能夠滿足國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本需要，防止重要產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈不能自主可控，防止“卡脖子”的情況出現(xiàn)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大不利影響。

我國在絕大多數(shù)產(chǎn)業(yè)的中低端環(huán)節(jié)都具有很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，目前的短板主要體現(xiàn)在高端環(huán)節(jié)上。產(chǎn)業(yè)鏈高端產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律與中低端產(chǎn)品有很大不同。一般來說，中低端產(chǎn)品技術(shù)成熟，主要競爭點(diǎn)在成本和價(jià)格上，而高端產(chǎn)品往往對(duì)價(jià)格不敏感，核心競爭力主要體現(xiàn)在核心技術(shù)上。

2015年工信部啟動(dòng)“兩機(jī)”（航空發(fā)動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)）重大專項(xiàng)，將我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究、技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)體系的建立提升到了國家戰(zhàn)略發(fā)展層面。《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》強(qiáng)調(diào)深入實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，堅(jiān)持自主可控、安全高效。

培育先進(jìn)制造業(yè)集群，推動(dòng)航空航天、船舶與海洋工程裝備、先進(jìn)電力裝備等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。深入實(shí)施質(zhì)量提升行動(dòng)，推動(dòng)制造業(yè)產(chǎn)品“增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌”。2021年11月，國家能源局、科技部頒布了《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，規(guī)劃要求開發(fā)汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子等高溫部件產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)；重型燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)與示范取得突破，各類中小型燃?xì)廨啓C(jī)裝備實(shí)現(xiàn)系列化。

突破燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、運(yùn)維檢修等瓶頸技術(shù)，提升燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)水平，研發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)非常規(guī)燃料燃燒技術(shù)、中小型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)、重型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)等。2022年11月，工信部等3部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于鞏固回升向好趨勢(shì)加力振作工業(yè)經(jīng)濟(jì)的通知》，通知強(qiáng)化重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，鞏固裝備制造業(yè)良好勢(shì)頭。打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，提高大飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)、船舶與海洋工程裝備等重大技術(shù)裝備自主設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成能力。

汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)中需要進(jìn)行高速動(dòng)平衡的回轉(zhuǎn)零部件主要包括風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、壓氣機(jī)盤、渦輪葉片、渦輪盤、軸承等。目前該等裝備制造企業(yè)進(jìn)行高速動(dòng)平衡的實(shí)驗(yàn)裝置均以進(jìn)口平衡設(shè)備為主，對(duì)進(jìn)口設(shè)備存在較大依賴度。

發(fā)展高速動(dòng)平衡技術(shù)及其產(chǎn)品不僅在我國具有廣闊的市場前景，對(duì)提升國產(chǎn)裝備產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控，保障能源安全，增強(qiáng)國防和軍事能力均具有重要的戰(zhàn)略意義。我國能源需求的增長、船艦和航空事業(yè)的快速發(fā)展，為汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供了廣闊的市場空間，也為高速動(dòng)平衡技術(shù)及相關(guān)設(shè)備帶來良好的發(fā)展機(jī)遇。