Basınçlı hava yataklarında orifis sayısı ve özelliklerinin rotor titreşimlerine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation on effect of rotor vibrations based on orifice number and location of externally pressurized air bearings
Yazar: OSMAN ATAGÜN
Danışman: PROF. DR. MEHMET EROĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Basınçlı hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sistemlerinde yatak ile rotor arasında bulunan ince yağlayıcı hava filmi, basınçlı hava yataklarının dinamik karakteristiğini belirleyen en önemli parametredir. Radyal boşlukta bulunan ince hava filmi, yatak ile rotor yüzeylerinin temasını önler ve rotoru taşır. Basınçlı hava yatakları üzerindeki orifislerden radyal boşluğa iletilen havanın viskozitesinin düşük olmasından dolayı günümüzde yüksek hızlı uygulamalarda basınçlı hava yataklı yatak-rotor sistemleri tercih edilmektedir. Basınçlı hava yataklı yatak-rotor sistemlerinde yük taşıma kapasitesini arttırmak amacıyla yatak ile rotor arasındaki radyal boşluk büyük çoğunlukla 50 mikron ve daha düşük olarak tasarlanmaktadır. Ancak bu boşluk miktarlarının üretimi maliyetli olmakta ve basınçlı hava yataklarının kullanımını kısıtlamaktadır. Bu probleme çözüm olarak radyal boşluk miktarlarının artırılması önerilebilir. Radyal boşluğun artması ile düşen yük taşıma kapasitesi ise besleme sistemi parametrelerinin optimizasyonu ile iyileştirilebilir. Ancak bu optimizasyonlar, yatak ve rotor yüzeyleri arasındaki hava filmi karakteristiğini değiştireceğinden dolayı, yatak-rotor sistemi dinamiğine etkilerinin araştırılması oldukça önemlidir. Bu tez çalışması kapsamında, besleme sistemi parametrelerinin, daha büyük boşluk miktarına sahip basınçlı hava yatakları ile her iki ucundan desteklenmiş yatak rotor sistemi dinamiği üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Bu kapsamda besleme sistemi parametreleri olan orifis sayısı ve orifis yerleşimi farklı olan basınçlı hava yatakları belirlenmiş ve farklı besleme basınçlarında test edilmiştir. Testler sırasında rotorun koordinat eksenlerindeki hareketleri yakınlık ölçer sensörler ile, rotorun dönüş hızı da takometre ile ölçülmüş ve bilgisayarlı veri toplama sistemi ile kaydedilmiştir. Kaydedilen veriler, MATLAB ortamında zaman ve frekans tanım bölgelerinde analiz edilmiştir. Besleme sistemi parametrelerinin yatak-rotor sisteminin titreşim karakteristiğine, kritik hızlarına ve doğal frekanslarına etkileri deneysel olarak araştırılmıştır.

Abstract:
In externally pressurized air bearing-rotor system, thin lubrication air film between rotor and bearing surfaces is the most important parameter in determining dynamic characteristics of the air bearings. The thin air film in radial gap prevents the contact between the bearing and rotor surfaces and carries the rotor. Because of the low viscosity of air conveyed from by orifices on the air bearing to radial gap, externally pressurized air bearings are preferred common in high speed applications. The radial clearance between the bearing and the rotor is designed to be mostly 50 microns or less in order to increase the load carrying capacity of the air bearing-rotor system. However, the production of these voids is costly and restricts the use of pressurized air bearings. It could be suggested that increasing the amount of gap as this probing solution. Reduced load carrying capacity with increasing radial clearance can be improved by optimizing the feeding system parameters. However, since these optimizations will change the air film characteristics between the bearing and rotor surfaces, it is very important to investigate the effect of the bearing-rotor system dynamics. In the context of this thesis study, the effect of feeding system parameters on the dynamics of the bearing-rotor system supported by both air bearings with larger gap amounts were investigated experimentally. In this context, pressurized air bearings with different orifice numbers and orifice set-ups with feeding system parameters are determined and tested at different feeding pressures. During the tests, the movement of the rotor in the coordinate axes was measured with proximity sensors, the rotor rotation speed was measured with a tachometer and recorded with a computerized data collection system. Recorded data were analyzed in time and frequency domain in MATLAB. The effects of feed system parameters on the vibration characteristics, critical speeds and natural frequencies of the bearing-rotor system have been experimentally investigated.