渦輪葉片發(fā)展歷程及趨勢

渦輪葉片發(fā)展歷程及趨勢渦輪葉片發(fā)展歷程及趨勢渦輪葉片分為渦輪導向葉片和渦輪工作葉片兩類。①渦輪導向葉片，主要作用為調整燃燒室排出的燃氣流向，材料工作溫度最高可達1，100℃以上，渦輪導向葉片承受的應力一般低于70MPa；該部件往往由于受到較大熱應力而引起扭曲，溫度劇變產生熱疲勞裂紋以及局部溫度過高導致燒傷而報廢。②渦輪工作葉片，處于渦輪發(fā)動機中溫度最高、應力最復雜、環(huán)境最惡劣的部位，該部件在承受高溫的同時需承受較大的離心應力和熱應力；其所承受溫度低于相應渦輪導向葉片50-100℃，但在高速轉動時，由于受到氣動力和離心力的作用，葉身部分所受應力達140MPa，葉根部分達280-560MPa。渦輪工作葉片結構與材料的不斷改進已成為航空發(fā)動機性能提升的關鍵因素之一。渦輪葉片與渦輪軸、渦輪盤等部件共同組成航空發(fā)動機的渦輪。渦輪是驅動壓氣機及其他附件的動力源。渦輪可以分為轉子和靜子兩個組件：①渦輪轉子：是由渦輪工作葉片、輪盤、軸及裝在軸上的其他轉動零件組成的一個整體，負責將高溫高壓的氣流吸入燃燒器，以維持發(fā)動機的工作。渦輪轉子在高溫及高轉速狀態(tài)下工作，并傳遞大功率，所以其工作條件極端惡劣。高溫工作時渦輪轉子要承受極高離心力，此外還要受到氣動力矩的作用等。高溫環(huán)境會使得渦輪葉片材料的極限強度下降，還會使渦輪葉片材料產生蠕變和侵蝕。②渦輪靜子：是由渦輪導向葉片、外環(huán)和內環(huán)等部件組成。其固定在機匣上，主要作用為擴壓整流，為下一級渦輪轉子改變氣流方向，以迎合渦輪工作葉片的速度三角形。為了提升推重比等性能指標，航空發(fā)動機及燃氣輪機渦輪葉片對高溫、高風速等的耐受要求不斷提升。主流航空渦扇發(fā)動機中，渦輪驅動壓氣機以最高達每秒上千轉的轉速高速旋轉，進入渦輪發(fā)動機的空氣在壓氣機中逐級增壓，多級壓氣機的增壓比可達25以上。增壓后的空氣進入發(fā)動機燃燒室，與燃油混合、燃燒。燃油火焰需要在以100m/s以上高速流動的高壓氣流中穩(wěn)定燃燒。從燃燒室出來的高溫、高壓燃氣流驅動渦輪工作葉片以每分鐘數千轉至上萬轉的轉速運轉，通常渦輪前溫度要超過渦輪葉片材料的熔點。在工作過程中，現代發(fā)動機的渦輪葉片通常要承受1600~1800℃的高溫，同時還要承受300m/s左右的風速，以及由此帶來的巨大的空氣壓力。渦輪葉片需要在這種極為惡劣的工作環(huán)境下可靠工作幾千小時至上萬小時。渦輪葉片型面復雜，大量使用定向凝固、粉末冶金、復雜空心葉片熔模鑄造、復雜陶瓷型芯制造、微孔加工等先進制造技術。渦輪葉片是目前兩機所有零部件中制造工序最多、周期最長、合格率最低的零部件之一，復雜空心渦輪葉片的制造已成為當前兩機研制的核心技術。特種陶瓷行業(yè)現狀特種陶瓷也是現代陶瓷中的重要品種上。為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無機纖維，特種陶瓷這樣構成的纖維補強陶瓷復合材料，特種陶瓷建成投運后年平均每年可節(jié)約標煤767．44噸，特種陶瓷相應減少二氧化碳約2429噸特種陶瓷是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個分支。為了生產、特種陶瓷研究和學習上的方便，有時不按化學組成。特種陶瓷行業(yè)發(fā)展特種陶瓷原料純度很高、超細，是精制的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等化合物，這些化合物在自然界中很多。但是像傳統(tǒng)陶瓷，就是以黏土或者瓷土作為原料，或者一些人工合成的化合物的混合，它相對來說比較復雜。