Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Hydrostatic Thrust Bearing with Reduced Power Losses

Wasilczuk F., Wasilczuk M., Wodtke M

Tribologia

|

2018

|

nr 5

123--131

EN

In many cases in rotating machinery, axial load is carried by tilting pad thrust bearings which have been developed since the beginning of 20th century. For high reliability and simplicity, most commonly the bearings are bath lubricated. In the times of sustainable development, however, minimization of friction losses becomes an important criterion for machinery assessment, and a strategic goal of their development. Performed calculations, based on elementary rules of fluid dynamics, showed that shearing losses in specially designed hydrostatic bearings can be considerably smaller than the losses in tilting pad hydrodynamic bearings. The aim of the research described in this paper was to check if the preliminary results presented earlier and conclusions of benefits of the further increase of the size of the hydrostatic pocket can be confirmed with the use of CFD calculations.

PL

W wielu maszynach wirnikowych obciążenia osiowe są przenoszone za pomocą rozwijanych od ponad 100 lat hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych z wahliwymi segmentami. Dla prostoty konstrukcji i dużej niezawodności smarowanie tych łożysk najczęściej jest smarowaniem zanurzeniowym. Jednak w czasach zwiększonej presji na oszczędności energetyczne ograniczanie strat tarcia stało się strategicznym celem rozwoju maszyn. Obliczenia wskazują, że w specjalnie zaprojektowanym łożysku hydrostatycznym można uzyskać znaczące ograniczenia strat tarcia w porównaniu z łożyskiem hydrodynamicznym. Obiecujące wyniki i wnioski z poprzedniej pracy skłoniły autorów do przeprowadzenia obliczeń strat tarcia w łożysku hydrostatycznym za pomocą CFD (Obliczeniowej Dynamiki Płynów) z założeniem dalszego zwiększania rozmiaru komory hydrostatycznej w łożysku, co powinno przyczynić się do dalszej minimalizacji strat tarcia.

2

Prospects of decreasing power losses in a hydrostatic thrust bearing

Wasilczuk F., Wasilczuk M., Wodtke M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

91--96

EN

In numerous machines, axial load is carried by tilting pad thrust bearings known since the beginning of 20th century. These bearings are commonly bath lubricated, which is simple, does not require any additional pumps, and, due to this, such systems are highly reliable. In a contemporary technology, however, minimization of friction losses became an important goal of machinery improvement. Calculations based on elementary rules of fluid dynamics show that shearing losses in a specially designed hydrostatic bearing can be considerably smaller than the losses in a tilting pad hydrodynamic bearing. The aim of the research described in this paper was to check if the preliminary results can also be confirmed with the use of more advanced CFD calculations.

PL

W wielu maszynach przenoszenie obciążeń osiowych umożliwiają znane od ponad 100 lat hydrodynamiczne łożyska wzdłużne z wahliwymi segmentami. Smarowanie tych łożysk bardzo często jest smarowaniem zanurzeniowym, niewymagającym zastosowania dodatkowych pomp, co jest zaletą z punktu widzenia niezawodności. We współczesnej technice ograniczanie strat tarcia stało się istotnym kierunkiem doskonalenia konstrukcji maszyn. Obliczenia przeprowadzone w oparciu o podstawowe prawa mechaniki płynów wskazują, że w specjalnie zaprojektowanym łożysku hydrostatycznym można uzyskać znaczące ograniczenia strat tarcia w porównaniu do łożyska hydrodynamicznego. Obiecujące wyniki skłoniły autorów do przeprowadzenia dokładniejszych obliczeń strat tarcia w łożysku hydrostatycznym za pomocą CFD (Obliczeniowej Dynamiki Płynów). Wyniki tych obliczeń zostały w artykule porównane do znanych z literatury danych dotyczących strat w hydrodynamicznych łożyskach wzdłużnych z wahliwymi klockami.

3

Wpływ odkształceń tarczy oporowej wału na właściwości hydrodynamicznego łożyska wzdłużnego

Wasilczuk M., Wodtke M.

Tribologia

|

2007

|

nr 1

225-234

PL

Modele teoretyczne opisujące własności hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych nie uwzględniają wpływu deformacji tarczy oporowej łożyska na jego właściwości. Jednocześnie, uwzględniane do tej pory w modelach obliczeniowych zjawiska nie gwarantują uzyskania dokładnych wyników, szczególnie w przypadku łożysk wzdłużnych dużych rozmiarów, np. hydrogeneratorów. Potwierdzają to wyniki badań doświadczalnych. W prezentowanym opracowaniu podjęto próbę określenia możliwego wpływu deformacji termosprężystej tarczy oporowej łożyska na jego cechy. Porównano wyniki trzech wariantów obliczeń TEHD: bez uwzględnienia deformacji tarczy, z uwzględnieniem tylko deformacji sprężystych oraz z uwzględnieniem deformacji termosprężystych tarczy oporowej. Uwzględnienie odkształceń termosprężystych tarczy zapewniło znaczną poprawę zgodności wyników obliczeń i danych eksperymentalnych. Trudnym do rozwiązania problemem związanym z analizą teoretyczną tego zagadnienia jest wiarygodne określenie termicznych warunków brzegowych dla tarczy oporowej i tulei łożyska, które mogą istotnie wpływać na wyniki analiz.

