Control system preventing thermal gradient development on foils of foil bearing

• Autorzy: Lubieniecki M. , Miodunka M.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mech.2015.34.234

Warianty tytułu

PL

System przeciwdziałający powstawaniu nadmiernego gradientu temperatury w łożyskach foliowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents attempts at automating a control system to reduce temperature scatter on the foil of a foil bearing. The control system reads the temperatures at six circumferential locations of the beanng's foil and distributes control currents to the thermoelectric modules integrated into the bearing's bushing. Three basic approaches have been proposed and tested: 1) a simple hot-spot tracking algorithm assigning predefined current values to the modules closest to the hot-spot location; 2) a tracking algorithm reducing abrupt changes in the control currents and, in effect, the local heat flux distribution; and 3) a tracking algorithm enhanced with a PID controller. The proposed controller has been implemented and compared to the performance of a temperature controller that does not have tracking capabilities. The implemented control strategies have proven the feasibility of temperature scatter reduction inside the investigated bearing. In most test cases, the instantaneous gradient reduction exceeded 50% (reaching 63% at its best).

PL

Artykuł opisuje podjęte przez autorów próby automatyzacji systemu regulacji przeciwdziałającego powstawaniu wysokiego gradientu temperatury w łożyskach foliowych w warunkach zmiennego obciążenia tych łożysk. Zbudowany system bazuje na sześciopunktowym pomiarze temperatury w równoodległych pozycjach na obwodzie łożyska, na podstawie których określa wartości prądów zasilających zabudowane w panwi łożyska moduły termoelektryczne. W pracy opisano wyniki eksperymentów uzyskane dla trzech różnych sposobów wyznaczania prądów sterujących: 1) orientację z góry ustalonego rozkładu prądów określa prosty algorytm śledzący pozycję wystąpienia maksymalnej temperatury na obwodzie łożyska; 2) algorytm śledzący jw. z rozkładem prądów zmodyfikowanym tak, aby zmiana pozycji obwodowej środka tęgo rozkładu nie powodowała skokowych zmian w prądach sterujących poszczególnych modułów; 3) algorytm śledzący jw. z dołączonym regulatorem PID. Efekty regulacji z wykorzystaniem zaimplementowanęgo regulatora porównano do prostego układu regulacji, który nie śledzi zmian kierunku wystąpienia temperatury maksymalnej na obwodzie łożyska. W artykule wykazano skuteczność opracowanego rozwiązania, które w większości zbadanych przypadków testowych prowadziło do redukcji gradientu o min. 50% (najlepszy uzyskany wynik to 63%).

Słowa kluczowe

EN

thermoelectric temperature control; foil bearings; adaptive control

PL

termoelektryczne systemy regulacji temperatury; łożyska foliowe; adaptacyjne systemy sterowania

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 34, no. 2
• Strony: 34--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Lubieniecki M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

autor

Miodunka M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Dykas B., Howard S.A., 2008, Journal design considerations for turbo-machine shafts supported on foil air bearings. Tribology Transactions 47(4), 508-516.
• 2. Lubieniecki M., Roemer J., Martowicz A., Wojciechowski K., Uhl T, 2016, A multi-point measurement method for thermal characterization of foil bearings using customized thermocouples. Journal of Electronic Materials 45(3), 1473-1477.
• 3. Radii K., Batcho C.D.TZ., 2010,^4 novel thermal management approach for radial foil air bearings, (July). Army Research Laboratory NASA Glenn, Cleveland, ARL-MR-0749.
• 4. Radii K., Dellacorte C, Zeszotek M., 2008, Thermal management techniques for oil-free turbomachinery systems. Tribology Transactions 50(3), 319-327.
• 5. Roemer J., Lubieniecki M., Martowicz A., Uhl T, 2015, Multi-point control method for reduction of thermal gradients in foil bearings based on the application of smart materials. 7th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials SMART 2015, Ponta Delgada, Azores, Portugal.
• 6. Ryu K., San Andres L., 2013, On the failure of a gas foil bearing: high temperature operation without cooling flow. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 135(11), 112506.
• 7. San Andres L, Ryu K., Kim T.H., 2011, Identification of structural stiffness and energy dissipation parameters in a second generation foil bearing: Effect of shaft temperature. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 133(March), 032501.