從晶體結構上來看，特種陶瓷晶體結構沿用了各種礦物質的結構和表述。也就是說和這些天然陶瓷，如果用科學定義的話，它的名稱是一樣的。就像鈣鈦礦、銳鈦礦、熒石、焦綠石、磷灰石等等，這些都是在進行材料結構分析時用的名詞。這些名詞應該說和傳統(tǒng)陶瓷是一模一樣的。從制造工藝方面，特種陶瓷借鑒了傳統(tǒng)陶瓷的一些成型工藝，比如注漿成型、陳化等等。但也發(fā)展了很多特殊工藝，比如流延成型、等靜壓成型、干壓成型、激光成型，包括3D打印、精密機加工等技術。像燒結工藝，傳統(tǒng)陶瓷一般用普通窯爐，當然現在窯爐也希望能夠精確控制它的氧化氣氛或者還原氣氛。但是對于特種陶瓷，它要嚴格控制氣氛，一般有無壓燒結、氣體壓力燒結、干熱壓燒結、熱等靜壓燒結、真空燒結、等離子脈沖燒結等。最后能夠制備出哪些產品出來呢？首先是信息功能陶瓷材料和器件，如手機里可以說將近80%以上的器件是陶瓷做的，還有電容器、濾波器、微波器件、傳感器、聲波原件、延遲器、驅動器。再如照相機，現在里面都是自動聚焦的，它驅動的是壓電陶瓷馬達，可以精確控制聚焦。又如筆記本電腦顯示器后面的背光源需要一個升壓裝置，升壓裝置就是一種用壓電陶瓷做的升壓。還有陶瓷電路板。電路板過去一般是環(huán)氧樹脂等樹脂纖維混合的電路板。這種電路板在一些嚴苛環(huán)境下，比方說在汽車發(fā)動機附近裝上的話，會老化得很快，這時候使用的電路板一般是陶瓷的。它實際上是有一些多層的電子器件，而且做得很薄，這是用流延法做出來的，大概都在1毫米以下，甚至0．5毫米厚，現在最薄到100個微米左右。在這上面做好電路，然后做成一些特別是在嚴苛環(huán)境下應用的器件。還有最新技術LTCC，即低溫共燒技術，是把電路板通過流延出來以后，再通過絲網印刷把各種器件一次做到多層的，最后電路板燒出來以后，實際上把電容、電感、電阻都固化到里面去了，這樣就一次性把一個電子元器件的模塊就做出來了。剛才講的是在信息功能電子領域中陶瓷材料的應用，還有一類陶瓷叫結構陶瓷，主要是利用它很好的機械性能以及耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的性能，所以把它稱作高性能的結構陶瓷材料。在半導體裝備里面就用了很多的陶瓷零部件，可以做到非常精密。因為半導體的一些裝備，對精度要求很高，如果有一些部件用金屬做比較容易變形，影響半導體設備的精度。像高馬赫數空天飛行器，因為要和大氣摩擦，產生很高的熱量，這時候金屬是不行的，很多部件必須用陶瓷材料。包括一些飛機像戰(zhàn)斗機的裝甲材料，特別底層的裝甲材料，現在一般都是用碳化硼和碳化硅，因為它要求很輕、很薄，而金屬鋼的密度大也更重。剛才講的很多氮化硅、氧化鋁，清華大學從20世紀80年代就開發(fā)氮化硅的刀具，是在數控機床尖端用來切削用的，包括可以用氧化鋁來做小的刀具，它可以實現高速的切削。從20世紀90年代起制作防彈裝甲，現在很多防彈衣大家看到里面插的是一個陶瓷片，最便宜的是氧化鋁。盡管它比碳化硼要重一些，但是和鋼板比起來要好很多，特別是它能夠抗子彈的打擊。在潛艇里面也使用了很多陶瓷軸承，陶瓷軸承耐腐蝕，具有自潤滑效果，還有抗電磁的效應。陶瓷材料在汽車領域的應用汽車里面有很多的陶瓷部件，如鈦酸鋁主要是在汽車缸蓋和排氣管這個地方，主要為了隔熱和保溫，提高汽缸里燃燒溫度。另外一個是氧化鋁噴油器，噴油的時候需要耐腐蝕，同時它還需要絕緣，所以用氧化鋁陶瓷來做。還有廢氣排氣管的閥門一般是用氧化鋯陶瓷做的。還有在汽車里用的電路板，為防止老化、破損，一般都是用氧化鋁陶瓷做電路基板。此外，氧化鋁、氧化硅、碳化硅陶瓷材料分別在汽車大燈、渦輪增壓器、過濾器等器件上面也有應用。作為家居建材中最大的細分領域之一，陶瓷行業(yè)的價格變動一直備受市場關。