모든 회전 기계의 축은 베어링이 지지하므로 베어링의 특성은 회전 기계의 운전 신뢰성에 매우 중요한 역할을 한다. 유체 윤활 베어링의 한 종류인 틸팅 패드 저널 베어링은 여러 개의 패드가 베어링 케이싱에 피봇으로 조립되어 있어서 운전 중에 각각의 패드가 운전 조건에 따라 서로 독립적으로 움직일 수 있는 구조로 되어 있다. 각 패드의 틸팅을 통해 다른 형상의 베어링에 비해 고속 안정성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 현재 대부분의 베어링 ...
모든 회전 기계의 축은 베어링이 지지하므로 베어링의 특성은 회전 기계의 운전 신뢰성에 매우 중요한 역할을 한다. 유체 윤활 베어링의 한 종류인 틸팅 패드 저널 베어링은 여러 개의 패드가 베어링 케이싱에 피봇으로 조립되어 있어서 운전 중에 각각의 패드가 운전 조건에 따라 서로 독립적으로 움직일 수 있는 구조로 되어 있다. 각 패드의 틸팅을 통해 다른 형상의 베어링에 비해 고속 안정성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 현재 대부분의 베어링 유동 해석은 레이놀즈 식을 기반으로 하여 주요 변수를 예측하고 있으나 이러한 근사적인 접근은 베어링의 복잡한 형상을 해석하는 데에 한계를 보인다. 본 연구는 틸팅 패드 저널 베어링에 대하여 3차원으로 열·유동 해석에 대하여 연구하였다. 기존 해석 범위인 베어링 유막에 그루브를 포함하는 유로로 해석 범위를 확장시켜, 3차원 점성 유동의 지배 방정식인 Navier-Stokes식의 해를 수치해석으로 구하는 CFD를 사용하여 베어링 유동을 해석하였다. 유막 패드면에서의 고압부는 중앙부 이후에서 나타나며, 리딩 엣지에서 트레일링 엣지까지 유막 두께 감소에 따라 패드면에서의 온도 상승과 점도 감소가 발생한다. 입구에서 유입되는 오일은 그루브 내에서 이전 패드의 트레일링 엣지에 치우쳐 들어가고, 다음 패드의 리딩 엣지 쪽으로 올라오면서 선회하는 유동 특성을 보인다. 이러한 유동 특성은 축방향에 따라 다른 경향성을 가지며, 그루브 내의 유동 혼합 또한 감소함을 보인다. 이는 유막의 리딩 엣지와 트레일링 엣지의 온도 분포에도 영향을 미침을 확인하였다. 유막과 그루브에 대한 정교하고 상세한 3차원 열·유동 해석을 통해 틸팅 패드 저널 베어링의 유동 특성을 분석하고, 예측 정확성이 개선된 CFD계산 방법을 개발하였다
모든 회전 기계의 축은 베어링이 지지하므로 베어링의 특성은 회전 기계의 운전 신뢰성에 매우 중요한 역할을 한다. 유체 윤활 베어링의 한 종류인 틸팅 패드 저널 베어링은 여러 개의 패드가 베어링 케이싱에 피봇으로 조립되어 있어서 운전 중에 각각의 패드가 운전 조건에 따라 서로 독립적으로 움직일 수 있는 구조로 되어 있다. 각 패드의 틸팅을 통해 다른 형상의 베어링에 비해 고속 안정성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 현재 대부분의 베어링 유동 해석은 레이놀즈 식을 기반으로 하여 주요 변수를 예측하고 있으나 이러한 근사적인 접근은 베어링의 복잡한 형상을 해석하는 데에 한계를 보인다. 본 연구는 틸팅 패드 저널 베어링에 대하여 3차원으로 열·유동 해석에 대하여 연구하였다. 기존 해석 범위인 베어링 유막에 그루브를 포함하는 유로로 해석 범위를 확장시켜, 3차원 점성 유동의 지배 방정식인 Navier-Stokes식의 해를 수치해석으로 구하는 CFD를 사용하여 베어링 유동을 해석하였다. 유막 패드면에서의 고압부는 중앙부 이후에서 나타나며, 리딩 엣지에서 트레일링 엣지까지 유막 두께 감소에 따라 패드면에서의 온도 상승과 점도 감소가 발생한다. 입구에서 유입되는 오일은 그루브 내에서 이전 패드의 트레일링 엣지에 치우쳐 들어가고, 다음 패드의 리딩 엣지 쪽으로 올라오면서 선회하는 유동 특성을 보인다. 이러한 유동 특성은 축방향에 따라 다른 경향성을 가지며, 그루브 내의 유동 혼합 또한 감소함을 보인다. 이는 유막의 리딩 엣지와 트레일링 엣지의 온도 분포에도 영향을 미침을 확인하였다. 유막과 그루브에 대한 정교하고 상세한 3차원 열·유동 해석을 통해 틸팅 패드 저널 베어링의 유동 특성을 분석하고, 예측 정확성이 개선된 CFD계산 방법을 개발하였다
All rotating machines are supported by the bearings, the characteristics of the bearings are directly connected to the operating reliability of rotating machines. A tilting pad journal bearing, which is one type of fluid lubricated bearing, has a structure in which plurality of pads are pivotally as...
