Effect of surface roughness of a radial aerostatic bearing on the load carrying capacity of a rotor-bearing system

Abstract

GirişBasınçlı hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sistemlerinde, yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki ince yağlayıcı film, yatak üzerine yerleştirilen besleme delikleri üzerinden iletilen basınçlı hava sayesinde oluşturulur. Yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki ince hava filmi rotoru destekleyerek iki yüzeyin temassız çalışmasını sağlar. Basınçlı hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sistemlerinde, havanın viskozitesinin sıvı yağlayıcılara göre düşük olması nedeniyle yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki sürtünme kayıpları da düşük olmaktadır. Dolayısıyla, basınçlı hava yatakları yüksek hızlarda dönen rotorların yataklanması için üstünlük sağlayabilmektedir. Bunun yanı sıra, birçok uygulamada sıklıkla kullanılan rulmanlarla kıyaslandığında yatak ve rotor yüzeylerinin temas etmeden çalışması, yatakrotor sistemi elemanlarının ömrünü de uzatmakta ve bakım maliyetlerini de düşürmektedir.Basınçlı radyal hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sistemlerinde, yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki ince yağlayıcı film rotoru taşımaktadır. Yüzeyler arasındaki ince hava filminin hareketi, yatak-rotor sisteminin geometrik parametrelerine ve çalışma şartlarına bağlı olarak ifade edilen Reynold's denklemi ile modellenmektedir Dolayısıyla basınçlı hava yatağının geometrik parametreleri olan radyal boşluk (c), yatak boy/çap oranı (L/D), yatak üzerindeki besleme deliği sayısı ve bu besleme deliklerinin geometrisi ve çalışma parametreleri olan besleme basıncı ve rotorun açısal hızı yüzeyler arasındaki akışı etkilemektedir [1]. Bunların yanı sıra, yatak ve/veya rotor yüzeylerinin pürüzlülüğü de yatak ve rotor arasındaki radyal boşluğu değiştirdiği için, yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki akışı etkilemektedir. Yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki havanın hareketini etkileyen her bir parametre de yatak-rotor sisteminin dinamiğini doğrudan etkilemektedir[1]- [5]. Literatürde, bu geometrik parametrelerden radyal boşluk miktarı, yatak boy-çap oranı, besleme deliği geometrisinin yatak-rotor sisteminin dinamiğine olan etkilerinin araştırılması üzerine çalışmalar bulunmaktadır. Bu çalışmalarda, yatak ve rotor arasındaki radyal boşluk miktarının, yatak boy-çap oranının (L/D), çalışma koşullarının ve besleme deliği geometrisinin yatakrotor sistemi dinamiğine etkileri detaylı olarak araştırılmıştır. Majumdar [6], sıralı dizilmiş besleme deliklerine sahip bir basınçlı hava yatağının teorik olarak analiz etmiştir. Çalışmasında basınçlı hava yataklarının tasarım parametreleri olarak adlandırdığı, yatak boy-çap oranı ve eksantriklik oranının yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki ince hava filminin oluşturduğu basınç dağılımına ve yatağın yük taşıma kapasitesine olan etkisini incelemiştir. Yaptığı çalışmada yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki havanın akışını eksenel ve çevresel akış olarak iki parçada inceleyerek, pertürbasyon metodu ile basınç dağılımlarını elde etmiştir. Han ve diğ. [7], 10 μm radyal boşluğa sahip bir basınçlı hava yatağının boy-çap oranı ve besleme parametrelerinin (besleme deliği geometrisi,