Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Efficient rotordynamic simulations with semi-analytical computation of hydrodynamic forces

Pfeil Simon, Duvigneau Fabian, Woschke Elmar

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 6

art. no. e148252

EN

A common problem in transient rotordynamic simulations is the numerical effort necessary for the computation of hydrodynamic bearing forces. Due to the nonlinear interaction between the rotordynamic and hydrodynamic systems, an adequate prediction of shaft oscillations requires a solution of the Reynolds equation at every time step. Since closed-form analytical solutions are only known for highly simplified models, numerical methods or look-up table techniques are usually employed. Numerical solutions provide excellent accuracy and allow a consideration of various physical influences that may affect the pressure generation in the bearing (e.g., cavitation or shaft tilting), but they are computationally expensive. Look-up tables are less universal because the interpolation effort and the database size increase significantly with every considered physical effect that introduces additional independent variables. In recent studies, the Reynolds equation was solved semianalytically by means of the scaled boundary finite element method (SBFEM). Compared to the finite element method (FEM), this solution is relatively fast if a small discretization error is desired or if the slenderness ratio of the bearing is large. The accuracy and efficiency of this approach, which have already been investigated for single calls of the Reynolds equation, are now examined in the context of rotordynamic simulations. For comparison of the simulation results and the computational effort, two numerical reference solutions based on the FEM and the finite volume method (FVM) are also analyzed.

2

Application of the Teager-Kaiser energy operator in diagnostics of a hydrodynamic bearing

Blaut Jędrzej, Breńkacz Łukasz

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 4

757--765

EN

The paper presents the use of the Teager-Kaiser energy operator (TKEO) to evaluate the state of rotor unbalance. The method was developed in 1990 by Kaiser and involves a simple calculation of signal energy. It has been used before in diagnostics, e.g. during the evaluation of instability of hydrodynamic bearings and as a diagnostic symptom of gearbox damage. This paper is the first to present the use of the Teager-Kaiser method to evaluate the rotor unbalance in hydrodynamic bearings.

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie operatora energetycznego Teagera-Kaisera (TKEO) do oceny stanu niewyważenia wirnika. Metoda ta opracowana została w 1990 roku przez Kaisera i polega na prostym obliczeniu energii sygnału. Wykorzystywana była już wcześniej w diagnostyce np. przy ocenie niestabilności łożysk hydrodynamicznych oraz jako symptom diagnostyczny uszkodzenia przekładni. W artykule tym po raz pierwszy przedstawiono możliwość wykorzystania metody Teagera-Kaisera do oceny niewyważenia wirnika pracującego na łożyskach hydrodynamicznych.

3

An experimental investigation conducted in order to determine bearing dynamic coeﬃcients of two hydrodynamic bearings using impulse responses

Breńkacz Ł., Żywica G.

Transactions of the Institute of Fluid-Flow Machinery

|

2016

|

nr 133

39--54

EN

The paper presents the experimental investigation carried out in order to identify bearing dynamic coeﬃcients of two hydrodynamic bearings from impulse responses. In this method the stiﬀness, damping and mass coeﬃcients of two hydrodynamic bearings were calculated in a single algorithm. For each rotational speed, were obtained 12 dynamic coeﬃcients which enable to fully describe the dynamic state of the rotor. Exciting force signals, applied using an impact hammer were shown. Displacements of the shaft were measured by eddy current sensors. The measurements were carried out at various rotational speeds, including resonance speeds. The vibration amplitude in a resonance case increases signiﬁcantly with time after the excitation was induced by an impact hammer. Excitations of the rotor with an impact hammer were recorded using a high-speed camera. These unique recordings and simultaneous analysis of the trajectory of the bearing journals depict the contact phenomena that occur during impulse excitation of the rotor.

4

Analysis of dynamical properties of a 700 kW turbine rotor designed to operate in an ORC installation

Breńkacz Ł., Żywica G., Bogulicz M.

