Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nonlinear phenomena in microturbine dynamics

Kiciński J.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2017

|

no. 2

7--17

EN

This paper presents the results of the analysis of the dynamic performance of a rotor that is a component of the ORC turbine set with the net electrical output of 100 kW and the nominal speed of 9000 rpm. This device is dedicated for municipal Local Energy Centres (LEC). The research was conducted using tools capable of performing the necessary simulation of the system operating under highly unstable conditions, i.e. in a strongly nonlinear regime. In this regard, the author of the paper followed the subsequent phases of whirl/whip formation manifested in the fluid film. Three constructional solutions within the scope of the bearing were examined with conventional and non-conventional lubricating mediums (mineral oils and low boiling mediums). An approach using rolling bearings was also considered. On the basis of those scientific studies, the decision to build a working prototype of the machine was taken. Such a prototype has already been manufactured, having regard to the outcome of the conducted analyses.

PL

Praca przedstawia wyniki badań dynamiki mikroturbin ORC o mocy elektrycznej 100 KW i prędkości nominalnej 9000 obr./min. Urządzenie to jest dedykowane dla lokalnych klastrów energii (LEC). Badania przeprowadzone zostały za pomocą narzędzi badawczych umożliwiających ocenę stanu maszyny w warunkach jej niestabilnej pracy, a więc w zakresie silnej nieliniowości. Autor pracy prześledził rozwój wirów i bicia olejowego powstających w filmie olejowym po przekroczeniu granicy stabilności. Przebadane zostały trzy warianty konstrukcyjne łożysk ze smarowaniem konwencjonalnym oraz niekonwencjonalnym (olej mineralny i czynniki niskowrzące). Rozważony został również przypadek łożysk tocznych. Na podstawie uzyskanych wyników wybrana została wersja łożyskowania zastosowana przy budowie prototypu maszyny.

2

New method of state analysis and diagnostics of power micro-devices

Kiciński J.

Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance

|

2011

|

Vol. 46, nr 1

57-69

EN

In the small scale, turbines and bearings are a source of specific problems connected with securing stable rotor operation. Two kinds of high-speed micro-turbines of electric power of about 3 KW with multistage axial and radial rotors supported on foil bearings have been accepted. The scope of the present article is limited to the discussion of the dynamic characteristics of the selected design. The properties of the rotor combined with slide bearings (foil bearings in this particular case) were taken under investigation. Analysing the dynamic state of the domestic power plants requires qualitatively novel research tools. It turned out that the situation is possible that the rotor, after losing its stability, stabilises again when the rotational speed increases. This is a phenomenon determined by the author as "multiple whirls." Another topic discussed in this paper is an assessment of the influence of a random character of certain input data, in this case, changes of external excitations of the system. This problem is related to the "heuristic models" often placed in opposition to widely used algorithmic models.

PL

W pracy przedstawiony został przykład mikrosiłowni kogeneracyjnej możliwej do szerokiej aplikacji w tzw. mikrowytwarzaniu energii cieplnej i elektrycznej opartym na źródłach odnawialnych. Analizowanym urządzeniem jest wysokoobrotowa mikroturbina o mocy zaledwie kilku KW. Celem pracy nie są jednakże szczegóły konstrukcyjne tak zdefiniowanych urządzeń, lecz nowe metody analizy stanu dynamicznego i pozyskiwania relacji diagnostycznych. Jak się okazało, te małe urządzenia o prędkościach obrotowych wirnika od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy obrotów na minutę stanowią prawdziwe wyzwanie dla badaczy i eksploatatorów. Wiele tradycyjnych pojęć i metod badawczych, z powodzeniem stosowanych w maszynach większych, musiało zostać zweryfikowanych. Przy tak wysokich prędkościach obrotowych układ może przekraczać granicę stabilnej pracy wielokrotnie i dalej bezawaryjnie pracować, może też samoczynnie się stabilizować w wysokich zakresach prędkości. Mamy tu do czynienia z nowym zjawiskiem „wirów wielokrotnych" o zupełnie innych, nieznanych dotąd w eksploatacji symptomach diagnostycznych. W pracy zaproponowany też został inny sposób matematycznego opisu stanu maszyny oparty na metodach heurystycznych. Opis heurystyczny jest przeciwieństwem opisu algorytmicznego i uwzględnia m.in. przypadkowe błędy danych czy autokorekcję modelu w trakcie obliczeń. Opis heurystyczny jest bliższy naturze człowieka i warto go szerzej rozpropagować w budowie i eksploatacji maszyn. Czy przyjmie się w praktyce? W pracy podane zostały przykładowe wyniki obliczeń oparte na nowym podejściu odnoszące się do małych urządzeń energetycznych. To pierwszy krok na tej drodze w badaniach prowadzonych w ośrodku gdańskim i olsztyńskim.