EN

Theoretical models of hydrodynamic thrust bearings do not usually consider thermoelastic deformations of the collar, while pad deformations are usually taken into account. In many cases the results of theoretical analysis differ much from experimental data despite of variety of effects being included in the TEHD models. In the authors' research an attempt of including runner thermoelastic deformation in a bearing model was taken up. The results of calculations of a water turbine thrust bearing were compared for three cases - no runner deformation, elastic runner deformation and thermoelastic deformation. Including runner thermoelastic deformations resulted in improved agreement between theoretical results and available experimental data. However a detailed knowledge on runner design and boundary conditions is necessary for realistic evaluation of deformations, which is to a great extent individual design dependent and difficult to generalize.

4

Optymalny kształt szczeliny smarowej hydrodynamicznego łożyska wzdłużnego dla zróżnicowanych wymuszeń

Wasilczuk M.

Tribologia

|

2004

|

nr 1

149-162

PL

Kształt szczeliny smarowej w hydrodynamicznym łożysku wzdłużnym ma duży wpływ na jego właściwości, dlatego uzyskanie optymalnego kształtu szczeliny smarowej podczas pracy powinno przyczynić się do poprawy właściwości łożyska. Jednak studia literaturowe na temat metod projektowania i doboru hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych wykazały, że stosowane metody projektowania nie uwzględniają optymalizacji kształtu szczeliny jako metody polepszania właściwości łożyska. Ponadto spotykane w literaturze prace na temat optymalizacji ze względu na zastosowane w nich założenia nie uwzględniały zależności pożądanego kształtu szczeliny smarowej od warunków pracy łożyska (wymuszeń). Wykorzystując opracowaną metodykę optymalizacji kształtu szczeliny smarowej przeprowadzono teoretyczne badania wpływu wymuszeń na postać optymalnego kształtu szczeliny smarowej. Podczas optymalizacji zastosowano specjalną funkcję celu zapewniającą maksymalizację bezpieczeństwa pracy łożyska. Uzyskane wyniki optymalizacji przeprowadzonej dla różnych wymuszeń wykazały, że optymalne kształty szczeliny smarowej są bardzo zróżnicowane w zależności od wymuszeń działających na łożysko podczas pracy, co przekonuje do celowości wykorzystania optymalizacji kształtu szczeliny smarowej podczas projektowania łożyska.

EN

Oil gap profile exerts a great influence on the bearing properties therefore obtaining a film profile close to an optimum should improve bearing performance. Optimization of oil film profile was a classical task of the theory of hydrodynamic lubrication but due to complexity of calculations, isothermal models of oil film were used until recently. Now it is possible to utilize more realistic oil film models. Safe operation of a hydrodynamic bearing is limited by three limits: minimum film thickness limit, specific load limit and temperature limit. Limits of operation of hydrodynamic bearings may be used for setting optimisation objectives. Thus, optimisation objective function should combine at least two main criteria: maximisation of film thickness should be more important at lower speeds, while at higher speeds minimisation of temperature should be a principal objective. According to this a special objective function of two variables (minimum film thickness and maximum temperature) was devised. Technical literature enables one to determine limiting values of minimum film thickness and maximum temperature. Minimum film thickness nad maximum temperature were used as optimisation constraints and were also utilized in a goal function in such way that the optimisation goal was to cause that actual bearing film thickness and temperature were as far from limiting values as possible in order to make bearing operation as safe as possible. Film profile was described by 10 parameters which were altered in the course of optimisation procedure. For each set of parameters minimum film thickness and maximum temperature were calculated with the use of thermohydrodynamic model of the oil film. Calculated film thickness and temperature were used to calculate value of the goal function and then current value of the function was compared with its previous value and decisions on changes of parameters describing film profile were made within the optimisation procedure. Repetition of such steps was carried out until changes in the value of objective function became insignificant. Operating conditions for calculations were specified according to the load carrying capacity of typical industrial tilting pad thrust bearings on the basis the manufacturers' catalogues. Optimization was carried out for low, medium and high-speed conditions to observe the influence of operating conditions on the profile. Optimum film profiles obtained for different operating conditions vary in ratio of minumum to maximum film thickness, circumferential length, and shape type (convex, flat or concave). In the low-speed case bearing surface is of pocket shape in order to stop side leakage and increase minimum film thickness, whereas optimum profile for higher speeds becomes flat or even slightly convex. Such a result for higher speed seems to reflect increasing importance of maximum temperature factor in the objective function. Despite of such differences in optimum shape of the oil gap it is a common practise to use the same bearings for a variety of operating conditions, which means that in an industrial bearing the real oil film gap profile is far from optimum. Such differences are an important reason for utilization of optimisation results in design of the bearings which should improve their performance. The development of CAD/CAM systems seems to make it economically feasible that in near future bearings are individually designed and manufactured.