尤其近幾年越來越多行業(yè)龍頭上市或籌備上市，高毛利的陶企更受資本市場青睞。不過，在今年房地產行業(yè)面臨調整的大背景下，陶瓷行業(yè)也受到沖擊。截止目前，今年已有超過40家陶企破產、清算或重整。同時，天然氣價格的上漲也導致陶瓷生產成本增加，今年行業(yè)內已經掀起多輪漲價潮。伴隨著房地產市場的陣陣雷聲，頭部陶企不得不重新審視工程與零售渠道，開始加大對經銷商的扶持力度，將部分產能逐步轉向零售渠道，由此進一步加劇終端市場的競爭。有行業(yè)人士分析，陶瓷行業(yè)集中度提升是大勢所趨，那些頭部陶企手握現金，有規(guī)模、有實力、有品牌、有產能，增長速度和抗風險能力遠高于行業(yè)平均水平，但隨著頭部陶企工程渠道的變化，給予了腰部及腰部以下的陶瓷企業(yè)更充足的喘息與調整時間，行業(yè)集中度的提升速度或許將比曾經預料中的要慢。我國的陶瓷制造行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定進入21世紀以來，我國的陶瓷制造行業(yè)經歷了一個穩(wěn)定發(fā)展時期，陶瓷制品的產量和陶瓷行業(yè)企業(yè)數量都有了巨大的增長，我國的陶瓷總產量位居世界第一位，已成為世界上最大的陶瓷生產國和出口國。雖然中國是全球第一的陶瓷生產大國，但陶瓷行業(yè)整體效率仍然偏低，結構性產能過剩，缺乏品牌意識等問題長期存在。與發(fā)達國家相比，我國陶瓷市場集中度低，較多企業(yè)規(guī)模較小，技術與設備較為落后，以生產中低端產品為主，高端產品還需依靠進口。中國是全球最大的瓷磚生產國、消費國與出口國。數據顯示，2021年全球陶瓷磚產量183．39億㎡，而中國陶瓷磚產量為88．63億㎡，占比48．3%。盡管有新冠疫情、房地產等多因素影響，行業(yè)對產能擴張的熱情并未因此減弱，在2021年，大型陶企投資、擴產消息不斷。2022年，陶瓷行業(yè)的并購案例只會有增無減。未來的行業(yè)，品牌集中度將加速提升，強者恒強的馬太效應將繼續(xù)增強。在雙碳雙控政策目標下，建筑陶瓷行業(yè)往低碳環(huán)保的發(fā)展趨勢越來越明顯，推進綠色制造、研發(fā)綠色產品、優(yōu)化能源結構、合理布局產能等正成為行業(yè)發(fā)展的趨勢，從而加劇了強者愈強的馬太效應，能源、資源將進一步向頭部企業(yè)靠攏，深耕品牌建設的企業(yè)對技術的投入力度持續(xù)加大，持續(xù)加大綠色、低碳、循環(huán)經濟的比重，增強企業(yè)發(fā)展內在動力，進一步推動行業(yè)優(yōu)勝劣汰，行業(yè)集中度不斷提高。過往數十年中，中國建陶的發(fā)展呈現出大規(guī)模、低成本、高速度等特征，在世界建陶行業(yè)具有龍頭地位，而佛山更是中國陶瓷行業(yè)的代表地區(qū)。然而在雙碳、雙控政策背景下，受到房地產下行、內需飽和、成本增加等一系列因素疊加，建筑陶瓷和衛(wèi)浴行業(yè)企業(yè)競爭更加激烈，產業(yè)集中化和環(huán)保壓力將加速淘汰落后產能。同時，在后疫情時代，建筑陶瓷和衛(wèi)浴行業(yè)大行業(yè)、小公司的局面或將被打破，行業(yè)正在從過去的粗放式發(fā)展向規(guī)范化、高質量發(fā)展方向良性轉變。近幾年，陶瓷行業(yè)進入洗牌的深水期，產能資源日益集中。尤其是在雙碳雙控政策背景下，各地收緊了陶瓷生產線的擴張，加快了行業(yè)內的收購、并購潮。生一爐火、燒一壺茶、放兩把干果、烤幾顆橘子，與三五個好友圍爐而坐，喝茶談天烤火……這個冬天，脫胎于我國傳統(tǒng)民俗的圍爐煮茶火爆出圈，成為現象級的消費熱點。新的消費方式、消費場景也給陶瓷產業(yè)添了一把火。