3

New method of analysis of dynamic state of power micro-devices

Kiciński J.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. 15, nr 3

259-271

EN

Main energy conversion machinery used and to be used in cogeneration systems are schematically described. Some assets of distributed generation are pointed out and small-scale cogeneration systems designed for energy units of distributed cogeneration are described. In the small scale, turbines and bearings are a source of specific problems connected with securing stable rotor operation. Accepted has been two kind of high speed microturbines of electric power about 3 KW with multistage axial and radial rotors supported on foil bearings. A concept which becomes more and more attractive takes into account low-boiling agent, which is normally used in the thermal cycle of the microturbine, as a lubricating liquid in the bearings (so called ORC based systems). The scope of the present article is limited to the discussion of dynamic characteristics of the selected design. The properties of the rotor combined with slide bearings (foil bearings in this particular ease) were taken under investigation. A combination of this type is a certain novelty, since a typical modal analysis of such objects refers to a rotor itself. Analysing the dynamic state of the "home" power plants requires qualitatively novel research tools. It turned out that the situation, in that the rotor - after losing its stability - stabilizes again when the rotational speed increases, is possible. This is a phenomenon determined by the author as multiple whirls.

4

Wpływ niestabilności hydrodynamicznych na efektywność wymiany ciepła podczas skraplania czynnika chłodniczego R404A w minikanałach rurowych

Kuczyński W., Charun H.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2011

|

R. 46, nr 6

4-10

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych dotyczących określenia wpływu niestabilności hydrodynamicznych na intensywność wymiany ciepła podczas skraplania czynnika chłodniczego R404A w minikanałach rurowych. Miara efektywności procesu skraplania jest wartość współczynnika przejmowania ciepła alfa. Szczególnie ważne jest określenie wartości tego współczynnika w dwufazowej strefie skraplania w skraplaczu kompaktowym. W pozostałych strefach, tzn.: schłodzenia pary przegrzanej i dochłodzenia skroplin efektywność cieplna jest znacznie mniejsza. Niestabilności hydrodynamiczne o charakterze periodycznym wpływają na zmiany wielkości tych stref. Zmniejszenie wartości współczynnika przejmowania ciepła a w strefie dwufazowej prowadzi do obniżenia intensywności procesu odbioru ciepła w całym skraplaczu. Badania eksperymentalne wykonano w warunkach skraplania czynnika chłodniczego R404A w poziomych minikanałach rurowych o średnicy wewnętrznej d = 0,64; 0,90; 1,40; 1,44; 1,92; 2,30 i 3,30 mm. Zakłócenia procesu skraplania wywoływano okresowym (periodycznym) zatrzymaniem i ponownym włączeniem przepływu czynnika. W zakresie częstotliwości / = 0,2+5 Hz generowanych periodycznie zakłóceń stwierdzono wyraźny, niekorzystny ich wpływ na intensywność wymiany ciepła podczas procesu skraplania w minikanałach rurowych. Zmniejszenie intensywności wymiany ciepła podczas procesu skraplania wywołane niestabilnościami hydrodynamicznymi zostało przedstawione w postaci zależności współczynnika przejmowania ciepła a od stopnia suchości x oraz częstotliwości/występujących zakłóceń. Określono wpływ właściwości czynnika chłodniczego, średnicy minikanałów i częstotliwości/na zjawisko "tłumienia" zakłóceń periodycznych w minikanale rurowym.

