但是，发电厂组件在不断变化的负载下会有怎样的表现呢？ 汉诺威莱布尼茨大学 (LUH) 涡轮机械与流体动力学研究所 (TFD) 就致力于解答这样的问题。 自 2019 年 9 月起，世界上现代化水平最高的研究设施之一将为此向科学家开放。 在同名研究协会新建的“能源转换动力学” (DEW) 研究大楼内，有约 2,000 平方米的试验台，用于涡轮机械和发电厂部件（例如电动机、发电机、涡轮机、扩散器和压缩机）的试验，其试验功率高达 6 MW。 因此，该设施缩小了典型的大学实验室实验（通常只有几百 KW 的功率输出）和数百 MW 的工业原型试验之间的差距。 机械工程园区的总投资额达 1.75 亿欧元。

能源技术研究迈上新台阶

在新启用的加布森机械工程园区内，建筑的核心部分是由 Aerzener Maschinenfabrik GmbH 制造的大型压缩机站。 该站负责为各个试验台供应压缩空气，在可控性、测量精度、流量质量、可重复性和稳定性方面均可满足最高要求。 “研究高性能涡轮机械中的复杂流动现象需要能够精确提供并重现进气口和排气口条件以及质量流量的技术。 要尽可能真实地实现现代涡轮机械中的流速和级压比，这是唯一的方法”，AERZEN 研发主管 Hans-Ulrich Fleige 博士解释说。他又补充道： “通过我们的试验供气系统，试验台能够通过几乎可自由选择的负载斜坡进行动态操作，而且在很大的工作范围内都可以在高负载梯度下进行研究。 为了在现实和模型试验之间产生气动相似性，马赫数和雷诺数都可以单独调整。 因此，我们可以最好地模拟现有和未来涡轮机械的实际运行情况。” 得益于新的可能性，莱布尼茨大学的 TFD 和能源技术研究已跻身该领域全球十大领先研究中心之列。

成功首秀： 鼓风机专家化身设备制造商

150 多年来，AERZEN 这个名字始终代表着创新、高效的压缩机技术，因为它能精确地满足各种工艺的要求。 对加布森而言，来自 AERZEN 的应用专家不仅提供鼓风机和压缩机成套设备，还首次以设备工程师的身份亮相，负责整个设备的设计、规划、制造、组装和调试，包括测量和控制技术。 特殊用途机械制造（工艺气体）业务部与 LUH 和 TFD 密切合作，负责设备的开发和建造工作。 他们得到了众多内部和外部合作伙伴的支持，包括 Emmerthaler Apparatebau、Kratzer Automation、AERZEN 售后服务以及 AERZEN 研发集团。

试验供气系统（总尺寸： 82 x 15 x 9 m） 包括一个具有多级压缩功能的压缩机站、一个用于精细控制质量流量的级联旁路、一个中央质量流量测量部分、一个往返于试验台的空气分配系统（包括管道、阀门、消音器、冷却器、沉淀池和支撑钢结构）以及一套用于选择不同运行模式、类型、配置和试验台进气口条件的精密控制系统。

试验台的膨胀比在 1 到 6 之间。 进气口压力范围为 1 至 8 bar（绝对压力），最大质量流量为 25 kg/s（90,000 kg/h）。 在所有条件下，进气口温度均可控制在 60 至 200°C 之间。 该系统可在开环和闭环模式下运行，设计用于稳定和瞬态（每分钟最大容积流量的 ± 30%）运行，并可进行压力或质量流量控制。 容积流量、温度和压力可自由定义，并可独立调节。 为了实现所需的灵活性和动态性，特别是满足对极高精度的要求，AERZEN 的工程师们致力于提供高性能的技术。 例如，容积流量的偏差仅为 0.015 m³/s，而有效最大值可达 80,000 m³/s。 平均静压的设置精度可达 0.5 mbar，平均静态温度的最大波动范围为 0.3 K，而这些只是部分例子。

中央质量流量测量单元也无与伦比，总不确定性仅为 0.55%。 AERZEN 工艺空气供应项目经理 Jens-Olaf Wittenberg 强调：“控制要求高于普通测量技术的误差。” 来自 DN 700 供气管线的测试空气通过扩散器分配到五个并联的超声波气体流量计（4 条 DN 500 和 1 条 DN 200）。 有效管线的数量取决于流量，并由控制系统自动调节，因此所有气体流量计都能确保最低的测量不确定性。 为了使各个测量段的流量分布均匀，并使气体流量计的流速分布均匀，在各个气体流量计的上游设置了流量整流器，并对包括上游弯管在内的扩散器进行了流量模拟。 另外还在扩散器进气口处安装了涡流发生器，并安装了特殊部件以减小排气口面积。 由于项目规模庞大，有必要对质量流量测量进行拆分。 “根本没有可运输的 DN 700 气体流量计可用于原位校准，而这正是 TFD 所要求的”，Jens-Olaf Wittenberg 表示。

多级压缩

试验空气的热力学处理在压缩机站（总尺寸： 27 x 15 x 9 m）完成。 第一级使用两台并联的 GM 20.20 型罗茨鼓风机，每台鼓风机的进气量在 9,600 至 48,600 m³/h 之间，最大压力差为 0.8 bar（进气压力在 0.2 至 3.5 bar 之间，最大排气压力： 4.3 bar）。 第二级由两台并联的 VRa 736 S 型螺杆压缩机组成，进气量介于 6,900 和 21,600 m³/h 之间，最大压力差为 10 bar（进气压力介于 0.2 和 3.5 bar 之间，最大排气压力： 9 bar）。 所有四台设备均由带速度控制的独立电机 (690 V) 驱动，可在单机或串联运行中变速运行。 Hans-Ulrich Fleige 博士指出：“由于采用模块化设计，压缩机站非常灵活，控制范围也特别大。”他补充说： “低压由正排量鼓风机负责，中压由螺杆压缩机启动，高压则可通过鼓风机和螺杆压缩机的双级运行来实现。”

AERZEN 对隔音特别重视。 所有四台压缩机都配有两个抗式消音器；正排量鼓风机还配有两个 LAMBDA 1/4 谐振器。 这些措施在很大程度上减少了脉动及其影响。 “较大的控制范围带来了极宽的频谱。 在声音的掌控上有点困难”，Hans-Ulrich Fleige 博士承认。 为了保护周围的科研建筑（高度敏感的加速度和振动测试在其中进行），设备地基与压缩机房的地基完全分离。

该系统的一大特点是完全与现有建筑融为一体。 挑战在于如何处理有限的可用空间和已经固定的建筑静力学。 例如，约 190 吨的钢梁被用来消散由此产生的力。 此外，该系统的几乎所有组件和部件都是专门设计和制造的 — 从质量流量测量部分和扩散器到单个测试单元前的沉淀室。 就连总长达 500 米（从 DN 200 到 DN 1000）的管道和大部分弯管也不是标准的。 精心设计的流体模拟和镀锌技术带来的更好的防腐性能，这些都是与众不同之处。