Basınçlı hava yatağı ile desteklenmiş yatak-rotor sisteminin dinamik karakteristiklerinin belirlenmesi
An investigation into dynamic characteristic of an externally pressurized gas bearing – rotor system
Yazar: ABDURRAHİM DAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TUNCAY KARAÇAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Basınçlı hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sisteminde rotor sıkıştırılabilir bir akışkan olan hava tarafından taşınmaktadır. Dolayısıyla yatak ve rotor arasındaki havanın akışı sistemin dinamiğini de doğrudan etkilemektedir. Basınçlı hava yatakları ile desteklenmiş yatak-rotor sisteminde akışkanın sıkıştırılabilirliği ve doğrusal olmayan davranışı sebebiyle yatak-rotor arasındaki akış modelinin çözümlenmesi, akış karakteristiğine etki eden parameterlerin incelenmesi ve yatağın dinamik karakteristiğinin optimizasyonu oldukça önemlidir. Bu tezde ilk olarak yatak ve rotor arasındaki akışkan Reynold denklemi kullanılarak modellenmiştir. Bu model değişen yönlü kapalı nümerik integrasyon metodu ile çözümlenerek yatak ve rotor arasındaki basınç dağılımı; dolayısıyla yatak yük taşıma kapasiteleri ve yatak katılıkları elde edilmiştir. Yatakların geometrik parametrelerinin (boşluk miktarı, boy-çap oranı, besleme deliği çapı) yatak yük taşıma kapasitesi ve yatak katılığına etkileri incelenmiştir. Daha sonra literatürdeki çalışmalardan farklı olarak daha büyük boşluk miktarına sahip yataklar ile yataklanmış rijit yatak-rotor sistemi 2 serbestlik dereceli olarak modellenmiş ve sistemin hareket denklemleri elde edilmiştir. Doğrusal olmayan yatak-rotor sistemi davranışını en iyi şekilde ifade edebilmek için hareket denklemleri farklı rotor dönüş hızları için çözülmüş ve sonuçlar zaman tanım bölgesinde gösterilmiş, orbit eğrileri ve faz düzlemi eğrileri çizdirilerek yatağın geometrik parametrelerinin rotorun kararlılığına olan etkileri tartışılmıştır. Yatak ve rotor arasındaki boşluk miktarının artması ile yatağın yük taşıma kapasitesinin ve dolayısıyla yatak katılığının düştüğü görülmüş, ancak daha büyük boşluk miktarına sahip yataklar ile desteklenmiş yatak-rotor sisteminin çalışabilir olduğu gösterilmiştir. Bunun yanı sıra boşluk miktarının artması ile düşen yatak katılığı besleme deliği çapının arttırılması veya daha fazla sayıda orifis kullanılması ile arttığı görülmüştür.

Abstract:
Rotor is supported by air in the externally pressurized gas bearing. So characteristic of air flow directly effects dynamics of bearing-rotor system. Because of squeezability and nonlinear characteristic of air flow, solution of air flow between rotor and bearing, investigation of bearing parameter and optimization of rotordynamics characteristics are very important in bearing-rotor system. In this study, firstly air flow between rotor and bearing are model by using Reynold's equation. Pressure distribution between rotor and bearing is obtained using alternating direction implicit method, then bearing load carriying capacities and stiffnesses are obtained. The effects of bearing geometrical parameters (clearance, length-radius ratio, orifice radius) on the bearing load carrying capacities and stiffnesses are analyzed. Then a rigid shaft supported by an externally pressurized gas lubricated bearing which has higher clearance is modeled in two degrees of freedom and nonlinear equations of motion are obtained for investigation into effect of bearing parameter. In order to analyze of dynamic response of the bearing-rotor system, nonlinear equations of motion are solved for different rotor rotation speed and results are presented in time domains all. Motions of rotor center are shown with orbits and stability of bearing-rotor system are discussed with phase plane portraits. It is seen that bearing load carrying capacities and stiffnesses is decreased with higher clearance. But it is seen that rotor supported by an externally pressurized gas bearing which has higher clearance is workable. In addition to this, it is seen that, load carrying capacity and so stifness are increased with using bearing which has higher orifice diameter and number of orifice.