베어링은 고속 회전체 시스템의 중요 설계요소이다. 유체 동압 베어링은 일반 산업용 구름 베어링에 비해 고속화가 가능하며, 내구성이 우수하다고 알려져 있다. 그 중 틸팅 패드 저널 베어링은 연성 강성계수가 존재하지 않아 매우 우수한 고속 안정성을 가진다. 틸팅 패드 ...
베어링은 고속 회전체 시스템의 중요 설계요소이다. 유체 동압 베어링은 일반 산업용 구름 베어링에 비해 고속화가 가능하며, 내구성이 우수하다고 알려져 있다. 그 중 틸팅 패드 저널 베어링은 연성 강성계수가 존재하지 않아 매우 우수한 고속 안정성을 가진다. 틸팅 패드 저널 베어링의 해석을 위해 패드의 거동을 고려한 윤활유막 두께를 모델링 하였다. 틸팅 패드 저널베어링의 패드를 지지하는 볼 소켓형 피봇과 락커 백형 피봇의 거동을 고려하기 위해 Hertzian contact stress 이론을 적용하여 피봇의 강성을 계산한다. 틸팅 패드 저널 베어링의 해석을 위해 레이놀즈 방정식을 수치해석하여 유활유체의 압력을 해석한다. 베어링의 해석을 위해 각 패드의 모멘트, 피봇방향의 힘의 평형을 계산하며, 베어링의 수직, 수평방향의 힘을 계산한다. 베어링의 강성, 감쇠는 섭동법을 통해 해석을 수행한다. 해석결과 하중방향의 패드에서 최대압력과 최소 유막두께가 존재한다. 저널 편심률은 회전속도가 증가하면 감소하며, 하중 증가에 따라 증가하는 경향을 보인다. 강성계수는 회전속도가 증가할수록 증가하며, 감쇠계수는 회전속도가 증가함에 따라 감소한다. 피봇의 강성을 고려한 해석은 그렇지 않은 해석에 비해 회전속도에 따른 저널 편심률이 증가하며, 강성과 감쇠계수는 감소하였다. 베어링의 정·동특성은 피봇 강성에 영향을 받는다. 해석의 신뢰성을 확인하기 위해 기존에 발표된 틸팅 패드 저널베어링의 실험 및 해석논문의 결과와 현재 해석결과를 비교하였다. 해석결과의 비교는 락커 백형 피봇으로 지지된 5패드 LBP 하중조건과 LOP 하중조건, 볼 소켓형 피봇으로 지지된 4패드 LBP 하중조건의 틸팅 패드 저널베어링이 사용되었다. 비교 결과, 피봇을 고려한 해석의 경우 기존의 해석에 비해 저널 편심률의 실험결과를 매우 잘 예측하고 있다. 강성의 경우 일반적으로 기존의 해석에 비해 개선된 해석을 수행한다. 감쇠 해석 결과는 실험에 비해 높은 예측을 하나, 이 또한 기존의 해석에 비해 일반적으로 개선된 해석을 수행한다.
베어링은 고속 회전체 시스템의 중요 설계요소이다. 유체 동압 베어링은 일반 산업용 구름 베어링에 비해 고속화가 가능하며, 내구성이 우수하다고 알려져 있다. 그 중 틸팅 패드 저널 베어링은 연성 강성계수가 존재하지 않아 매우 우수한 고속 안정성을 가진다. 틸팅 패드 저널 베어링의 해석을 위해 패드의 거동을 고려한 윤활유막 두께를 모델링 하였다. 틸팅 패드 저널베어링의 패드를 지지하는 볼 소켓형 피봇과 락커 백형 피봇의 거동을 고려하기 위해 Hertzian contact stress 이론을 적용하여 피봇의 강성을 계산한다. 틸팅 패드 저널 베어링의 해석을 위해 레이놀즈 방정식을 수치해석하여 유활유체의 압력을 해석한다. 베어링의 해석을 위해 각 패드의 모멘트, 피봇방향의 힘의 평형을 계산하며, 베어링의 수직, 수평방향의 힘을 계산한다. 베어링의 강성, 감쇠는 섭동법을 통해 해석을 수행한다. 해석결과 하중방향의 패드에서 최대압력과 최소 유막두께가 존재한다. 저널 편심률은 회전속도가 증가하면 감소하며, 하중 증가에 따라 증가하는 경향을 보인다. 강성계수는 회전속도가 증가할수록 증가하며, 감쇠계수는 회전속도가 증가함에 따라 감소한다. 피봇의 강성을 고려한 해석은 그렇지 않은 해석에 비해 회전속도에 따른 저널 편심률이 증가하며, 강성과 감쇠계수는 감소하였다. 베어링의 정·동특성은 피봇 강성에 영향을 받는다. 해석의 신뢰성을 확인하기 위해 기존에 발표된 틸팅 패드 저널베어링의 실험 및 해석논문의 결과와 현재 해석결과를 비교하였다. 해석결과의 비교는 락커 백형 피봇으로 지지된 5패드 LBP 하중조건과 LOP 하중조건, 볼 소켓형 피봇으로 지지된 4패드 LBP 하중조건의 틸팅 패드 저널베어링이 사용되었다. 비교 결과, 피봇을 고려한 해석의 경우 기존의 해석에 비해 저널 편심률의 실험결과를 매우 잘 예측하고 있다. 강성의 경우 일반적으로 기존의 해석에 비해 개선된 해석을 수행한다. 감쇠 해석 결과는 실험에 비해 높은 예측을 하나, 이 또한 기존의 해석에 비해 일반적으로 개선된 해석을 수행한다.