Diagnostyka

|

2016

|

Vol. 17, No. 2

17--23

EN

The article presents the results of structural and dynamic analyses carried out for an axial-flow turbine with a capacity of 700 kW. The turbine is specifically designed for operation in an ORC (Organic Rankine Cycle) installation. The turbine rotor was supported by the following hydrodynamic bearings: two radial bearings and one bidirectional axial bearing. During numerical computation, both forces affecting the blade system and the rotor's torsional moments affecting the shaft were taken into account. Static, modal and forced vibration analysis of the turbine rotor was presented. The article also discusses the process of bearing selection and their geometry optimization to keep the rotor vibration level as low as possible. The computations of radial hydrodynamic bearings were carried out for various bearing clearance shapes. Madyn 2000 software and the in-house developed computer programs that are included in the MESWIR system were used during computer modeling.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy wytrzymałościowej i dynamicznej turbiny osiowej o mocy 700 kW. Turbina zaprojektowana została do pracy w obiegu ORC (Organic Rankine Cycle). Wirnik turbiny łożyskowany był za pomocą dwóch poprzecznych łożysk hydrodynamicznych oraz dwukierunkowego hydrodynamicznego łożyska osiowego. W obliczeniach numerycznych uwzględniono siły działające na układ łopatkowy oraz momenty skrętne działające na wirnik. Przedstawione zostały analiza statyczna, analiza modalna oraz analiza drgań wymuszonych. Zaprezentowany został proces doboru łożysk i optymalizacja ich geometrii pod kątem minimalizacji drgań wirnika. Wykonane zostały obliczenia poprzecznych łożysk hydrodynamicznych dla różnych kształtów szczeliny smarnej. Podczas pracy użyty został program Madyn 2000 oraz programy ze środowiska MESWIR opracowane w IMP PAN w Gdańsku.

5

Konstrukcje hydrodynamicznych łożysk poprzecznych smarowanych wodą

Olszewski A., Wodtke M., Łubiński J.

Przegląd Mechaniczny

|

2015

|

nr 12

29--37

PL

W ostatnich latach możemy zaobserwować wzrost zainteresowania hydrodynamicznymi łożyskami ślizgowymi smarowanymi wodą. Głównym powodem zwiększonej liczby wdrożeń tego typu konstrukcji jest niewątpliwie wzrost świadomości ekologicznej, jednak łożyska tego typu posiadają równie˝ wiele innych istotnych zalet. Celem artykułu jest przedstawienie podstawowych konstrukcji hydrodynamicznych łożysk ślizgowych smarowanych wodą wraz z określeniem ich podziału ze względu na cechy konstrukcyjne oraz funkcjonalne. Scharakteryzowano wady i zalety najczęściej spotykanych rozwiązań oraz przedstawiono własne, oryginalne konstrukcje łożysk zaprojektowane w Katedrze Konstrukcji Maszyn i Pojazdów Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej.

EN

In this article there are presented typical designs of hydrodynamic water-lubricated slide bearings and their division on the basis of design and functional characteristics. The authors described advantages and disadvantages of the most frequently used solutions and presented their own original prototypes designed and built in Machine Design and Vehicles Department at Gdansk University of Technology.

6

Application of Rabinovitsch fluid model to pivoted curved slider bearings

Singh U. P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. LX, nr 2

247--267

EN

In the present theoretical analysis, the combined effects of slider curvature and non-Newtonian pseudoplastic and dilatant lubricants (lubricant blended with viscosity index improver) on the steady and dynamic characteristics of pivoted curved slider bearings have been investigated for Rabinowitsch fluid model. The modified Reynolds equations have been obtained for steady and damping states of bearing. To solve the modified Reynolds equations, perturbation theory has been adopted. The results for the steady state characteristics (steady state film pressure, load carrying capacity and centre of pressure) and dynamic characteristics (dynamic damping and dynamic stiffness) have been calculated numerically for various values of viscosity index improver using Mathematica. In comparison with the Newtonian lubricants, higher values of film pressure, load carrying capacity, dynamic damping and dynamic stiffness have been obtained for dilatant lubricants, while the case was reversed for pseudoplastic lubricants. Significant variations in the bearing characteristics have been observed for even small values of pseudoplastic parameter, that is, with the non-Newtonian dilatant and pseudoplastic behaviour of the fluid.

PL

W przedstawionej analizie teoretycznej badano, przy wykorzystaniu modelu płynu Rabinowitch’a, łączny wpływ krzywizny ślizgacza i smaru o właściwościach pseudoplastycznych, nieniutonowskich, o odwróconej plastyczności (smar zmieszany ze środkiem poprawiającym wskaźnik lepkości) na charakterystyki w stanie ustalonym i warunkach dynamicznych uchylnego, łożyska ślizgowego. Zmodyfikowane równania Reynoldsa otrzymano dla stanów ustalonych i tłumionych łożyska. W celu rozwiązania zmodyfikowanych równań Reynoldsa zastosowano teorie perturbacji. Wielkości charakterystyczne dla stanu ustalonego (ciśnienie smaru w stanie ustalonym, nośność i środek ciśnienia) i charakterystyki dynamiczne (tłumienie dynamiczne i sztywność dynamiczna) zostały wyznaczone numerycznie, przy użyciu pakietu Mathematica, dla różnych wartości wskaźnika poprawy lepkości. W porównaniu ze smarami o właściwościach cieczy newtonowskiej, dla smaru o odwróconej plastyczności uzyskano wyższe wartości ciśnienia w filmie, większą nośność, lepsze tłumienie dynamiczne i dynamiczną sztywność. Sytuacja wygladała odwrotnie w przypadku smarów pseudoplastycznych. Znaczące zmiany charakterystyk łożyska, związane z nie-newtonowskim, pseudoplastycznym zachowaniem płynu o odwróconej plastyczności, zaobserwowano już przy małych wartościach parametru pseudoplastyczności.

