EVOLUTION OF GAS LUBRICATED BEARINGS
Keywords:
gas foil bearing, gas lubrication, gasodynamic bearingAbstract
The problem of stability and ensuring the reliability of high-speed turbomachines on gas supports is becoming increasingly relevant, due to the increase in speeds, and as a result of increasing loads. Gasodynamic bearings also meet the requirements of environmental friendliness of production, which is also an important factor at the moment. The reliability of all turbomachines is largely determined by the reliability of the sliding supports, the design of which is a rather complex scientific and industrial task, including a detailed study of the support structure itself, as well as nonlinear processes occurring in the structure under various operating conditions. This article is a review of the designs of gasodynamic bearings. A large number of works of domestic and foreign researchers are devoted to the design features of gas supports, the study of the processes occurring in these supports, as well as the modeling of these processes. The research direction can be divided into computational and experimental ones. Experimental studies are carried out on single samples, the design features of which are quite complex, which entails difficulties for describing the design model of such supports; the formulation of such models greatly simplifies the design itself, which entails a loss of the adequacy of the model. The tendency to simplify the model is also observed for computational studies. As a result, the construction of an adequate mathematical model that takes into account the design features and reflects the nonlinear relationships of the processes occurring in gas supports under various operating conditions is still relevant today. Further research will be devoted to this issue.
References
Бесчастных, В.Н. Проектирование и экспериментальное исследование гибридных газовых подшипников тяжелого многоопорного ротора ГТД // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. Сер: «Авиационная и ракетно-космическая техника». – 2009. – № 3 (19). – С. 119–126.
Грибниченко, М.В. Определение оптимальной формы смазочного слоя осевых лепестковых газодинамических подшипников / М.В. Грибиниченко, А.С. Фунтиков // Вологдинские чтения. – 2012. – № 80. – С. 123–125.
Ермилов, Ю.И. Разработка конструкции и расчет характеристик осевого лепесткового газодинамического подшипника повышенной несущей способности / Ю.И. Ермилов, Ю.А. Равикович // Проблемы и перспективы развития двигателестроения. – Самара: СГАУ. – 1999. – Вып. 3, ч. 2. – С. 262–267.
Ермилов, Ю.И. Теоретическое и экспериментальное определение предельной несущей способности осевых лепестковых газодинамических подшипников: дис. канд. техн. наук / Ю.И. Ермилов. – М.: Изд-во МАИ, 2005. – 157 с.
Ермилов, Ю.И. Анализ устойчивости симметричного ротора в лепестковых газодинамических подшипниках // Труды МАИ: электрон. журнал. – 2012. – Вып. 52. – www.mai.ru/
science/trudy.
Ермилов, Ю.И. Экспериментальное определение предельной несущей способности осевых лепестковых газодинамических подшипников малоразмерных высокооборотных турбомашин / Ю.И. Ермилов, Ю.А. Равикович // Вестник МАИ. – 2008. – Т. 15, № 3. – С. 74–82.
Корчак, А.В. Моделирование и программа расчета упорных лепестковых газодинамических подшипников / А.В. Корчак // Вестник ВГТУ. – 2011. – № 4. – C. 138–142.
Левина, Г.А. Определение реакций лепесткового газодинамического подшипника / Г.А. Левина, В.В. Смирнов. – Челябинск: Челябинск. политехн, ин-т. – 1984. – Деп. в ВИНИТИ 02.10.84, № 7211-84.
Левина, Г.А. Определение реакций лепесткового подпятника с газовым смазочным слоем / Г.А. Левина, А.К. Бояршинова // Машиноведение АН СССР. – 1985. – C. 82–88.
Левина, Г.А. Решение задачи газовой смазки для подшипника с упругими поверхностями / Г.А. Левина, В.В. Дрокин // Математическое моделирование и краевые задачи: тр. Седьмой Всерос. науч. конф. с междунар. участием. Ч. 1: Математические модели механики, прочности и надежности элементов конструкций. – Самара: СамГТУ, 2009. – C. 203–206.
Левина, Г.А. Решение упругогидродинамических задач и анализ нагрузочных характеристик лепесткового газодинамического подпятника с профилированными лепестками / Г.А. Левина, А.К. Бояршинова // Машиноведение. – 1989. – № 4. – С. 88–94.
Левина, Г.А. Условия завершения численного решения вариационной контактной задачи / Г.А. Левина, И.А. Гладкова // Элементы и приборы систем управления: темат. сб. науч. тр. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – С. 57–62.
Левина, Г.А. Численное решение краевой задачи о распределении давления в слое сжимаемой смазки / Г.А Левина, В.В. Смирнов // Информационные и робототехнические системы: темат. сб. науч. тр. – Челябинск: ЧПИ, 1985. – С. 87–90.