受國際局勢、疫情等因素影響，以外貿出口為主的德化陶瓷也遭遇了一個寒冬。按以往經驗，每年第四季度訂單量應處全年低位，但隨著圍爐煮茶熱度提升，德化大部分陶瓷企業(yè)今年第四季度內銷訂單量大幅上漲。隨著能源和原材料的限制，以及人力成本逐年上升，發(fā)達國家和地區(qū)逐步向發(fā)展中國家轉移技術和產能，世界陶瓷生產中心正在逐步向發(fā)展中國家轉移。同時，在全球陶瓷市場上，國際陶瓷市場呈現出市場需求多元化、個性化的特點。2023年，將是行業(yè)的另一個巨變之年。疫情的烏云將逐步消散，冰封的市場正日漸恢復。一系列的利好政策，將讓陶瓷行業(yè)觸底反彈的可能性增大。當然，也應該清醒地認識到，行業(yè)產能過剩的矛盾將進一步加劇，市場需求下滑的趨勢將不可逆轉。企業(yè)運營互聯網化互聯網化帶來了整個陶瓷企業(yè)商業(yè)模式的改變，陶瓷產業(yè)的產業(yè)配套將不只是裝備和材料，還有運營服務。這將是陶瓷企業(yè)運營的創(chuàng)新方向?；诨ヂ摼W有兩個方向，一個是互聯網+陶瓷，另一個是陶瓷+互聯網。互聯網+陶瓷比較適合低端市場的需求，把它稱為電商模式。陶瓷+互聯網比較符合中高端的市場，把它稱為云商模式。接下來將以陶瓷+互聯網為主做重點闡述。基于互聯網化的企業(yè)運營模式的創(chuàng)新，給陶瓷產業(yè)的配套產業(yè)帶來了一個新的課題和新的機會。產業(yè)配套不只是裝備和材料，還有運營服務。除了目前陶瓷行業(yè)正在做的，為陶瓷企業(yè)提供裝備、材料、設計、配套之外，基于互聯網，還可以為陶瓷企業(yè)提供把內外相連接的運營服務產業(yè)。這也就是陶瓷+互聯網，在陶瓷產業(yè)中間融入互聯網，將需求對接生產，將會產生新的效益。傳統(tǒng)的陶瓷企業(yè)，工廠生產出瓷磚賣給經銷商，由經銷商再賣給客戶。陶瓷企業(yè)并沒有直接對接客戶，不知道客戶是誰。但是一旦應用了互聯網技術，陶企就可以直接把企業(yè)跟消費者聯系起來。企業(yè)與消費者連接起來之后，陶企為消費者提供的服務質量和效率將會大幅度的提升。以歐神諾在成都的試驗為案例，在成都推出了云商的項目，做了一次活動。它的交易量比去年同期增長了66%。但是它的推廣成本下降了70%。未來這種新的商業(yè)模式在陶瓷企業(yè)的應用將會越來越廣泛，也將推動企業(yè)實現從賣產品到賣商品的轉變。在這里，商品是包括產品和服務的。所以，未來的陶瓷企業(yè)將不只是一個單純的產品制造商，它還是為消費者提供服務的服務商。陶瓷企業(yè)將從賣瓷磚產品到賣空間產品，進而逐漸發(fā)展到為消費者提供產品+服務的解決方案。這個解決方案有三個層次。第一個層次是基于品牌的瓷磚空間解決方案。一個家庭的裝修，不僅僅需要瓷磚產品。在陶瓷企業(yè)與消費者對接過程中，陶瓷企業(yè)將有機會為消費者提供除了瓷磚以外的其他家居產品。進而，陶瓷企業(yè)提供的解決方案將會上升到第二個層次，為消費者提供整體家居空間的解決方案，一旦進入這個層次，它將逐漸發(fā)展成為一個平臺，一個生態(tài)系統(tǒng)。瓷磚產品在未來將會實現與一些家居智能硬件相鏈接。占據家居空間大量地面和墻面的瓷磚，與智能傳感器的結合，將會為消費者提供智能便利的現代家居生活。如果，陶瓷企業(yè)從瓷磚的角度切入進去，就能夠為消費者提供一個智能家居的整體解決方案，這是一個未來的發(fā)展方向，當然，進入到這個階段將會有一段很長的路要走。柔性生產方式和互聯網化的運營方式為陶瓷企業(yè)帶來的新的轉變，普通的勞動者將會減少，創(chuàng)意設計、互聯網科技人才在不斷增加，這就要求陶企業(yè)人力資源管理的理念、機制和方式做出相應的改變。經過30多年的發(fā)展，中國早已成為世界瓷磚的制造大國?，F在開始進入互