Elliptical bearings are widely used for large steam turbines owing to their excellent load carrying capacity and good dynamic stability. Power loss in bearings is an extremely important parameter, especially for high turbine capacities. Optimization of operation conditions and design variables such as bearing clearance and bearing length can reduce the power loss in elliptical bearings. Although changes in the oil supply method have served to increase the efficiency of the tilting pad journal bearing, it has not explicitly improved elliptical bearings. In this study, we verify the static characteristics of an elliptical bearing by changing the direction of oil supply. We evaluate the bearing power loss and bearing metal temperature, and compare the bearing performance and reliability in different test cases. The direction of oil supply is $90^{\circ}$ (9 o'clock) and $270^{\circ}$ (3 o'clock) when the rotor rotates in a counterclockwise direction. We use an elliptical bearing with an inner diameter and active length of 220.30 and 110.00 mm, respectively. Bearing power loss and bearing metal temperatures are measured and evaluated by rotor rotational speed, oil flow rate, and bearing load. The results reveal a 20 reduction in the power loss when the direction of oil supply is 90. Furthermore, the oil film on the upper part of the bearing has a high temperature when the direction of oil supply is $90^{\circ}$. In contrast, when the direction of oil supply is $270^{\circ}$, the oil film on the upper part of the bearing is relatively cold.
Turbocharger bearings are under the circumstance of high temperature, moreover rotated at high speed. It is necessary to be designed overcoming the high temperature. So the type of oil inlet port, the inlet oil temperature and the sort of engine oil should be designed, controlled and selected carefully in order to reduce the bearing inside temperature. In this study, the influence of aerated oil on a high-speed journal bearing is also examined by using the classical thermohydrodynamic lubrication theory coupled with analytical models for viscosity and density of air-oil mixture in fluid-film bearing. Convection to the walls and mixing with supply oil and re-circulating oil are considered. The considered parameters for the study of bubbly lubrication are oil inlet port's type, oil aeration level and shaft speed. It is found that the type of oil inlet ports and shaft speed play important roles in determining the temperature and pressure, then the friction and load of journal bearing at high speed operation. Also, the results show that, under extremely high shaft speed, the high shear effects on aerated oil and the high temperature effects are canceled out each other. So, the bearing load and friction show almost no difference between the aerated oil and pure oil.
Gas foil thrust bearings (GFTBs) support axial loads in oil-free, high speed rotating machinery using air or gas as a lubricant. Due to the inherent low viscosity of the lubricant, GFTBs often have super-laminar flows in the film region at operating conditions with high Reynolds numbers. This paper develops a mathematical model of a GFTB with turbulent flows and validates the model predictions against those from the literature. The pressure distribution, film thickness distribution, load carrying capacity, and power loss are predicted for both laminar and turbulent flow models and compared with each other. Predictions for an air lubricant show that the GFTB has high Reynolds numbers at the leading edge where the film thickness is large and relatively low Reynolds numbers at the trailing edge. The predicted load capacity and power loss for the turbulent flow model show little difference from those for the laminar flow model even at the highest speed of 100 krpm, because the Reynolds numbers are smaller than the critical Reynolds number. On the other hand, refrigerant (R-134a) lubricant, which has a higher density than air, had significant differences due to high Reynolds numbers in the film region, in particular, near the leading and outer edges. The predicted load capacity and power loss for the turbulent flow model are 2.1 and 2.3 times larger, respectively, than those for the laminar flow model, thus implying that the turbulent flow greatly affects the performance of the GFTB.
Nam Kyu Kim;Yeongchae Song;Tae Ho Kim;Jeonggi Hong;Kyungdae Kang
Tribology and Lubricants
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v.40
no.2
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pp.54-60
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2024
This study experimentally identifies the effects of end shape, clearance, total damper length, journal eccentricity ratio, oil supply pressure, and oil flow rate on the damping coefficient of a squeeze film damper (SFD) with piston ring seal ends and a central groove. The SFD is composed of a lubricating fluid flowing between the outer race of a rolling element bearing and cartridge, along with an anti-rotation pin to prevent the rotation of the outer race. The device provides additional viscous damping to a rotating system. Additionally, piston ring seals attached at both ends of the damper increase the damping coefficient of the rotating system by reducing oil leakage. Because these different design conditions affect the damping coefficient of an SFD, we perform experiments including different conditions. Tests show that the damping coefficient increases significantly in the SFD with piston ring seal ends compared with the SFD with open ends. The damping coefficient also increases with increasing total damper length and journal eccentricity ratio, and decreases with increasing clearance. Additionally, in contrast to the trend observed for the SFD with open ends, the damping coefficient for the SFD with piston ring seal ends increases with increasing supply pressure and flow rate as the frequency decreases but shows consistent results as the frequency increases.