7

Stability and Resonant Behaviour of a Rotor in Slide Bearings with Bingham Fluid As a Lubricant

Perek A.

Machine Dynamics Research

|

2012

|

Vol. 36, No. 2

84-94

EN

The paper is concerned with a dynamic analysis of a rigid rotor supported in hydrodynamic bearings with rheological properties of the lubricant controlled by an external magnetic field. A fluid viscosity is an adaptive parameter, which controlled by the applied magnetic field, actively influence the dynamics of the rotor. Such an active lubricant can be identified with a magnetic fluid. Magnetic fluid as a suspension of sufficiently small ferro-particles can be treated as a homogenous substance, and used as a lubricating medium (Berkovsky et al., 1993, Miszczak and Wierzcholski). Due to magnetic interactions, it shows a non-Newtonian behaviour, which, with an appropriate synthesis of liquid, can be described by the Bingham model. In the following two effects of a magnetic fluid as a bearing lubricant are applied - increase of viscosity with the magnetic field and drop with the angular speed of the rotor. Both can be used to modify rotor dynamics to supply faster uplift to contactless rotation and desired resonant properties. Numerical simulations of nonlinear equations of the rotor transverse vibrations excited by unbalance forces show considerable influence of the magnetically controlled viscosity on the magnitude and position of the resonant zone. Magnetic field and shear rate- dependent effective lubricant viscosity influence the critical rotation speed of the rotor.

8

The program of experimental research regarding concentration of magnetic particles Fe3 O4 in ferrofluid for slide journal bearing lubrication

Miszczak A., Frycz M.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 2

321-325

EN

This paper presents the project of the test stand to determine the friction force, the relative eccentricity and temperature distribution m the slide journal bearing during the lubrication with ferrofluid or classic oil. The test stand is built on the basis of TUM 25 lathe's corps. There is the shaft with a diameter of journal d = 100 mm supported on two supports attached to the lathe's body. There is a sleeve in the housing with the electromagnets installed in the centre of this shaft. The housing of sleeve is loaded bv a transverse force with hydrostatic supports (cylindrical and flat one). Measurement of friction force is made by strain gauge force sensor Friction force is measured on the body shells. At the same time is performed measurement of both sleeve and journal displacements by four inductive displacement's sensor s and four whirl-stream ones to determine the relative eccentricity and displacement of sleeve axis towards oj the shaft axis. The slide bearing is supplied bv the ferrofluid which is thermatly stabilized in ultrathermostat. In the paper is shown particular plan for experimental research. These studies are intended to demonstrate the changes of relative eccentricity and temperature distribution in the bearing. Additionally are presented the changes of friction forces caused by the bearing surfaces shape and ferrolubricant with different concentrations of magnetic particles Fe3O4. The gap of slide bearing can be affected by the external longitudinal magnetic field with different ralues of magnetic field strength. The bearing may by loaded a transverse force varying stepwise, or continuously with values from a few to several thousand Newton. A/so, the rotational velocitv of Journal can be changed stepwise, or continuously from 0 to 6000 rpm using a programmable inverter.

9

Klocki samopompujące w łożyskach hydrodynamicznych

Dąbrowski L, Pajączkowski L., Rotta G., Schubert A., Wasilczuk M.

Tribologia

|

2007

|

nr 1

11-19

PL

We współpracy z firmą ALSTOM HYDRO (Szwajcaria), zespół Katedry Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Gdańskiej przeprowadził symulacje przepływowe kilku rozwiązań konstrukcyjnych mających na celu zwiększenie niezawodności turbin wodnych. W artykule opisano jedno z takich rozwiązań - tak zwane łożysko z klockami samopompującymi. Głównym celem jest uzyskanie przepływu oleju w układzie smarowania łożyska hydrodynamicznego bez stosowania dodatkowych urządzeń pomocniczych, takich jak na przykład silniki elektryczne i pompy. Takie podejście pozwala na obniżenie kosztów całego systemu, jak również podnosi stopień jego bezobsługowości. Klocki samopompujące wykorzystują część ciśnienia hydrodynamicznego wytworzonego w filmie olejowym do pompowania oleju przez układ chłodzenia. Do realizacji tego celu konieczne jest zastosowanie specjalnej konstrukcji klocków łożyskowych, a układ chłodzenia musi zapewniać odpowiednio małe straty hydrauliczne. Celem projektu było opracowanie przepływowych modeli MES łożyska hydrodynamicznego. Wielokrotne obliczenia miały wskazać optymalne rozwiązania dla określonych zestawów parametrów. Głównym kryterium w tym przypadku było uzyskanie maksymalnego przepływu przez układ chłodzenia. Zasadniczym celem całego projektu było stworzenie prostego w użyciu i szybkiego narzędzia wspomagającego proces projektowania łożysk z klockami samopompującymi, pomagającego określić optymalne warunki pracy oraz szacującego wydajność układu chłodzenia. Metoda Elementów Skończonych (MES) jest doskonałym narzędziem do rozwiązywania takich skomplikowanych zagadnień, ale jest nieefektywna, gdy chodzi o czas obliczeń. Z tego powodu została ona wykorzystana tylko jako pośrednie, pomocnicze narzędzie.

