Экспериментальное исследование работоспособности газодинамического подшипника
Автор: Суровцев С.В., Задорожная Е.А., Машков О.Г.
Рубрика: Контроль и испытания
Статья в выпуске: 3 т.23, 2023 года.
Бесплатный доступ
Вопрос работоспособности высокоскоростных турбомашин напрямую связан с процессами, происходящими в опорах - газовых подшипниках скольжения. Наиболее распространенной конструкцией таких опор является многолепестковый подшипник. Одно из главных направлений исследований заключается в разработке конструкции, обеспечивающей надежную работу подшипника. Одно из ключевых отличий от жидкостных опор - долговечность газовых подшипников - напрямую зависит от количества циклов пусков и остановов. Период пуска турбомашины представляет собой наиболее тяжелый режим работы лепестковых газодинамических подшипников. Критической особенностью этого режима является недостаточное формирование газового слоя на малых скоростях вращения. Нагрузка на рабочие поверхности опоры оценивается как номинальная, равная весу ротора. Если режим пуска турбомашины пройден, то в дальнейшем, при наборе оборотов, она будет работоспособна. Исследование переходного режима при запуске требует комплексного подхода, включающего как теоретические, так и экспериментальные исследования. Данная статья является продолжением теоретических исследований для лепестковых газодинамических подшипников с пакетом взаимоперекрывающихся лепестков. Основные параметры, обеспечивающие работоспособность таких опор, включают в себя: скорость всплытия вала в момент пуска и значение силы, действующей на опору. В рамках данного исследования разработана экспериментальная установка, с помощью которой получены значения скорости всплытия вала в зависимости от силы статического нагружения. Проведены серии опытов при различных вариациях начальных нагрузок, вплоть до критического значения. Результатом опытов являются значения допустимых статических нагрузок и диапазон значений скорости всплытия вала. Это исследование позволяет облегчить дальнейшие параметрические исследования при математическом моделировании процессов, происходящих в газодинамических подшипниках.
Лепестковый подшипник, газодинамический подшипник, газовая смазка
Короткий адрес: https://sciup.org/147241795
IDR: 147241795 | DOI: 10.14529/engin230307
Список литературы Экспериментальное исследование работоспособности газодинамического подшипника
- San Andrés L. A Review of Turbine and Compressor Aerodynamic Forces in Turbomachinery // Lubricants 2023, 11, 26. https://doi.org/10.3390/lubricants11010026.
- Colombo F., Lentini L., Raparelli T., Trivella A. Gas Bearings: Modelling, Design and Applica-tions // Appl. Sci. 2022, 12, 9048. https://doi.org/10.3390/app12189048
- Gu L, Guenat E, Schiffmann J. A review of grooved dynamic gas bearings // Appl Mech Rev. 2020, 72, 010802.
- Hou Y.; Zhao Q.; Guo Y.; Ren X.; Lai T.; Chen S. Application of Gas Foil Bearings in China // Appl. Sci. 2021, 11, 6210. http://doi.org/10.3390/app11136210.
- Khamari D.S.; Kumar J.; Behera S.K. A Review on Modeling and Stability Aspects of Gas Foil Bearing Supported Rotors // Tribol. Ind. 2023, 45, 12–33. https://doi.org/10.24874/ti.1381.09.22.01.
- Zhang C.; Ao H.; Jiang H.; Zhou N. Investigations on start-up performances of novel hybrid met-al rubber-bump foil bearings // Tribol. Int. 2020, 154, 106751. https://doi.org/10.1016/j.triboint. 2020.106751.
- Wang C.; Wang X.; Hu Y. Investigation on start-up performance of gas foil bearing considering wear topography evolution of non-Gaussian surface // Tribol. Int. 2023, 177, 108003. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108003.
- Liu X.; Li C.; Du J.; Nan G. Thermal Characteristics Study of the Bump Foil Thrust Gas Bearing // Appl. Sci. 2021, 11, 4311. http://doi.org/10.3390/app11094311.
- Wu F.; Hu Y. Theoretical Investigations on Tribological Properties of Air Foil Thrust Bearings during Start-Up Process // Lubricants 2023, 11, 94. https://doi.org/10.3390/lubricants11030094.
- Yu T.-Y.; Wang P.-J. Simulation and Experimental Verification of Dynamic Characteristics on Gas Foil Thrust Bearings Based on Multi-Physics Three-Dimensional Computer Aided Engineering Methods // Lubricants 2022, 10, 222. https://doi.org/10.3390/lubricants10090222.
- Bonello P.; Hassan M.F.B. An experimental and theoretical analysis of a foil-air bearing rotor system // Journal of Sound and Vibration 2018, 413, 395–420. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2017.10.036.
- Park J.; Sim K. A feasibility study of controllable gas foil bearings with piezoelectric materials via rotordynamic model predictions // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 2018, 141, 1–12. https://doi.org/10.1115/1.4041384.
- Martowicz A.; Bryła J.; Staszewski W.J.; Ruzzene M.; Uhl T. Nonlocal elasticity in shape memory alloys modeled using peridynamics for solving dynamic problems // Nonlinear Dynamics 2019, 97, 1911–1935. https://doi.org/10.1007/s11071-019-04943-5.
- Feng K.; Cao Y.; Yu K.; Guan H.; Wu Y.; Guo Z. Characterization of a controllable stiffness foil bearing with shape memory alloy springs // Tribology Int. 2019, 136, 360–371. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.03.068.
- Arghir M.; Benchekroun O. A simplified structural model of bump-type foil bearings based on contact mechanics including gaps and friction // Tribol Int 2019; 134: 129–144.
- Arghir M., and Benchekroun O. A New Structural Bump Foil Model With Application From Start-Up to Full Operating Conditions // ASME. J. Eng. Gas Turbines Power. 2019; 141(10): 101017. https://doi.org/10.1115/1.4044685
- Xu Z.; Li C.; Du J. Modeling and static characteristics study of the double-layer bump gas foil bearing // Tribol Int 2021; 164: 107202.
- Li C.; Du J.; Yao Y. Study of load carrying mechanism of a novel three-pad gas foil bearing with multiple sliding beams.// Mech Syst Signal Process 2020; 135:106372.
- Li C.; Du J.; Li J.; Xu Z. Linear stability and nonlinear rotor responses of the gas foil bearing with multiple sliding beams // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2023. https://doi.org/10.1177/09544062231163717.
- Surovtcev S., Zadorozhnaya E., Khozenyuk N., Mashkov O. Building of a Mathematical Model for Solving the Elastic–Gas-Dynamic Task of the Gas Lubrication Theory for Petal Bearings // Mathe-matics. 2023; 11(13):2901. https://doi.org/10.3390/math11132901