EN

The paper present the results of experimental investigations concerning the determination of the influence of hydrodynamic instabilities on the heat transfer intensity during the condensation of R404A refrigerant in pipe minichannels. The value of the heat transfer coefficient alfa constitutes the measure of the effectiveness of the condensation process. It is particularly important to determine the value of the coefficient in the two-phase condensation area in a compact con-denser. In the remaining areas, i.e. precooling of superheated vapor and subcooling of the condensate, the heat efficiency is substantially smaller. Hydrodynamic instabilities of a periodic nature have an influence on the changes of the sizes of these areas. A decrease of the heat transfer coefficient " in the two-phase area results in a decrease of the intensity of the heat removal process in the whole condenser. The experimental investigations were conducted in the conditions of the condensation of R404A refrigerant in horizontal pipe minichannels with internal diameters d = 0.64; 0.90; 1.40; 1.44; 1.92; 2.30 and 3.30 mm. Disturbances of the condensation process were induced with a periodical stop and a repetition of the flow of the refrigerant. In the range of frequencies f= 0.2*5 Hz of periodically generated disturbances, their evident and unfavorable influence was established on the intensity of the heat transfer during the condensation process in pipe minichannels. The reduction of the intensity of the heat transfer during the condensation process which was induced with hydrodynamic instabilities was presented in the form of the dependence of heat transfer coefficient a from the vapor quality x and the freąuencies of the disturbances occurring. The influence was determined of the refrigerant, the diameter of the minichannels and frequencies on the "damping" phenomenon of periodical disturbances in a pipe minichannel.

5

Microbearings - new tribology problems and challenges

Kiciński J.

Tribologia

|

2009

|

nr 5

45-65

EN

Nonlinear forms of vibrations in rotors dynamics, especially after exceeding the stability limit, as well as the assessment of not precise and randomly variable input parameters still constitute the research subject in many institutions all over the world. The results of investigations of the high-speed rotor of a micro turbine being an element of the micro power plant in dispersed power engineering based on renewable energy sources are presented in the paper. The basic problem of such devices is to assure a stable rotor operation within the entire range of rotational speeds. Foil bearings and special rotor structure were applied. It turned out that the situation, in that the rotor – after loosing its stability – stabilizes again when the rotational speed increases, is possible. This is a new phenomenon determined by the author as 'multiple whirls'. Possibilities of stabilizing the situation by the application of hybrid lubrication and siphon pockets are also presented in the paper. Another topic discussed in the hereby paper is an assessment of the influence of a random character of certain input data – in this case – changes of external excitations of the system. This problem is related to the so-called heuristic models often placed in opposition to widely used algorithmic models. The obtained results indicate different influence of disturbances depending on the system working conditions. After exceeding the stability limit, it means in a highly nonlinear operation range, the influence of disturbances significantly decreases. It is rather unexpected result. Research tools such as computer series codes and the method of their experimental verification are also included in the paper.

PL

Nieliniowe formy drgań w dynamice wirników, zwłaszcza po przekroczeniu granicy stabilności, a także ocena wpływu mało dokładnych i zmiennych losowo parametrów wejściowych ciągle stanowią przedmiot współczesnych badań w wielu ośrodkach na całym świecie. W niniejszej pracy przedstawione zostały wyniki badań wysokoobrotowego wirnika mikroturbiny, stanowiącego element mikrosiłowni w energetyce rozproszonej opartej na odnawialnych źródłach energii. Podstawowym problemem w tego typu urządzeniach jest zapewnienie stabilnej pracy wirnika w całym zakresie prędkości obrotowej. Zastosowane tu zostały łożyska foliowe i specjalna konstrukcja wirnika. Okazało się, iż możliwa jest sytuacja, w której wirnik po utracie stabilności stabilizuje się ponownie w miarę wzrostu prędkości obrotowej. Mamy tu do czynienia z nowym zjawiskiem, określonym przez autora jako "wiry wielokrotne". W pracy zaprezentowane też zostały możliwości ustabilizowania sytuacji poprzez zastosowanie smarowania hybrydowego i ciśnienia lewarowego. Innym zagadnieniem poruszonym w pracy jest ocena wpływu losowego charakteru wartości niektórych danych wejściowych do analizy, w tym przypadku zmiany wymuszeń zewnętrznych układu. Zagadnienie to ma związek z tzw. modelami heurystycznymi przeciwstawianymi często tak powszechnym modelom algorytmicznym. Otrzymane wyniki analizy wskazują na zupełnie odmienny wpływ tego typu zaburzeń w zależności od warunków pracy układu. Po przekroczeniu granicy stabilności, a więc w silnie nieliniowym zakresie pracy, ich wpływ wyraźnie maleje. Jest to wynik dość zaskakujący. W pracy przedstawione też zostały narzędzia badawcze w postaci systemu komputerowego i sposób ich weryfikacji eksperymentalnej.

6

Studium propagacji wirów i bicia olejowego w łożyskach ślizgowych.

