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

• Autorzy: Bagiński P. , Żywica G.

Warianty tytułu

PL

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

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of research on the structural elements of a prototypical foil bearing in terms of its dynamic loads. In the framework of dynamic tests, several dozens of measurement series were carried out on a test rig specially prepared for this purpose. Dynamic excitations were applied using an electromagnetic exciter that enables changing the amplitude and frequency of the excitation force. Owing to this, it was possible to determine characteristics of the tested system in a wide range of loads and frequencies. A value of 400 Hz was assumed as the upper limit of the excitation frequency. The test rig enabled considering the direction of dynamic loads, which, as it turned out, had a significant impact on the obtained results. The research findings show that both the amplitude and frequency of an excitation force have a major impact on the stiffness and damping of the structural part of the foil bearing. The results of dynamic load tests complement the results of static tests performed earlier.

PL

Przedstawiono wyniki badań elementów strukturalnych prototypowego łożyska foliowego w zakresie obciążeń dynamicznych. W ramach badań dynamicznych przeprowadzono kilkadziesiąt serii pomiarowych na specjalnie do tego celu przygotowanym stanowisku badawczym. Wymuszenie dynamiczne było realizowane za pomocą wzbudnika elektromagnetycznego, umożliwiającego zmianę amplitudy i częstotliwości siły wymuszającej. Pozwoliło to na wyznaczenie charakterystyk badanego układu w szerokim zakresie obciążeń i częstotliwości. Jako górną granicę częstotliwości wymuszenia przyjęto 400 Hz. Zastosowane stanowisko laboratoryjne pozwoliło na uwzględnienie różnych kierunków działania obciążenia dynamicznego, co, jak się okazało, miało istotny wpływ na uzyskiwane wyniki. Przeprowadzone badania wykazały, że zarówno amplituda, jak i częstotliwość wymuszenia mają bardzo duży wpływ na sztywność i tłumienie strukturalnej części łożyska foliowego. Wyniki badań w zakresie obciążeń dynamicznych stanowią uzupełnienie wcześniej przeprowadzonych testów statycznych.

Słowa kluczowe

EN

gas foil bearings; high-speed bearings; dynamic load; dynamic stiffness

PL

gazowe łożyska foliowe; łożyska wysokoobrotowe; obciążenie dynamiczne; sztywność dynamiczna

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 5
• Strony: 5--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Bagiński P.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery of the Polish Academy of Sciences in Gdańsk, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk, Poland

autor

Żywica G.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery of the Polish Academy of Sciences in Gdańsk, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• 1. Andrés L. S. and Kim T. H.: Forced nonlinear response of gas foil bearing supported rotors, Tribol. Int., Aug. 2008, vol. 41, no. 8, pp. 704–715.
• 2. Tabares D. R.: Rotordynamic Performance of a Rotor Supported on Bump-type Foil Bearings: Experiments and Predictions, J. Chem. Inf. Model., 2013, vol. 53, no. 9, pp. 1689–1699.
• 3. San Andrés L., Norsworthy J.: Structural and Rotordynamic Force Coefficients of a Shimmed Bump Foil Bearing: An Assessment of a Simple Engineering Practice, J. Eng. Gas Turbines Power, 2016, vol. 138, no. 1, p. 12505.
• 4. Dykas B., Bruckner R., DellaCorte C., Edmonds B., Prahl J.: Design, Fabrication, and Performance of Foil Gas Thrust Bearings for Microturbomachinery Applications, J. Eng. Gas Turbines Power, 2009, vol. 131, no. 1, p. 12301.
• 5. Łagodziński J., Miazga K. and Musiał I.: Application of a compliant foil bearing for the thrust force estimation in the single stage radial blower, Open Eng., 2015, vol. 5, no. 1.
• 6. Emerson T. P.: The Application of Foil Air Bearing Turbomachinery in Aircraft Environmental Control Systems, in ASME Intersociety Conference on Environmental Systems, pp. 780-NaN-18.
• 7. Hou Y., Yang S., Chen X., Chen R., Lai T., Chen S.: Application of compliant foil bearings in a cryogenic turboexpander, Harbin Gongcheng Daxue Xuebao/Journal Harbin Eng. Univ., 2015, vol. 36, no. 4.
• 8. San Andrés L., Ryu K. and Kim T. H.: Identification of Structural Stiffness and Energy Dissipation Parameters in a Second Generation Foil Bearing: Effect of Shaft Temperature, J. Eng. Gas Turbines Power, 2011, vol. 133, no. March, p. 32501.
• 9. Feng K., Hu J., Liu W., Zhao X., Li W.: Structural Characterization of a Novel Gas Foil Bearing With Nested Compression Springs: Analytical Modeling and Experimental Measurement, J. Eng. Gas Turbines Power, 2016, vol. 138, no. 1, p. 12504.
• 10. DellaCorte C., Radil K. C., Bruckner R. J., Howard S. A.: Design, Fabrication, and Performance of Open Source Generation I and II Compliant Hydrodynamic Gas Foil Bearings, Tribol. Trans., 2008, vol. 51, no. 3, pp. 254–264.
• 11. Rubio D., San Andrés L.: Bump-Type Foil Bearing Structural Stiffness: Experiments and Predictions,” J. Eng. Gas Turbines Power, 2006, vol. 128, no. 3, p. 653.
• 12. Zywica G., Baginski P., Banaszek S.: Experimental Studies on Foil Bearing with a Sliding Coating Made of Synthetic Material, J. Tribol., 2016, vol. 138, no. 1.
• 13. Feng K., Liu Y., Zhao X., Liu W.: Experimental Evaluation of the Structure Characterization of a Novel Hybrid Bump-Metal Mesh Foil Bearing, J. Tribol., 2015, vol. 138, no. 1, p. 21702.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).