当一家半导体客户为其高度关键的应用寻求不含全氟和多氟烷基物质（PFAS）的密封件时格瑞特維 GT）由科学家、工程师和技术人员组成的优秀团队立即行动起来。他们开发了定制化的、新一代、不含PFAS的弹性体，不仅满足客户对极高洁净度和性能的要求，而且在该应用中有望超越现有的FKM材料。 这些无PFAS密封解决方案最初专为半导体制造而设计，但对于许多面临类似可持续性和性能目标的行业而言，同样前景广阔。氢气压缩将材料推向极限。其低分子量要求离心压缩机以极端速度运行，这已超出了传统金属叶轮所能承受的范围。 为克服这一挑战，格瑞特維 开发了一种复合材料封闭式叶轮，其尖端速度可达创纪录的688米/秒，几乎是传统金属叶轮极限速度的两倍——传统金属叶轮在封闭式设计中通常最高运行速度为360米/秒，开放式设计中则为500米/秒，超过此速度即会破裂。    

为表彰这一成就，格瑞特維 GT）向负责该项目开发的三人团队颁发了我们备受瞩目的“创新奖”，该奖项旨在表彰和奖励那些在推动创新与合作边界方面做出杰出贡献的团队： 萨缪尔·斯图茨，技术经理； 塞巴斯蒂安·科勒，高级科学家；以及 利昂内尔·杰尔马尼耶，二级工程师。 

在此次特别活动结束后不久，结构与工程部件事业部总经理 乔治·拉瓦 在瑞士伊韦尔东莱班的工厂现场向他们颁发了奖项。随后，我们与获奖团队进行了深入交流，了解这款复合材料叶轮及其对大规模清洁能源基础设施扩建所产生的影响。  

 1. 首先，让我们从您此次获奖的理由说起。能否请您详细介绍一下PEEK复合材料叶轮及其对清洁能源行业的影响？   

塞缪尔·斯图茨：全球范围内，为了限制大气中二氧化碳浓度的上升，正在大力推动工业流程和交通运输领域的脱碳。 例如，生产玻璃、瓷砖、砖块、混凝土或钢铁的企业，都依赖高温燃烧火焰，而目前这种燃烧主要依靠天然气。氢气似乎可以作为这些连续生产工艺的潜在替代品。正因如此，许多地区正计划对氢气管道进行巨额投资。但事实证明，这带来了许多重大的技术挑战。 

我们通过这项创新所解决的唯一挑战，是在离心压缩机中对氢气进行连续压缩。事实上，作为最轻的分子，氢气需要极高的转速（实际叶尖速度），才能使叶轮高效运转。虽然目前的金属叶轮能够以接近空气中声速的叶尖速度旋转，但氢气所需的转速必须超过该值的两倍。 在达到这些数值之前，离心力就会将金属叶轮撕裂。只有凭借复合材料非凡的强度和轻量化特性，才能在如此极端条件下实现这一目标。  

塞巴斯蒂安·科勒：虽然在叶轮应用中利用复合材料更高的强度重量比这一想法并不新鲜，但实际上，由于涉及复杂的加工工艺，要制造出真正符合预期的部件却要困难得多。 凭借我们团队在热塑性复合材料加工方面的深厚知识和灵活应变能力，我们得以在如此高度复杂的几何形状应用中，充分释放这些材料的潜力。  

2. 能否分享一下这款叶轮获得该奖项背后的开发历程？   

莱昂内尔·杰尔马尼耶：这并非一个短期或简单的项目。我们不得不进行多次迭代，开展试片测试，并经历数轮工艺改进。 格瑞特維 加入格瑞特維 ，我一直致力于这个项目，因此，瑞士团队为超越600米/秒的叶尖速度目标所付出的所有努力能获得这一认可，真的非常值得。 

起初我们采用了一种不同的设计方法，但结果未达预期。我们不得不对纤维铺放进行调整，并确定一种能够在测试中承受叶轮所受高应力且性能良好的结构方案。 

该部件在测试机中的装配同样非常重要。在高速运转时，所有部件都会发生膨胀，因此必须将叶轮保持在旋转中心位置，否则会导致失衡，从而给部件带来额外应力并引发振动。我们花费了大量时间进行头脑风暴，并模拟了不同结构设计在此复杂载荷工况下会产生何种影响。   