EN

In cooperation with ALSTOM HYDRO (Switzerland) company, KKiEM team of scientists from Gdańsk University of Technology performed CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations of several oil pumping devices that increase reliability of the water turbines. In the article one of these design solutions has been presented. These solutions is so called selfpumping pad. The main purpose is to cause oil flow in the lubricating system of the hydrodynamic bearing with use of no additional devices, like electrical motors and pumps for example. Such an approach is a convenient way of cost reduction and self - operating functions building in. The selfpumping pad, uses a part of hydrodynamic pressure produced in the oil film to pump oil out to the cooling system. A special design of the bearing pad is necessary, carefully designed to obtain small hydraulic losses. The aim of the project was to develop finite element models of the hydrodynamic bearing. Oil flow simulations should help to find an optimum solution for a specified set of parameters. Optimum here means maximum pumping efficiency (oil flow). Goal of the project was creation of a simple and fast working tool that aids design of self-pumping bearings, helps to get optimal working conditions and estimates performance of the cooling system. FEM (Finite Element Method) is an excellent way to solve such a complex problems but it is inefficient in the matter of time. This is why FE models for this problem are only an auxiliary tool.

10

Hybrydowe łożysko okrętowego wału głównego smarowane wodą - koncepcja i pierwsze badania eksperymentalne

Dymarski C., Litwin W.

Tribologia

|

2004

|

nr 3

91-99

PL

Referat dotyczy okrętowych łożysk wałów śrubowych z polimerową panwią smarowanych wodą. Przedstawiono w nim wybrane wyniki badań łożyska z typową panwią oraz łożyska z tą samą panwią, ale z nieco zmienionym kształtem rowków smarnych. Zmiana ta, wprowadzona przez autorów, miała na celu polepszenie warunków wytworzenia się hydrodynamicznego filmu smarnego i zapewnienia pracy łożyska przy tarciu płynnym, czego nie stwierdzono w łożysku typowym. Przeprowadzone wstępne badania laboratoryjne potwierdziły skuteczność wprowadzonych zmian i uzyskanie tarcia płynnego w łożysku.

EN

The research test stand for water lubricated main shaft bearings was designed and built between the years 2000-2002 on the Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology on the Gdansk University of Technology. It is possible to test the slide bearings with the internal diameter of 100 mm and the length up to 400 mm in it. Test stand gives a wild measurement possibilities. It was designed with the hope of conducting the measurements of the pressure in the bearing interspace in at a few transversal surfaces. Thanks to it, it is possible to measure pressure filed. Additionally, it was possible to register the trajectory of the shaft, the friction force, the flow and the pressure of the flowing water. First the bearing bush with grooves (Fig. 3), the inside diameter of 100 and the length of 300 mm, was test. It was a typical bearing for main shafts of small ships. The diameter clearance was 0,7 mm [L. 4]. As it was shown (Fig. 1, 4 and 5) the increase of hydrodynamic pressure was small because of influence of grooves. That was a reason why the shape o bearing bush was changed. The ends of two lower grooves were glued on out flow side for flow blockage and increasing of hydrostatic lubrication. The ends of three upper grooves were blocked on water inflow side for reducing pressures in upper part of bearing interspace. After that measured pressure in water film was totally different (Fig. 6,7). Increasing of hydrodynamic pressure is much bigger then in bearing with open groves, but different then in bearing with solid bush (Fig. 2).

11

Research work on water lubricated polymer hydrodynamic bearing

Litwin W.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2004

|

Vol. 9, no spec.

211-216

EN

The subject of this article is the conducting of the measurements on water lubricated shaft bearings. The first part of the article contains the description of the test stand, the working conditions, and the bearing specifications. The second part presents the results of the conducted measurements. The author shows the results of the experimental work: the graphs of the coefficient of friction, the pressures in the water hydrodynamic film and the shaft trajectory. The work's essential conclusion is that the water hydrodynamic lubrication is possible - as it is proven.