Operational problems of high-speed foil bearings tested under laboratory conditions

• Autorzy: Żywica G. , Bagiński P.

Warianty tytułu

PL

Problemy eksploatacyjne wysokoobrotowych łożysk foliowych badanych w warunkach laboratoryjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses several issues related to the operation of gas foil bearings. Such bearings can withstand operation under very difficult conditions, such as very high rotational speeds or elevated temperature. At high rotational speeds, they provide low vibration levels. However, at low speeds, their operation causes some problems that are rarely discussed in the literature. The long-term operation of a foil bearing at low speed can result in a rapid wear of bearing components and their damage. The article gives special attention to issues such as wear of mating surfaces, material selection, the considerable journal displacements occurring at changes in speed, load and temperature, high starting torque, and initial clamp load after assembly. The discussed problems are illustrated by means of practical examples. Gaining a thorough understanding of these problems is a key factor when determining application areas of foil bearings, taking into consideration their essential operational properties. This paper sums up experiences the authors gathered so far, especially the ones related to testing and manufacturing gas foil bearings as well as attempts of applying such bearings to various types of fluid-flow machinery.

PL

W niniejszym artykule omówiono zagadnienia związane z eksploatacją gazowych łożysk foliowych. Łożyska tego typu mogą pracować przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych, zapewniając niski poziom drgań wirnika. Podczas ich eksploatacji występują jednak pewne problemy, które nasilają się przy niskich prędkościach obrotowych. Może to powodować przyspieszone zużycie elementów łożyska prowadzące do ich uszkodzenia. W artykule zwrócono szczególną uwagę na: zużycie współpracujących powierzchni i dobór materiałów, przemieszczenia czopa występujące przy zmianach prędkości, temperatury i obciążenia oraz duży moment rozruchowy i zacisk wstępny. Omawiane problemy zostały poparte kilkoma przykładami. Znajomość tych zagadnień ułatwia określenie potencjalnych obszarów zastosowań łożysk foliowych oraz uwzględnienie ich rzeczywistych właściwości eksploatacyjnych. Artykuł stanowi podsumowanie dotychczasowych doświadczeń autorów związanych z rozwojem metod badania i wytwarzania gazowych łożysk foliowych oraz próbą ich zastosowania w różnego typu maszynach przepływowych.

Słowa kluczowe

EN

foil bearings; gas bearings; high-speed bearings; bearing wear

PL

łożysko foliowe; łożysko gazowe; łożysko wysokoobrotowe; zużycie łożysk

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 2
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Żywica G.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gdańsk

autor

Bagiński P.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gdańsk

Bibliografia

• 1. Agrawal G.L.: Foil air/gas bearing technology - an overview. ASME Paper No. 97-GT-347, 1997.
• 2. Bruckner R.J.: An assessment of gas foil bearing scalability and the potential benefits to civilian turbofan engines. Proceedings of ASME Turbo Expo 2010, Glasgow (UK), 2010.
• 3. DellaCorte Ch.: 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.
• 4. DellaCorte Ch.: Oil-free shaft support system rotordynamics: past, present and future challenges and opportunities. Mechanical Systems and Signal Processing, 2012, 29, 67-76.
• 5. Heshmat H., Hryniewicz P., Walton II J.F., Willis J.P., Jahanmir S., DellaCorte Ch.: Low-friction wear- resistant coatings for high-temperature foil bearings, Tribology International, 2005, 38, 1059-1075.
• 6. Żywica G., Bagiński P., Banaszek S.: Experimental studies on foil bearing with a sliding coating made of synthetic material. Journal of Tribology - Transactions of the ASME, 2016, 138(1), 011301.
• 7. Jahanmir S., Heshmat H., Heshmat Ch.: Assessment of tribological coatings for foil bearing applications. Tribology Transactions, 2009, 52(2), 231-242.
• 8. Kiciński J., Żywica G.: Steam microturbines in distributed cogeneration. Springer, Cham, 2014.
• 9. Kozanecki Z., Kiciński J., Żywica G.: Numerical model of the high speed rotors supported on variable geometry bearings, IUTAM Symposium on emerging trends in rotor dynamics, New Delhi, India, 2011, 217-227.
• 10. Żywica G., Kiciński J., Bagiński P.: The static and dynamic numerical analysis of the foil bearing structure. Journal of Vibration Engineering & Technologies, 2016, 4(3), 213-220.
• 11. Tkacz E., Kozanecka D., Kozanecki Z., Łagodziński J.: Oil-free bearing development for high- speed turbomachinery in distributed energy systems - dynamic and environmental evaluation. Open Engineering, 2015, 3, 343-348.
• 12. Żywica G., Bagiński P., Andrearczyk A.: Analysis of thermal damage in the high-speed foil bearing. 12th International Conference Mechatronic Systems and Materials MSM’2016, Białystok, Poland, July 3-8, 2016.

Uwagi

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