3. 你会如何描述 其 影响？   

塞巴斯蒂安： 这一创新是开启未来氢经济的关键一步，无论氢气是直接使用，还是作为存储和/或输送其他能源的一种方式。 无论哪种方式，都将产生并输送海量的氢气，以支持可再生能源的发展。  

如此大的气体处理量，只有使用离心式压缩机才能在经济上可行，而这些离心式压缩机需要转速更高的叶轮才能压缩纯氢气。 如果没有这种叶轮，氢气就必须与较重的气体混合才能进行压缩，而这些气体在使用前还需再次分离，这将大大增加成本并增加操作复杂性。 

此外，在某些其他现有应用中（如甲烷、超临界二氧化碳或氨的压缩），离心式压缩机目前也受到叶轮材料限制的制约。 在这种情况下，复合材料叶轮同样能发挥作用——通过提高各级的压缩比，从而设计出级数更少、体积更小、成本更低的设备。   

4. 你认为这个叶轮的运动轨迹会是怎样的？  

塞巴斯蒂安： 为了更好地预测复合材料在此类应用中的材料行为，我们还有大量工作要做。 传统的数值模型一直依赖于在受控载荷工况下的强度和损伤预测，而这些工况中载荷均位于零件平面内。 而在本案例中，我们需要应对显著的 平面外载荷 以及多方向载荷，这要求开发新型模型，并进行大量实验测试，以提供有用且 高质量 的数据来支持这项工作。   

这一进展将有助于加快对叶轮项目的客户支持，将有限元分析（FEA）所需的时间缩短至原来的十分之一，并提高性能可预测性。 这既充满挑战又令人兴奋，我很高兴我们能够与一所瑞士大学合作，并为此项研究获得了瑞士政府的大额资助。   

 5. 您从这次经历中获得了哪些最重要的教训或启示？   

莱昂内尔：保持好奇心，勇于尝试，即使在理论上看似不可能，或者从未有人做过。你总能从中学到一些东西，这些经验或许能应用到其他项目中。 当然，这段经历促进了我的成长。刚格瑞特維 ，格瑞特維 复合材料方面的经验非常有限。能随着这个项目的成长而共同成长，真的非常有成就感。  

 6.您是否希望特别感谢其他任何在支持或推动创新过程中发挥了作用的合作者或领导者？ 

塞缪尔：这项创新成果得益于一支卓越的团队，他们每天都秉持着创新和优化的理念开展工作。 我还想感谢内纳德·斯雷吉奇（生产主管）和米科·科夫奇奇（技术员）在注塑成型方面的贡献，以及纪尧姆·阿比（高级技术员）和杰里米·弗鲁蒂格（学徒）在这些零件的机加工方面的付出。这是一个规模庞大且具有长期影响力的项目。公司多年来给予的支持与信任无疑是项目得以实现的关键，这也充分印证了我们充满活力的创新文化。

塞巴斯蒂安：这 确实是团队共同努力的成果，格瑞特維先进技术集团下属、专门为结构与工程部件（SEC）业务部门提供支持的这一团队所展现的垂直整合能力和敏捷性，是取得这一卓越成果的关键。 同时，也不应低估SEC业务部门及其领导层所展现的勇气——他们将这一研发项目视为“重大赌注”，并作为技术开发（TD）项目在内部持续投入资金长达五年之久，这使我们最终取得了成果，并成功吸引了客户的商业参与。

7.对有志于创新的人有什么建议吗？     

塞缪尔： 如果你有一个听起来难以实现的想法，且不确定最终的回报是否值得付出这些努力， 请不要放弃， 要放眼更广阔的格局。 问问自己：需要做什么，才能让这个想法从一个“好点子”蜕变为人人都想要的“绝佳点子”？ 发挥团队的力量，分享并讨论你的想法，以此产生好点子，然后将它们打磨得更加出色！