Nieliniowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmiennej geometrii w aplikacji Power MEMS.

• Autorzy: Martyna M.

Warianty tytułu

EN

Non-linear model of a tilting pad gas journal bearing applied in the Power MEMS.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z głównych wyzwań realizowanym od niemal dwóch dekad w wielu ośrodkach badawczych jest próba zbudowania wysokoobrotowej mikromaszyny przepływowej w technologii MEMS. Wyzwanie to związane jest z zapotrzebowaniem w zakresie maszyn przetwarzających energię z dużą gęstością mocy w skali mili i mikro. Zaprezentowane wyniki obliczeń numerycznych mają na celu teoretyczne porównanie działania ultrakrótkich mikrołożysk poprzecznych o zmiennej geometrii dla dwóch różnych systemów podparcia segmentów oraz łożysk o stałej geometrii. Zasadniczym i osiągniętym celem takiego porównania jest wykazanie, że przy odpowiednim doborze parametrów elastycznego podparcia segmentów możliwe jest uzyskanie zadawalających parametrów funkcjonowania mikrołożyska poprzecznego o niskim stosunku długości do średnicy (L/D<0.1). W obliczeniach posłużono się nieliniowym modelem łożyska poprzecznego o zmiennej geometrii, który podczas prowadzonych badań układu łożyskowego w powiększonej skali wykazywał dobrą zgodność wyników obliczeń teoretycznych z eksperymentem. Badania, których wyniki tutaj zaprezentowano, są częścią projektu badawczego prowadzonego w ramach współpracy IMP PŁ i ONERA.

EN

Aspirations for construction of a high-speed Power MEMS micro-turbomachinery have been one of major challenges in many research centers all over the world for almost two decades. This tendency results from the demand for micro-scale devices which are able to process energy with high power density. The presented numerical investigations have been conducted in order to compare theoretically the ultra-short tilting pad gas journal bearing with two different pivot systems and the corresponding multi-lobe gas journal bearing applied in the Power MEMS. The fundamental goal of this comparison is to show that it is possible to achieve advantageous performance parameters of the journal micro-bearing with a low length to diameter aspect ratio (L/D<0.1), provided the parameters of elastic pivots are properly selected. The non-linear model of the tilting pad gas journal bearing which yielded a good agreement of numerical calculation results with the experiment in the macro-scale has been used in the computations. The investigations discussed herein are a part of the research project conducted within the co-operation between the Institute of Turbomachinery Technical University of Lodz (Poland) and The Office National d'Etudes et de Recherches Aeronautiques (ONERA, France).

Słowa kluczowe

PL

model nieliniowy; łożysko o zmiennej geometrii; mikrołożysko; Power MEMS

EN

non-linear model; tilting pad gas journal bearing; micro-bearing; Power MEMS micro-turbine

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 42, nr 2
• Strony: 19--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Martyna M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Maszyn Przepływowych, ul. Wólczańska 219/223, 90-924 Łódź, tel. [phone],

Bibliografia

• [1] Dessornes O., Guidez J., Rribaud, Y., Courvoisier T., Dumand C., Orain M., Kozanecki Z., Helin P., Le Moal P., Minotti P.: "Three Technological Bricks for a Micro Turbine Concept for Micro Power Generation", Proceedings of The Fifth International Workshop on Micro Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, PowerMEMS 2005, Tokyo (2005), Japan.
• [2] Rribaud Y., Dessornes O., Guidez J., Courvoisier T., Dumand C., Kozanecki Z., Helin P., Le Moal P., Minotti P.: "The Experience Gained on the Ultra Microturbine: from Energetics to Component Bricks Studies", Proceedings of The Fifth International Workshop on Micro Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, PowerMEMS 2005, Tokyo (2005), Japan.
• [3] Kozanecki Z., Dessornes O., Kechana F., Helin P., Le Moal P., Courvoisier T.: "Tilting pad bearings for microturbine", Proceedings of The Sixth International Workshop on Micro Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, PowerMEMS 2006, Berkeley (2006), U.S.A.
• [4] Rribaud Y., Dessornes O.: "Energetic Behavior of a MEMS Microturbine Concept", Proceedings of SYMKOM’05, Lodz (2005), Poland, CMP-Turbomachinery, TUL, Vol. 2, No. 128, 2005, 449-456.
• [5] Ayon A.A., Zhang X., Khanna R.: "Ultra Deep Anisotropic Silicon Trenches Using Deep Reactive Ion Etching (DRIE)", Proceedings of Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head Island, South California (2000), U.S.A., 339-342.
• [6] Lin C. C., Ghodssi R., Ayon A.A., Chen D. Z., Jacobson S. A., Breuer K. S., Epstein A. H., Schmidt M. A.: "Fabrication and Characterization of a Micro Turbine/Bearing Rig", Proceedings of IEEE the 12th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS'99), Orlando, FL (1999), U.S.A., 529-533.
• [7] Epstein AH.: "Milimeter-Scale, Micro-Electro-Mechanical Systems Gas Turbine Engines", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, ASME, Vol. 126, No. 2 (2004) 205-226.
• [8] Orr D.J.: "Macro-Scale Investigation of High Speed Gas Bearings for MEMS Devices", Ph.D. thesis, MIT Department of Aeronautics and Astronautics, MIT, Cambridge (1999).
• [9] Liu L.X., Teo C.J., Epstein A.H., Spakovszky Z.S.: "Hydrostatic Gas Journal Bearings for Micro-Turbo Machinery", Journal of Vibration and Acoustic, ASME, Vol. 127 (2005) 157-164.
• [10] On line: http://www.kmcbearings.com/products/journal_bearings/fp_gas_brg.html
• [11] Daejong K.: "Virtual Design of LIGA Fabricated Meso Scale Gas Bearings for Microturbo-machinery". Proceedings of The Sixth International Workshop on Micro Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, PowerMEMS 2006, Berkeley (2006), U.S.A.
• [12] Daejong K.: "Design of Flexure Pivot Tilting Pads Gas Bearings for High-speed Oil-Free Microturbomachinery", Journal of Tribology, ASME, Vol. 129 (2007) 112-119.
• [13] Kozanecki Z.: "Tilting Pad Gas Journal Bearing Dynamics", Machine Dynamics Problems, WUT, Vol. 23, No. 4 (1999) 25-38.
• [14] Kozanecki Z.: "Dynamika samodziałającego poprzecznego łożyska gazowego o zmiennej geometrii. " Zeszyty Naukowe, PŁ, Nr 823 (1999).
• [15] Martyna M.: " Badania wykonanego w makroskali modelu łożyskowania mikroturbiny MEMS", Materiały konferencyjne XXXIII Ogólnopolskie Sympozjum - Diagnostyka Maszyn, PŚ, (2006) s. 69 + CD.