Experimental research on gas foil bearings with polymer coating at an elevated temperature

• Autorzy: Żywica G. , Bagiński P. , Andrearczyk A.

Warianty tytułu

PL

Badania gazowych łożysk foliowych z powłoką polimerową w podwyższonej temperaturze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

As demand for high-performance fluid-flow machines (including micro-turbines) increases across the globe, new non-conventional bearing systems are needed. In the last years, specialized technical solutions involving the use of gas foil bearings have been progressively introduced. The application of carefully selected, thin foils as key parts of foil bearings ensures stable operation of the rotor, which is supported by such bearings, even at very high rotational speeds. The article discusses the tests performed on the foil bearings incorporating a friction relieving polymer coating. The research was conducted on an advanced test rig allowing the experiments to be run at high speeds and elevated temperatures, which is in conditions that are typical for micro-turbine operation. The measurements of bearing components’ temperature and vibration levels were carried out at various rotational speeds. The tested bearings were also assessed from the point of view of wear and durability. Conducted research demonstrated that the carefully selected materials that were used to manufacture foil bearings’ key components have successfully contributed to achieving reliable operation within a wide range of rotational speeds, providing very good dynamic properties for the rotor.

PL

W artykule omówiono badania eksperymentalne łożysk foliowych ze specjalną powłoką polimerową zmniejszającą tarcie. Powłoką polimerową została pokryta jedna strona foli ślizgowej, która współpracuje z czopem. Badania zostały wykonane na specjalistycznym stanowisku badawczym umożliwiającym prowadzenie eksperymentów przy wysokich prędkościach w podwyższonej temperaturze, a więc w warunkach typowych dla mikro-turbin. Podczas badań prowadzono pomiar temperatury elementów łożyska oraz drgań czopa przy różnych prędkościach obrotowych. Badane łożyska foliowe były również oceniane pod kątem zużycia i trwałości. Przeprowadzone badania wykazały, że przy odpowiednio dobranych materiałach łożyska foliowe mogą pracować przy minimalnym zużyciu, zapewniając bardzo dobre właściwości dynamiczne wirnika w szerokim zakresie prędkości obrotowych.

Słowa kluczowe

EN

foil bearings; gas bearings; high-speed bearings; micro-turbines

PL

łożyska foliowe; łożyska gazowe; łożyska wysokoobrotowe; mikroturbiny

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 3
• Strony: 217--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Żywica G.

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

autor

Bagiński P.

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

autor

Andrearczyk A.

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

Bibliografia

• 1. Agrawal G. L., Foil air/gas bearing technology – an overview, ASME Paper No. 97-GT-347, 1997.
• 2. Nalepa K., Pietkiewicz P., Żywica G., Development of the foil bearing technology, Technical Sciences, 12, 2009, 229-240.
• 3. DellaCorte Ch., Oil-free shaft support system rotordynamics: past, present and future challenges and opportunities, Mechanical Systems and Signal Processing, 29, 2012, 67-76.
• 4. 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.
• 5. 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.
• 6. 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, 38, 2005, 1059-1075.
• 7. 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, 138(1), 2016, 011301.
• 8. Jahanmir S., Heshmat H., Heshmat Ch., Assessment of tribological coatings for foil bearing applications, Tribology Transactions, 52(2), 2009, 231-242.
• 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, 2011, 217-227.
• 10. Żywica G., The dynamic performance analysis of the foil bearing structure, Acta Mechanica et Automatica, 7(1), 2013, 58-62.
• 11. Kiciński J., Żywica G., Steam microturbines in distributed cogeneration, Springer 2014.
• 12. 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, 3, 2015, 343-348.
• 13. Kozanecki Z., Miazga K., Łagodziński J., Borkowski R., Więckowski S., Tkacz E., Marczyk A., Design, construction, assembly and tests of axial-radial foil bearings with a polymer coating intended for use as the component of the third turbogenerator prototype in a model ORC micro power plant, Internal report of the IFFM PAS no. 568/2011, Gdańsk 2011. (in Polish)
• 14. Bagiński P., Banaszek S., Żywica G., Kiciński J., Experimental research on gas foil bearings at an elevated temperature, Internal report of the IFFM PAS no. 387/2014, Gdańsk 2014. (in Polish)

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.