Kiciński J.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2004

|

Vol. 39, nr 3

7-20

PL

Przedstawione w niniejszej pracy rozważania odnoszą się do jednego z najbardziej frapujących problemów tribologicznych, a mianowicie rozwoju wirów i bicia olejowego w łożyskach ślizgowych. Pomimo iż procesy te były i są nadal przedmiotem badań w wielu ośrodkach na całym świecie ich fizyka nie została wyczerpująco rozpoznana. Przedstawione zostały poszczególne fazy rozwoju niestabilności hydrodynamicznej i zaproponowano ich wyróżniki diagnostyczne. Badania przeprowadzono też dla łożysk ze smarowaniem hybrydowym i łożysk z kieszeniami lewarowymi w szczelinie smarowej. Uzyskana została w ten sposób odpowiedź na pytanie, czy za pomocą oleju lewarowego można ograniczyć, lub wyeliminować, samowzbudne drgania olejowe.

EN

Presented in the paper considerations relate to the one of the most impressive phenomena namely to the oil whirl and oil whip propagation in journal bearing. Despite the numerous investigations carried out in the scientific centers in the whole world the nature of these phenomena is not sufficient recognized. Presented have been the particular phases of hydrodynamic instability propagations and the diagnostic determinants of such states. The investigations have been performed for journal bearings with hybrid lubrication and siphon pockets in oil gap. The answer has been acquired whether by means of siphon oil there is the possibility to avoid or to limit self-exciting vibrations.

7

Model based diagnostics - today and tomorrow

Kiciński J.

Diagnostyka

|

2004

|

Vol. 30, T. 1

241--248

EN

The paper presents author's opinions concerning capabilities and limitations of the model based diagnostics. Present development in computer science and methodology of modelling has increased those capabilities considerably. It is obvious that talking about model based diagnostics assumes possessing not only an advanced theoretical model of the examined object but also models of irregular states and mutual relations between defects and their symptoms. Acquiring sufficiently reliable relations of defect-symptom type is a difficult, and frequently an extremely difficult task. The opinions presented in the paper concern one of the most intriguing phenomena, namely the formation of whirls and whips in slide bearings of a rotating machine. Although those phe-nomena are being the object of investigation in many research centres all over the world, their physics has not been satisfactorily recognised yet. The paper presents the abilities of computer simulation of the development of oil whirls and whips using the methods characteristic for model based diagnostics. The presented opinions are only considered an example of capabilities of this line of science. Moreover, they were used for formulating conclusions of more general nature.

PL

W referacie przedstawione zostały rozważania autora dotyczące diagnostyki według modelu, jej ograniczeń i możliwości. Współczesny rozwój informatyki a także metodologii modelowania znacząco te możliwości zwiększył. Jest rzeczą oczywistą, iż aby mówić o diagnostyce według modelu dysponować musimy nie tylko zaawansowanym modelem teoretycznym analizowanego obiektu, ale także modelami stanów anormalnych i wzajemnymi relacjami pomiędzy defektami i ich symptomami. Zdobycie odpowiednio wiarygodnych relacji typu defekt-symptom jest zagad-nieniem trudnym , a często bardzo trudnym. Przedstawione w niniejszej pracy rozważania odnoszą się do jednego z najbardziej frapują-cych zjawisk, a mianowicie rozwoju wirów i bicia olejowego w łożyskach ślizgowych maszyny wirnikowej. Pomimo, iż zjawiska te były i są nadal przedmiotem badań w wielu ośrodkach na całym świecie, fizyka tego zjawiska nie została wyczerpująco rozpoznana. Przedstawione zostaną możliwości komputerowej symulacji rozwoju wirów i bicia olejowego za pomocą metod właści-wych diagnostyce według modelu. Przedstawione w pracy rozważania potraktowane zostały wy-łącznie jako przykład możliwości tej dyscypliny wiedzy i posłużyły do sformułowania bardziej ogólnych wniosków.

8

The flutter effect in rotating machines

Kiciński J.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2004

|

Vol. 52, nr 3

195-207

EN

The considerations presented in the paper relate to one of the most intriguing phenomena, which is the development of oil whirls and oil whips in rotors with journal bearings. This effect is sometimes referred to as flutter, as its origin is in some relation to self-exciting vibrations of the system. Despite the fact that the flutter has been an object of investigation in numerous research centres all over the world, its nature has not been sufficiently recognized yet. The present paper delivers a description of particular phases of development of the hydrodynamic instability and proposes diagnostic determinants for this state. The object of investigations also included bearings with hybrid lubrication and siphon pockets in the oil gaps. The answer has been received to the question whether the self-exciting vibrations in rotating machines can be avoided, or reduced by means of additional oil supply having the form of siphon oil.