【行业动态】格林维尔试验台：全球最大的重型燃气轮机训练营

导读：美国南卡罗来纳州以发明惩罚性锻炼著称，它是美国要塞军校（TheCitadel）所在地，该校又称为南卡罗林纳军事学院，创立于1843年，以在美国南北战争期间开第一枪而闻名，这里也是美国海军陆战队新兵进行炼狱训练的好营地。而在离这个军校以北几百英里的格林维尔市，也有一个同样艰苦的新兵训练营，但不同的是，在格林维尔的受训者不是新兵蛋子，而是即将发往全球各地的燃气轮机发电设备。

今年夏天，世界上最大，效率最高的重型燃气轮机9HA.02在世界上最严酷的发电厂中开始“展示自己”的步伐，准确的来说，该电厂是一个巨大的离网燃气轮机验证设施，位于GE发电大型燃气轮机工厂的后面。而教官则是冷静，和蔼可亲的伯特-史塔克（Bert Stuck），他曾在GE航空和发电事业部工作了长达37年。

这位资深工程师自嘲自己负责燃气轮机试验台就是一个巨大的酷刑室，他笑着说：“不一样的地方是，我们的座右铭是'学习'。”

即便如此，史塔克和他的工程师团队将会在9HA.02重型燃机部署到发电现场之前，让其工作到各种极限状态，以考验整个燃气轮机的性能。9HA.02重型燃机发电功率为571兆瓦，可以为拥有65万户家庭的城市供电，而他们已经为该型重型燃机提供了完整的测试计划以确保这种能力的实现。

史塔克解释道：“我们将探索重型燃机的整个运行包线，从内部到外部。”这是燃气轮机可以安全有效运行的参数范围的行话。以这种方式考验机器非常重要，因为它向客户证明燃气轮机可以在某些极限条件下仍能承受超出他们在普通服务中所遇到的运行条件，维持用户电网的正常工作。

工程师将在所有的方面测试燃气轮机，其长长的清单包括性能、效率、操作灵活性、机械耐久性、燃料适应性能力、对电网波动的响应等等。

作为世界上最大，最高效的重型燃气轮机，9HA.02将部署在从炎热的马来西亚到寒冷的北欧的各个地方，因此，它在各种条件下都能达到承诺的一流性能和效率至关重要。史塔克表示，他的工程师有一个可以复现各种闷热的天气和寒冷的天气的技巧，但无需将试验台内的温度调到最大值或者降到零。他说：“我们通过修改一些关键参数，比如气体流量或者燃料参数，从而使得该燃机认为它在不同的条件下运行。”

这可能听起来感觉像是在随机的修修补补，但实际上，这种测试工作井然有序，因为测试期间采取的每个步骤都会由一组燃气轮机和控制专家在试验测试之前进行仿真模拟。史塔克说：“我们希望了解测试单元和试验设施是如何共同发挥作用，而这些仿真模拟让我们对将要发生的事情提前有了很好的了解。”

虽然这让测试过程变得很少发生大的惊喜，但测试仍然是一个巨大的学习过程。整个燃气轮机有大约5,000台仪表仪器，可以不断收集燃气轮机相关运行、性能和效率数据。这些传感器每秒向格林维尔的数据中心传送大约1GB的数据，而在数据中心则是一组由大约75名设计工程师操作的计算机群，这类似于美国NASA的任务控制中心。

测试期间，安全性至关重要，这些工程师会对任何看起来不寻常的数据读数保持警惕。“这是第一优先级，即便我们有很多手段来保持燃气轮机的安全运行。“他解释说，这种机制也使得在任何燃气轮机部件发生故障之前，测试总监可以轻松地将燃气轮机返回到安全工作点。

史塔克说：“然后他们将开始审查数据，工程师将深入研究各种数据流，包括组件温度，气流和冷却速率，气压，叶片振动，燃油经济性，效率和功率输出。设计团队可以了解设备如何实时运行的，以及分析事件后的数据流。”

工程师将追求可能获得的性能或效率方面的任何边际收益，它可能会导致最后一刻的微调。然而，即使只是对涡轮叶片的护罩或翼型的微小调整都可以获得更大的耐用性，或者对抽气端口的几何形状进行小的调整可以优化冷却气流，进一步获得更高的效率。“我们将在工厂对实际生产的燃机进行这些硬件修改，以造福客户。”史塔克说。

同时，格林维尔的燃气轮机与美国海军新兵训练一样艰苦，新兵的训练通常持续13周，而9HA.02也将在近三个月内经历约200小时的测试运行，而每次的测试时间将持续12小时甚至2天。

在不同负载条件下测试9HA.02也至关重要，以证明能够应对频繁启停。由于风能和太阳能等可再生能源的增长，目前越来越多的燃气轮机需要在各种负载和运行模式下运行，发挥调峰作用，例如，公用事业公司可能会在可再生能源发电充足和用电低需求期间关闭9HA.02燃机，并在用电需求增加和太阳能或风力发电量下降时重新开启。而9HA.02重型燃机在全速空载条件下，只需要大约10分钟就可以达到全功率。”

而许多特殊测试如频繁启停能力，不方便甚至根本无法在客户现场完成。而格林维尔试验台就像一个特殊的室内游乐场，允许工程师无风险地将燃气轮机一次次的推向极限，因为该试验台并没有连接到电网。“这意味着我们可以复制各种奇怪的条件而不会有任何对电网造成干扰的危险，”史塔克解释道。

GE还建立了一个专用的液体天然气储存设施，以补充测试台上的燃料流量，以及一个特殊的运输轨道和一个转盘，以便将这些重达数百吨的工业巨兽轻松的进出试验台。

不过尽管试验台上“风云变幻“，但测试台外却看不到任何特殊迹象，史塔克认为这种不协调正是试验台的魅力所在，他说：“如果你站在建筑物外面，你根本不知道里面发生了什么，但你在测试台上，你会发现你基本上面对的是一个完整的电厂。”

最后，史塔克还特别重申燃气轮机物理测试的价值，他解释说：“虽然物理测试的本身代价不菲，而你可以在计算机中模拟你想要的工况，但是总是有一些你无法模拟的东西。”

在格林维尔的试验台上，史塔克已经为GE公司训练了一支性能先进，运行可靠的燃气轮机方阵，而9HA.02燃气轮机是他的第4个杰作，史塔克表示：“我们的客户喜欢这样的想法，即我们在它们到达现场之前就像这样测试整个燃机，这让他们对我们的产品更加充满信心。”