Анализ траектории движения ротора на лепестковом газодинамическом подшипнике
Автор: Суровцев Сергей Викторович, Задорожная Елена Анатольевна, Киесш Владлена Янэковна
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 2 т.26, 2026 года.
Бесплатный доступ
Возрастающие требования к надежности и эффективности высокоскоростных роторных систем, применяемых в турбо-машиностроении, авиационных двигателях и энергетическом оборудовании, напрямую связаны с процессами, происходящими в газовых опорах. В этой связи лепестковые газодинамические подшипники представляют собой перспективную альтернативу традиционным масляным опорам благодаря отсутствию смазки, низким потерям на трение и способности работать в экстремальных температурных условиях. Несмотря на указанные преимущества, нелинейная природа газовой пленки и сложная динамика взаимодействия ротора с деформируемой лепестковой структурой создают серьезные трудности при прогнозировании траекторий движения ротора, что может приводить к нестабильности и резонансным явлениям. Целью работы является анализ траекторий движения ротора на лепестковых газовых подшипниках при различных частотах вращения. Для определения жесткости упругого пакета лепестков в работе реализован комбинированный подход: численное моделирование нестационарных процессов в газовой смазке выполнено в программном комплексе ANSYS с применением модели упругой деформации лепестков. Параллельно с расчетной частью проведена серия экспериментов на установке с использованием двух взаимно перпендикулярных прокси-метров, что позволило восстановить орбиты движения ротора и выполнить спектральный анализ сигналов. Для обработки экспериментальных данных применялось разложение сигналов на гармонические составляющие с последующим сопоставлением частотных компонентов и восстановлением траекторий движения. В качестве основного результата представлено сравнение амплитуд орбит, полученных численно и экспериментальным путем. Установлено, что относительное расхождение амплитуд не превышает 7 %, при этом наблюдается совпадение основных частот и доминирующих гармоник. Полученные результаты подтверждают адекватность разработанной модели и возможность ее применения для анализа динамики лепестковых газодинамических подшипников, оценки устойчивости роторных систем и прогнозирования вибрационных режимов работы оборудования.
Лепестковый подшипник, газодинамический подшипник, газовая смазка, эксперимент, динамика ротора, спектральный анализ, орбита ротора
Короткий адрес: https://sciup.org/147254522
IDR: 147254522 | УДК: 625.76.08 | DOI: 10.14529/engin260207
Analysis of rotor motion trajectories on a leaf-type bearing
Increasing demands for the reliability and efficiency of highspeed rotor systems used in turbomachinery, aircraft engines, and power engineering equipment are directly related to the processes occurring in gassupported bearings. In this regard, foil gas dynamic bearings represent a promising alternative to conventional oillubricated supports due to the absence of lubrication, low friction losses, and the ability to operate under extreme temperature conditions. Despite these advantages, the nonlinear nature of the gas film and the complex dynamics of rotor interaction with the deformable foil structure create significant difficulties in predicting rotor trajectories, which may lead to instability and resonance phenomena. The aim of this study is to analyze rotor motion trajectories in foil gas dynamic bearings at different rotational speeds. To determine the stiffness of the elastic foil package, a combined approach was implemented. Numerical simulation of unsteady gas lubrication processes was performed in ANSYS using a model of elastic foil deformation. In parallel with the numerical analysis, a series of experiments was carried out on a dedicated test rig. Two mutually perpendicular proximity probes were used to reconstruct rotor orbits and perform spectral analysis of the measured signals. Experimental data processing included decomposition of the signals into harmonic components followed by comparison of frequency components and reconstruction of motion trajectories. The main result of the study is a comparison of orbit amplitudes obtained numerically and experimentally. It was established that the relative deviation of amplitudes does not exceed 7 %, while the main frequencies and dominant harmonics fully coincide. The obtained results confirm the adequacy of the developed model and demonstrate the possibility of its application for analyzing the dynamics of foil gas dynamic bearings, evaluating rotor system stability, and predicting vibration operating conditions of highspeed rotating equipment.