Оу. Теоретический анализ деформируемого газодинамического подшипника / Оу, Роде // ТАОИМ. Проблемы трения и смазки. – 1977. – № 1. – C. 79–86.
Расчетно-экспериментальное исследование динамики ротора на газовых опорах / Ю.М. Темис, М.Ю. Темис, А.М. Егоров и др. // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. Сер. «Авиационная и ракетно-космическая техника». – 2011. – № 3 (27). – С. 174–182.
Румянцев, М.Ю. Применение лепестковых газодинамических подшипников в турбогенераторных агрегатах малой мощности / М.Ю. Румянцев, Н.Е.Захарова, С.И. Сигачев // Известия МГТУ «МАМИ»: Сер. «Транспортные средства и энергетические установки». – 2014. – Т. 1. – № 4 (22). – С. 61–68.
Румянцев, М.Ю. Разработка высокоскоростных электрокомпрессоров на основе вентильных электродвигателей на газодинамических опорах / М.Ю. Румянцев, Н.Е. Захарова, СИ. Сигачев // Сайт ИП Сигачев СИ., раздел «Статьи». – http://turbokom.narod2.ru/stati/
elektrokompressori_na_lepestkovih_gazodinamicheskih_oporah_doklad.
Самсонов, А.И. Научные основы проектирования подшипников с газовой смазкой для судовых турбомашин: автореф. дис. … д-ра техн. наук / А.И. Самсонов. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1997. – 31 с.
Самсонов, А.И. Подшипники с газовой смазкой для турбомашин: учеб. пособие / А.И. Самсонов. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1996. – 149 с.
Смирнов, В.В. Разработка метода упругогидродинамического расчета лепестковых газовых подшипников турбомашин: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.02 / В.В. Смирнов. – Челябинск: ЧПИ. – 1988. – 17 с.
Темис, М.Ю. Параметрическое исследование упругих свойств осевого газодинамического лепесткового подшипника на основе одномерной модели течения смазки / М.Ю. Темис, А.Б. Мещеряков // Известия высш. учеб.заведений. Машиностроение. – 2019. – № 2. – С. 11–23.
DOI: 10.18698/0536-1044-2019-2-11-23
Analysis and experimental study on a novel gas foil bearing with nested compression springs / K. Feng, W. Liu, R. Yu, Z. Zhang // Tribology International. – 2017. – No. 107. – P. 65–76. DOI:10.1016/j.triboint.2016.11.027
Blok, H. The Foil Bearing – A New Departure in Hydrodynamic Lubrication / H. Blok, J. van Rossum // Lubrication Engineering. – 1953. – Vol. 9 (6). – P. 316–320.
Bonello, P. An experimental and theoretical analysis of a foil-air bearing rotor system / P. Bonello, M.F.B Hassan // Journal of Sound and Vibration. – 2018. – No. 413. – P. 395–420. DOI: 10.1016/j.jsv.2017.10.036
Bonello, P. Nonlinear dynamic analysis of high speed oil-free turbomachinery with focus on stability and self-excited vibration / P. Bonello, H.M. Pham // Journal of Tribology. – 2014. – Vol. 136 (4). – P. 041705.
Bonello, P. The efficient computation of the nonlinear dynamic response of a foil–air bearing rotor system / P. Bonello, H.M. Pham // Journal of Sound and Vibration. – 2014. – Vol. 333 (15). – P. 3459–3478.
Characterization of a controllable stiffness foil bearing with shape memory alloy springs / K. Feng, Y. Cao, K. Yu et al. // Tribology International. – 2019. DOI: 10.1016/j.triboint.2019.03.068
Effects of structural parameters on the load carrying capacity of the multi-leaf gas foil journal bearing based on contact mechanics / C. Li, J. Du, J. Zhu, Y. Yao // Tribology International. – 2019. – No. 131. – P. 318–331. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.09.003
Feng, K. Analytical model of bump-type foil bearings using a link-spring structure and a finite-element shell model / K. Feng, S. Kaneko // Journal of Tribology, 2011. – Vol. 132 (2). – P. 021706.
Feng, K. Link-Spring Model of Bump-Type Foil Bearings / K. Feng, S. Kaneko // Structures and Dynamics, Parts A and B. – 2009. – Vol. 6. DOI: 10.1115/gt2009-59260
Feng, K. Prediction of Dynamic Coefficients of Bump-Type Foil Bearings with Bumps Considered as Link-Spring Structures / K. Feng, S. Kaneko // Tribology Online. – 2011. – № 6 (1). – P. 10–18. DOI: 10.2474/trol.6.10
Gas bearing technology for oil-free microturbomachinery: research experience for undergraduate (REU) / L. San Andrés, T.H. Kim, K. Ryu et al. – Texas A&M University. In ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air. 2009. American Society of Mechanical Engineers.