All rotating machines are supported by the bearings, the characteristics of the bearings are directly connected to the operating reliability of rotating machines. A tilting pad journal bearing, which is one type of fluid lubricated bearing, has a structure in which plurality of pads are pivotally assembled to a bearing casing, so that the respective pads can move independently of each other according to the operating conditions. It is known that the tilting of each pad provides high-speed stability compared to other types of fluid lubricated bearings. Currently, most bearing flow analysis is based on Reynolds equation but this approximated approach limits the interpretation of the complex geometry of the bearing. In this study, three-dimensional heat and fluid flow analysis of tilting pad journal bearing was conducted. The analytical range of bearing was extended by including the grooves, and analyzed the bearing flow using CFD which obtains the solution of the Navier-Stokes equation, which is the governing equation of the three-dimensional viscous flow. It was confirmed that the position where the high-pressure portion appears on the pad surface and the tendency of viscosity with temperature. And the oil flowing into the grooves at the inlet shows swirling flow characteristics. These flow characteristics show different tendencies depending on the axial direction and shows a tendency similar to the mixing temperature of flow in the grooves. This affects the temperature distribution of leading edge and trailing edge of film. The flow characteristics of tilting pad journal bearings were analyzed through detailed three-dimensional heat and fluid flow analysis of film and grooves and CFD calculation method with improved accuracy of prediction was developed.
All rotating machines are supported by the bearings, the characteristics of the bearings are directly connected to the operating reliability of rotating machines. A tilting pad journal bearing, which is one type of fluid lubricated bearing, has a structure in which plurality of pads are pivotally assembled to a bearing casing, so that the respective pads can move independently of each other according to the operating conditions. It is known that the tilting of each pad provides high-speed stability compared to other types of fluid lubricated bearings. Currently, most bearing flow analysis is based on Reynolds equation but this approximated approach limits the interpretation of the complex geometry of the bearing. In this study, three-dimensional heat and fluid flow analysis of tilting pad journal bearing was conducted. The analytical range of bearing was extended by including the grooves, and analyzed the bearing flow using CFD which obtains the solution of the Navier-Stokes equation, which is the governing equation of the three-dimensional viscous flow. It was confirmed that the position where the high-pressure portion appears on the pad surface and the tendency of viscosity with temperature. And the oil flowing into the grooves at the inlet shows swirling flow characteristics. These flow characteristics show different tendencies depending on the axial direction and shows a tendency similar to the mixing temperature of flow in the grooves. This affects the temperature distribution of leading edge and trailing edge of film. The flow characteristics of tilting pad journal bearings were analyzed through detailed three-dimensional heat and fluid flow analysis of film and grooves and CFD calculation method with improved accuracy of prediction was developed.
주제어
#유체 윤활 베어링 온도 예측 전산 유체 역학 선단 압력 그루브 혼합 메커니즘 난류 틸팅 패드 저널 베어링 fluid lubricated bearing tilitng pad journal bearing Computational Fluid Dynamics(CFD) temperature prediction ram pressure mixing groove machanism turbulent
학위논문 정보
저자
김경훈
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
엔지니어링융합협동과정
지도교수
주원구
발행연도
2018
총페이지
ix, 51장
키워드
유체 윤활 베어링 온도 예측 전산 유체 역학 선단 압력 그루브 혼합 메커니즘 난류 틸팅 패드 저널 베어링 fluid lubricated bearing tilitng pad journal bearing Computational Fluid Dynamics(CFD) temperature prediction ram pressure mixing groove machanism turbulent
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