泽工智享｜基于FloTides完成燃机润滑系统建模和计算
燃气轮机（燃机）润滑系统是确保燃气轮机正常运行的关键辅助系统之一。它的作用是为燃气轮机的轴承、传动装置（辅助齿轮箱）、转子上的各个轴承等提供充足、清洁、具有适宜温度和压力的润滑油，以防止轴承烧毁、轴颈过热等问题。其中，供油系统的管路设计是一个复杂的工程任务（见封面图），需要综合考虑流体力学、热力学、材料科学和机械工程等多个领域。设计的目标是确保燃气轮机在各种工况下都能得到有效的润滑，同时保证系统的可靠性和安全性。
润滑系统主要包括：边界元件、孔板元件、管元件、损失元件和三通元件等。通常边界元件（油泵和阀门）提供流量和压力作为起点，经过孔、管元件和损失元件作为流径按设计要求流向需要润滑和冷却部件。由于过多和过少的润滑油都会引起润滑部件温度异常和磨损问题，因此需要在设计过程中准确的计算出每个润滑之路对应的流量和压力。
一维管路系统仿真是针对润滑系统设计的重要手段，它通过简化模型来减少计算资源的消耗，同时提供足够的精度来预测润滑系统的流动状态。FloTides作为拥有先进算法、数据完善、功能全面的热流体系统仿真工具。软件以其高效的计算效率、精确的求解能力和便捷快速的建模方式适用于润滑系统的一维仿真技术。通过FloTides对某一复杂燃机润滑系统建模（由15个间隙元件+8个三通+30组管径+10个突缩元件+10孔板元件组成等组成）进行搭建。
图1 基于FloTides搭建的某燃机润滑一维系统案例
通过运行FloTides搭建润滑系统得到各个油路对应的不同部件压力、流量和温度等参数（见图3），与设计要求的进行对比和校核从而确定整个润滑系统具体参数。
图2 基于FloTides运行结果
在计算精度方面，通过提取FloTides每个孔板部件对应流量和孔板直径与参考结果对比（见表1），从结果来看：不同支路的孔板整体的计算偏差与实际对比不超过0.5%，实现燃机润滑系统的精确计算。
表1参考结果和FloTides结果对比
参考结果 | FloTides | 偏差 | ||
Orifice 1 | 设定流量m³/s | 4.72E-05 | 4.72E-05 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.044869112 | 0.04485 | 0.04% | |
孔口直径m | 0.00162993 | 0.0016337 | 0.23% | |
Orifice 2 | 设定流量m³/s | 2.36E-05 | 2.36E-05 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.0224345 | 0.02242 | 0.06% | |
孔口直径m | 0.00119567 | 0.0012014 | 0.48% | |
Orifice 3 | 设定流量m³/s | 2.36E-05 | 2.36E-05 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.0224345 | 0.02242 | 0.06% | |
孔口直径m | 0.00121405 | 0.0012121 | 0.16% | |
Orifice 4 | 设定流量m³/s | 1.42E-04 | 1.42E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.134606956 | 0.134803 | 0.15% | |
孔口直径m | 0.0034 | 0.00339 | 0.29% | |
Orifice 5 | 设定流量m³/s | 1.42E-04 | 1.42E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.134606956 | 0.134803 | 0.15% | |
孔口直径m | 0.0034 | 0.00339 | 0.29% | |
Orifice 6 | 设定流量m³/s | 1.42E-04 | 1.42E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.134606956 | 0.134803 | 0.15% | |
孔口直径m | 0.0034 | 0.00339 | 0.29% | |
Orifice 7 | 设定流量m³/s | 1.42E-04 | 1.42E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.134606956 | 0.134803 | 0.15% | |
孔口直径m | 0.0034 | 0.00339 | 0.29% | |
Orifice 8 | 设定流量m³/s | 1.18E-04 | 1.18E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.11217278 | 0.1121 | 0.06% | |
孔口直径m | 0.00257684 | 0.0025687 | 0.32% | |
Orifice 9 | 设定流量m³/s | 1.89E-04 | 1.89E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.179476258 | 0.1794 | 0.04% | |
孔口直径m | 0.00331523 | 0.0033061 | 0.28% | |
Orifice 10 | 设定流量m³/s | 1.89E-04 | 1.89E-04 | 0.00% |
计算流量kg/s | 0.179476258 | 0.1794 | 0.04% | |
孔口直径m | 0.0034839 | 0.0034828 | 0.03% |
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