Heshmat, H. Analysis of gas-lubricated foil journal bearings / H. Heshmat, J. Walowit, O. Pinkus // Journal of Tribology. – 1983. – Vol. 105 (4). – P. 647–655.
Heshmat, H. Development of foil journal bearings for high load capacity and high speed whirl stability / H. Heshmat, W. Shapiro, S. Gray // Journal of Tribology. – 1982. – Vol. 104 (2). – P. 149–156.
Ku, C.-P.R. Compliant foil bearing structural stiffness analysis. Part I: Theoretical model including strip and variable bump foil geometry / C.-P.R Ku, H. Heshmat // Journal of Tribology. – 1992. – Vol. 114 (2). – P. 394–400.
Ku, C.-P.R. Compliant foil bearing structural stiffness analysis. Part II: Experimental investigation / C.-P.R Ku, H. Heshmat // Journal of Tribology. – 1993. – Vol. 115 (3). – P. 364–369.
Numerical analysis on the static performance of tilting pad – journal gas bearing in subsystems / H. Yu, L. Tianwei, C. Shuangtao et al. // Tribology International. – 2013. – No. 61. – P. 70–79. DOI: 10.1016/j.triboint.2012.11.026
Numerical and Compact Model of Metal Mesh Foil Bearings / K. Feng, X. Zhao, Z. Zhang, T. Zhang // Tribology Transactions. – 2016. – Vol. 59 (3). – P. 480–490. DOI: 10.1080/10402004.
1087078
Oh, K. Theoretical Investigation of the Multi-leaf Journal Bearing / K. Oh, S.M. Rohde // ASME Journal of Applied Mechanics. – 1976.
Oh, K. Theoretical Load-Deflection Studies of the Multi-leaf Journal Bearing / K. Oh, S.M. Rohde, R.J. Trippet // ASME Topics of the Fluid Film Bearing Design and Optimization. – 1978. – P. 130–154.
Patent US4274683A. Support element for compliant hydrodynamic journal bearings / S. Gray, B. Bhushan; Mechanical Technology Incorporated: USA. – 23 Jun 1981.
Patent US6158893. High load capacity compliant foil hydrodynamic journal bearing / H. Heshmat; Mohawk Innovative technology, Inc.: USA. – 12 Dec. 2000.
San Andrés, L. Analysis of gas foil bearings integrating FE top foil models / L. San Andrés,
T.-H. Kim // Tribology International. – 2009. – Vol. 42 (1). – P. 111–120.
San Andrés, L. Rotordynamic performance of a rotor supported on bump type foil gas bearings: experiments and predictions / L. San Andrés, D. Rubio, T.-H. Kim // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2007. – Vol. 129(3). – P. 850–857.
San Andres, L. Forced nonlinear response of gas foil bearing supported rotors / L. San Andrés, T.-H. Kim // Tribology International. – 2008. – Vol. 41 (8). – P. 704–715.
San Andrés, L. Identification of structural stiffness and energy dissipation parameters in a second generation foil bearing: effect of shaft temperature / L. San Andrés, K. Ryu, T.H. Kim // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2011. – Vol. 133 (3). – P. 032501.
San Andrés, L. Improvements to the analysis of gas boil bearings: integration of top foil 1D and 2D structural models / L. San Andrés, T.-H. Kim // ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea, and Air. 2007. American Society of Mechanical Engineers.
San Andrés, L. Issues on instability and forced nonlinearity in gas foil bearing supported rotors / L. San Andrés, T.-H. Kim // 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. – 2007.
San Andrés, L. Metal Mesh Foil Bearing: Effect of Motion Amplitude, Rotor Speed, Static Load, and Excitation Frequency on Force Coefficients / L. San Andrés, T.A. Chirathadam // Structures and Dynamics, Parts A and B. – 2011. – Vol. 6. DOI: 10.1115/gt2011-45257
San Andrés, L. Metal Mesh Foil Bearing: Effect of Motion Amplitude, Rotor Speed, Static Load, and Excitation Frequency on Force Coefficients / L. San Andrés, T.A. Chirathadam // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2011. – Vol. 133(12). – Number 122503. DOI: 10.1115/1.4004112
Sytin, A. Experimental Study of Foil Gas-Dynamic Bearing Elastic Elements Deformation / A. Sytin, A. Rodichev, A. Babin // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 334–339.
DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.482
Wang, C.-C. Bifurcation analysis of self-acting gas journal bearings / C.-C. Wang, C.-K. Chen // Journal of Tribology. – 2001. – Vol. 123 (4). – P. 755–767.
Zamanian Yazdi, B. Rotordynamic Performance of Hybrid Air Foil Bearings With Regulated Hydrostatic Injection / B. Zamanian Yazdi, D. Kim // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2017. – No. 140 (1). – 012506. DOI: 10.1115/1.4037667
