Оценка влияния граничных условий на величину расчетной грузоподъемности радиальных лепестковых газодинамических подшипников турбокомпрессоров

Лепестковые газодинамические подшипники нашли применение в различных областях промышленности, где требуются безмасляные высокоскоростные установки малой мощности с продолжительным межремонтным интервалом. Эти подшипники, способные функционировать в широком диапазоне рабочей температуры, можно использовать в турбодетандерах, холодильных компрессорах и компрессорах с высокой температурой рабочего тела или в микрогазотурбинных установках. Разработка новых более точных расчетных методов для перспективных конструкций подшипников такого типа по-прежнему остается актуальной. Проведено расчетное исследование процесса течения газа в изменяющемся зазоре между вращающейся поверхностью ротора высокооборотной турбомашины и опорной поверхностью радиального лепесткового газодинамического подшипника при различных граничных условиях. Выполнено моделирование процессов течения газа, происходящих в зазоре газодинамического подшипника, при разной толщине газового слоя. Приведен пример численного моделирования клиновидного зазора лепесткового подшипника упрощенной геометрической формы, образованного эксцентричными цилиндрическими поверхностями, с целью получения распределения давления рабочей среды по опорной поверхности под действием газовых сил, и его грузоподъемности для различных граничных условий. Полученные результаты позволили оценить влияние граничных условий на величину расчетной грузоподъемности газодинамического подшипника и определить границы их применимости для разной толщины газового слоя.
EDN: TZHYTQ, https://elibrary/tzhytq

Литература

[1] Agrawal G. Foil air/gas bearing technology — an overview. ASME 1997 Int. Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition, 1997, paper no. 97-GT-347, doi: https://doi.org/10.1115/97-GT-347

[2] Dellacorte C., Lukaszewicz V., Valco M.J. et al. Performance and durability of high temperature foil air bearings for oil-free turbomachinery. Tribol. Trans., 2000, vol. 43, no. 4, pp. 774–780, doi: https://doi.org/10.1080/10402000008982407

[3] Bruckner R.J. An assessment of gas foil bearing scalability and the potential benefits to civilian turbofan engines. ASME Turbo Expo, 2010, paper no. GT2010-22118, pp. 29–35, doi: https://doi.org/10.1115/GT2010-22118

[4] Filippova S.P., Dil’mana M.D., Ionov M.S. Demand of the power industry of russia for gas turbines: the current state and prospects. Therm. Eng., 2017, vol. 64, no. 11, pp. 829–840, doi: https://doi.org/10.1134/S0040601517110052

[5] Xiong L.-Y., Wu G., Hou Y. et al. Development of aerodynamic foil journal bearings for a high speed cryogenic turboexpander. Cryogenics, 1997, vol. 37, no. 4, pp. 221–230, doi: https://doi.org/10.1016/s0011-2275(97)00012-x

[6] Sim K., Lee Y.-B., Kim T.H. Rotordynamic analysis of an oil-free turbocharger supported on lobed gas foil bearings—predictions versus test data. Tribol. Trans., 2014, vol. 57, no. 6, pp. 1086–1095, doi: https://doi.org/10.1080/10402004.2014.937885

[7] Walton J.F., Tomaszewski M.J., Heshmat H. The role of high performance foil bearings in advanced, oil-free, high-speed motor driven compressors. 1st Int. Conf. on Fuel Cell Science, Engineering and Technology, 2003, paper no. FUELCELL2003-1747, pp. 411–417, doi: https://doi.org/10.1115/fuelcell2003-1747

[8] DellaCorte C., Bruckner R.J. Remaining technical challenges and future plans for oil-free turbomachinery. J. Eng. Gas Turbines Power, 2011, vol. 133, no. 4, art. 042502, doi: https://doi.org/10.1115/1.4002271

[9] Lubell D., DellaCorte C., Stanford M. Test evolution and oil-free engine experience of a high temperature foil air bearing coating. ASME Turbo Expo, 2006, paper no. GT2006-90572, pp. 1245–1249, doi: https://doi.org/10.1115/gt2006-90572

[10] Лучин Г.А., Пешти Ю.В., Снопов А.И. Газовые опоры турбомашин. Москва, Машиностроение, 1989. 238 с.

[11] DellaCorte C., Radil K.C., Bruckner R.J. et al. A preliminary foil gas bearing performance map. 2006 Annual Meeting and Exhibition. Report NASA/TM—2006-214343.

[12] Howard S.A., San Andreés L. A new analysis tool assessment for rotordynamic modeling of gas foil bearings. J. Eng. Gas Turbines Power, 2011, vol. 133, no. 2, art. 022505, doi: https://doi.org/10.1115/1.4001997

[13] Bruckner R.J., Puleo B.J. Compliant foil journal bearing performance at alternate pressures and temperatures. ASME Turbo Expo, 2008, paper no. GT2008-50174, pp. 587–594, doi: https://doi.org/10.1115/gt2008-50174

[14] Weissert D.H. Compliant foil fluid film radial bearing. Патент US 5915841. Заявл. 05.01.1998, опубл. 29.06.1999.

[15] Bosley R.W. Compliant foil hydrodynamic fluid film radial bearing. Патент EP 0756672. Заявл. 09.03.1995, опубл. 24.06.1998.

[16] Volkov-Muzylev V.V., Borisov Y.A., Pugachuk A.S. et al. Determination of the maximum load capacity of a gas foil journal bearing. Chem. Petrol. Eng., 2021, vol. 57, no. 7–8, pp. 665–671, doi: https://doi.org/10.1007/s10556-021-00990-1