Experimental Investigation of a Foil Bearing Structure with a Polymer Coating under Static Loads

• Autorzy: Żywica G. , Bagiński P.

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne strukturalnej warstwy nośnej łożyska foliowego z powłoką polimerową w zakresie obciążeń statycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gas foil bearings can operate at very high temperatures and rotational speeds. The operation under such conditions requires developing an appropriate bearing design, including the use of advanced material solutions. This article presents one of the basic stages of work on a new foil bearing, namely, experimental research on the structural supporting layer of such a bearing regarding its static loads. Tests of the bearing were carried out on a test rig specially prepared for this purpose. Changing the magnitude and direction of the load was possible. The elasto-damping elements of the bearing were made of thin metal foils. In addition, a layer of carefully selected polymer was applied onto one side of the top foil in order to protect the Surface and reduce friction. Characteristics of the structure of the foil bearing were determined at various load variants after taking a series of measurements upon it. The conducted research has yielded much information about static characteristics of the structural supporting layer of a new foil bearing in which the top foil’s surface is covered with a layer of polymer. These results can be used, among other things, to optimise the bearing design and to verify numerical models.

PL

Gazowe łożyska foliowe mogą być stosowane przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych oraz w wysokich temperaturach. Praca w takich warunkach wymaga jednak odpowiedniej konstrukcji łożyska oraz zaawansowanych rozwiązań materiałowych. W niniejszym artykule przedstawiono jeden z podstawowych etapów prac nad nowymi łożyskami foliowymi, polegający na badaniach eksperymentalnych strukturalnej warstwy nośnej takich łożysk w zakresie obciążeń statycznych. Badania wykonano na specjalnie do tego celu przygotowanym stanowisku laboratoryjnym, umożliwiającym zmianę wartości i kierunku działania obciążenia. Elementy sprężysto-tłumiące badanego łożyska zostały wykonane z cienkich metalowych folii. Dodatkowo, folia ślizgowa została z jednej strony pokryta wyselekcjonowanym materiałem polimerowym, który zmniejszał tarcie i pełnił funkcję ochronną. Badania obejmowały kilka serii pomiarowych, w których wyznaczono charakterystyki badanego układu przy różnych wariantach obciążenia. Dzięki przeprowadzonym badaniom pozyskano charakterystyki statyczne strukturalnej warstwy nośnej nowego łożyska foliowego z powłoką wykonaną z materiału polimerowego, które można wykorzystać m.in. do optymalizacji konstrukcji oraz weryfikacji modeli łożyska.

Słowa kluczowe

EN

foil bearings; high-speed bearings; static load; structural stiffness

PL

łożyska foliowe; łożyska wysokoobrotowe; obciążenie statyczne; sztywność strukturalna

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 2
• Strony: 153--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Żywica G.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences in Gdańsk, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics, Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Bagiński P.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences in Gdańsk, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics, Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

Bibliografia

• 1. DellaCorte C.: A new foil air bearing test rig for use to 700 °C and 70,000 rpm, Technical Report No. NASA TM-107405, Washington (USA) 1997.
• 2. Nalepa K., Pietkiewicz P., Żywica G.: Development of the foil bearing technology, Technical Sciences, 12, 2009, pp. 229–240.
• 3. DellaCorte C.: Oil-Free shaft support system rotordynamics: Past, present and future challenges and opportunities, Mechanical Systems and Signal Processing, 29, 2012, pp. 67–76.
• 4. Lai T., Guo Y., Wang W., Wang Y., Hou Y.: Development and application of integrated aerodynamic protuberant foil journal and trust bearing in turboexpander, International Journal of Rotating Machinery, 2017, Art. ID: 8430943.
• 5. Zheng Y., Lai T., Chen S., Chen L., Liu L., Hou Y.: Static characteristics of six pads multilayer protuberant foil thrust bearings, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 213(2), 2017, pp. 158–164
• 6. Żywica G., Kiciński J., Bagiński P.: The static and dynamic numerical analysis of the foil bearing structure, Journal of Vibration Engineering & Technologies, 4(3), 2016, pp. 213–220.
• 7. Tkacz E., Kozanecki Z., Kozanecka D., Łagodziński J.: A Self-Acting Gas Journal Bearing with a Flexibly Supported Foil – Numerical Model of Bearing Dynamics, International Journal of Structural Stability and Dynamics, 17, 2017.
• 8. Feng K., Guan H.-Q., Zhao Z.-L., Liu T.-Y., Active bump-type foil bearing with controllable mechanical preloads, Tribology International 120, 2018, pp. 187–202.
• 9. Hoffmann R., Liebich R.: Experimental and numerical analysis of the dynamic behaviour of a foil bearing structure affected by metal shims, Tribology International, 115, 2017, pp. 378–388.
• 10. Feng K., Liu W., Yu R., Zhang Z.: Analysis and experimental study on a novel gas foil bearing with nested compression springs, Tribology International, 107, 2017, pp. 65–76.
• 11. Jahanmir S., Heshmat H., Heshmat C.: Assessment of tribological coatings for foil bearing applications, Tribology Transactions, 52(2), 2009, pp. 231–242.
• 12. Żywica G., Bagiński P., Banaszek S.: Experimental studies on foil bearing with a sliding coating made of synthetic material, Journal of Tribology, 138, 2016, 011301.
• 13. Żywica G., Bagiński P., Andrearczyk A.: Experimental research on gas foil bearings with polymer coating at an elevated temperature, Tribologia, 3, 2016, pp. 217–227.
• 14. Heshmat H., Hryniewicz P., Walton II J. F., Willis J. P., Jahanmir S., DellaCorte C.: Low-friction wear-resistant coatings for high-temperature foil bearings, Tribology International, 38, 2005, pp. 1059–1075.
• 15. Żywica G., Bagiński P., Breńkacz Ł., Miąskowski W., Pietkiewicz P., Nalepa K.: Dynamic state assessment of the high-speed rotor based on a structural-flow model of a foil bearing, Diagnostyka, 18(1), 2017, pp. 95–102.
• 16. Fatu A., Arghir M.: Numerical analysis of the impact of manufacturing errors on the structural stiffness of foil bearings, ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 140(4), 2017, 041506.
• 17. Shalash K., Schiffmann J.: On the manufacturing of compliant foil bearings, Journal of Manufacturing Processes, 25, 2017, pp. 357–368.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).