Ring, groove and cylinder bore wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in ring face, groove geometry and cylinder bore diameter can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blowby and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each part's wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of rings, grooves and cylinder bore are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of each part are turn out to be around the band of averaged test values or a little below.
Cylinder bore wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in cylinder bore diameter can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blow-by and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each pare0s wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of cylinder bore diameter are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of cylinder bore diameter are turn out to be twice of the lower bound of averaged test values at TDC and the lower bound at BDC.
Ring and groove wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in ring face and groove geometry can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blow-by and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face, ring groove and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Being based on the calculation of gas flow amount by the theory of piston ring dynamics and gas flow, and the calculation of oil film thickness and friction force by the analysis of piston ring lubrication, the calculation theory of oil amount through top ring gap into combustion chamber will be set. This is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring, groove and cylinder bore are included. Then the each amount of wear is to be obtained. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. Next, the calculated amount of oil consumption and wear are compared with the guideline of each part's wear and oil consumption. So, the timing of part repair and engine life cycle can be predicted in advance without performing engine durability test. The wear data of rings and grooves are obtained from three engines before and after engine durability test. The calculated wear data of each part are turn out to be at the lower bound of aver-aged test values or a little below.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.1022-1027
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2002
This paper describes the fluttering characteristics of the upper pad in a tilting pad journal bearing(6-pad, LOP type) using a steam turbine. In order to investigate the phenomena of the upper pad fluttering experimentally, the absolute vibration of the upper pads the relative vibration between bearing and shaft and the circumferential distribution of the film thickness are measured under the different values of supply oil flow rate, shaft speed and bearing load. It can be known that the fluttering mechanism of the upper pads has a tendency of the self-excited vibration from the study of fluttering frequencies and amplitudes with the change of shaft speed. furthermore, it is observed that the incipient upper pad fluttering velocity is increased by the increase of oil supply flow rate and fluttering amplitude of the upper pads is increased by the decrease of the oil flow rate and by the increase of the bearing load.
Eight tight sandstone reservoir samples from $He_8$ and $Shan_1$ Formations of the Sulige Gas field were selected to perform gas-water micro-displacement experiment based on authentic sandstone micro-model. The gas pressure-relief experiment was proposed for the first time to simulate the pressure change and gas-water percolation characteristics in the process of gas exploitation. The experiment results show that: (1) In the process of gas accumulation, the gas preferentially flows into the well-connected pores and throats with large radius, but rarely flows into the area without pores and throats. (2) Under sufficient gas drive, the water in pores and throats usually exists in the forms of 'thin water film', 'thick water film', and 'water column', but under insufficient gas drive, gas fails to flow into new pathways in time, so that the reservoirs with large pores and throats are high in water cut. (3) Under the same water saturation, the reservoirs with better petrophysical properties has higher gas recovery factor within unit time. Under the same petrophysical conditions, the reservoirs with lower water saturation show higher gas recovery factor within unit time. The higher the permeability, the stronger the liquid carrying capacity of reservoirs.
Kim, Ji-Young;Kim, Jee-Woon;Cho, Myung-Rae;Han, Dong-Chul
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.16
no.4
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pp.468-475
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2002
This paper reports on the friction characteristics of a piston ring pack with consideration of mixed lubrication. The analytical model is presented by using the average flow antral asperity contact model. The effect of operating condition, and design parameters on the MOFT, maximum friction force, and mean frictional power loss are investigated. Piston ring prick shows mixed and hydrodynamic lubrication characteristics. From the predicted results, it was fand that the ring tension and height of surface roughness have great influence on the frictional power losses in a ring pack. Especially, ring tension is a dominant factor for the reduction of friction loss and maintenance of oil film thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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