This thesis set out to predict the load capacity and rotordynamic coefficients of tilting-pad journal bearings (TPJBs), taking the pivot stiffness into account. The analysis uses rocker-back (cylindrical) and ball in socket (spherical) pivot models, both of which are based on Hertzian contact stress...
This thesis set out to predict the load capacity and rotordynamic coefficients of tilting-pad journal bearings (TPJBs), taking the pivot stiffness into account. The analysis uses rocker-back (cylindrical) and ball in socket (spherical) pivot models, both of which are based on Hertzian contact stress theory. The models ascertain the non-linear elastic deformation of the pivots according to the applied load, pivot geometry, and material properties. At present, the Reynolds equation for an isothermal, isoviscous, and incompressible fluid is used to calculate the film pressure by using the finite-element method, after which the Newton-Raphson method is used to simultaneously find the journal center location, pad angles, and pivot deflections. The bearing analysis, excluding the pivot models, is validated using predictions those are readily available in the literature. As the rotor speed increases, the predicted journal eccentricity and damping coefficients decrease, but the stiffness coefficients increase, as expected. Most importantly, the implementation of the pivot models increases the journal eccentricity but significantly decreases the stiffness and damping coefficients of the TPJBs. Comparison of present prediction data to published test data. For the TPJBs with five pads and rocker back pivot, the predicted stiffness coefficients agree reasonably with test data but the predicted damping coefficients overestimate them both under the load between pad (LBP) and load on pad (LOP) configurations For the TPJBs with four pads and ball in socket pivot, the predicted journal eccentricity and stiffness coefficients agree well with the test data for increasing static loads and speeds but the predicted damping coefficients overestimate them under the load between pad (LBP) configurations. In general, the current predictive model including the pivot stiffness improves the accuracy of the rotordynamic performance predictions when compared to the previously published predictions.
This thesis set out to predict the load capacity and rotordynamic coefficients of tilting-pad journal bearings (TPJBs), taking the pivot stiffness into account. The analysis uses rocker-back (cylindrical) and ball in socket (spherical) pivot models, both of which are based on Hertzian contact stress theory. The models ascertain the non-linear elastic deformation of the pivots according to the applied load, pivot geometry, and material properties. At present, the Reynolds equation for an isothermal, isoviscous, and incompressible fluid is used to calculate the film pressure by using the finite-element method, after which the Newton-Raphson method is used to simultaneously find the journal center location, pad angles, and pivot deflections. The bearing analysis, excluding the pivot models, is validated using predictions those are readily available in the literature. As the rotor speed increases, the predicted journal eccentricity and damping coefficients decrease, but the stiffness coefficients increase, as expected. Most importantly, the implementation of the pivot models increases the journal eccentricity but significantly decreases the stiffness and damping coefficients of the TPJBs. Comparison of present prediction data to published test data. For the TPJBs with five pads and rocker back pivot, the predicted stiffness coefficients agree reasonably with test data but the predicted damping coefficients overestimate them both under the load between pad (LBP) and load on pad (LOP) configurations For the TPJBs with four pads and ball in socket pivot, the predicted journal eccentricity and stiffness coefficients agree well with the test data for increasing static loads and speeds but the predicted damping coefficients overestimate them under the load between pad (LBP) configurations. In general, the current predictive model including the pivot stiffness improves the accuracy of the rotordynamic performance predictions when compared to the previously published predictions.
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