Baek, Doo San;Hwang, Sung Ho;Kim, Tae Ho;Lee, Jong Sung;Kim, Tae Young
Tribology and Lubricants
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v.38
no.2
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pp.53-62
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2022
This study presents experimental measurements of the rotordynamic performance of a motor-driven small turbocompressor supported by gas beam foil journal bearings (GBFJBs) and compares the test results with the predictions of a computational model. The experiments confirmed that the rotational synchronous frequency component dominates the behavior of the overall rotor vibrations, whereas the nonsynchronous components are insignificant, indicating the rotor-bearing system remains stable up to 100 krpm. The undamped natural frequency and imbalanced response of the rotor-bearing system are predicted when integrating the finite element model of the rotor-bearing system with the predictions of the bearing dynamic coefficients. The results are in good agreement with the experimental results. In addition, base excitation test results show that the small turbocompressor can endure large external forces and demonstrate limited rotor amplitudes. A simple single degreeof-freedom rotor model using the nonlinear stiffness of the GBFJBs can effectively predict the test results.
Recently, the demand for improving energy efficiency has rapidly increased because of the growing concerns over environmental issues. In this work, the tribo-test and simulation for the initial wear and lubrication performance were performed for the piston pin in the small end system of the connecting rod of a marine engine, to obtain useful data for improving the efficiency of marine engine systems. In addition, a diamond-like carbon (DLC) coating was applied to the piston pin to explore feasibility of eliminating the bush used in the system. The initial wear and lubrication characteristics between the uncoated piston pin and bush were compared with that between the DLC-coated piston pin and connecting rod in the tribo-test. The simulation for the wear and lubrication performance according to the wear progression was conducted based on the data obtained from the test. The wear characteristics were quantitatively assessed by the wear depth and wear volume, and the lubrication performance was characterized with the change of pressure and minimum oil film thickness with respect to the crank angle. It was found that the DLC-coated piston pin may provide better initial wear characteristics and lubrication performance. The results of this work may provide fundamental information for marine engines with improved efficiency.
Jo, Jun Hyeon;Rhim, Yoon Chul;Lee, Sungchul;Kim, Choong Hyun
Tribology and Lubricants
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v.28
no.4
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pp.167-172
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2012
The turbo pump of a liquid rocket engine is composed of three main parts: the oxidizer pump, fuel pump, and turbine. Liquid oxygen ($LO_X$) is the working fluid in the cryogenic environment in the oxidizer pump, but tests are usually performed using liquid nitrogen ($LN_2$), which has a boiling point similar to that of $LO_X$ but is comparatively safer and easier to use for the test. In this study, a bearing test rig is developed and its performance is evaluated using a cryogenic ball bearing with $LN_2$ as the working fluid. Verifying the performance of the bearing test rig is crucial for ensuring correct working of the turbo pump unit in the liquid rocket engine. A stable test rig for the bearing in a cryogenic environment makes the bearing technology enhance its reliability. The test results show that the system operates stably and the requirement of performance time of 500 s is met. The test results of temperature, motor speed, and torque are discussed. The developed cryogenic bearing test rig is expected to help in widening knowledge and expanding research on ball bearings in the future.
This paper presents a experimental results for the performance evaluation of a double-bumped air foil bearing. The test results of a double-bumped AFB is compared with a single-bumped AFB at a heavily-loaded condition. The diameter of the test bearing is 50 mm, and the axial length is 50 mm. Nominal clearance of the single-bumped AFB is evaluated as $105{\mu}m$, and that of the double-bumped AFB is as $95{\mu}m$. The test of the AFBs are demonstrated at 3 test mode; the load variation mode, the speed variation mode, and start-stop mode. The single-bumped AFB demonstrated a upward load-carrying capacity of 95 N and a downward load-carrying capacity of 130 N at 20,000 rpm. The double-bumped AFB demonstrated a upward load-carrying capacity of 170 N and a downward load-carrying capacity of 170 N at 20,000 rpm. The single-bumped AFB demonstrated a downward lift-off speed of 16,300 rpm at 105 N. The double-bumped AFB demonstrated a downward lift-off speed of 15,400 rpm at 105 N. The start-stop test of the AFBs assure 5,000 cycle endurance life. The test results are compared with the theoretical calculation results. The test and theorectical results show thata double-bump air foil bearing provides a higher load-carrying capacity, stiffness and damping than a single-bump air foil bearing in a heavily-loaded condition.
High-speed turbomachinery implements gas foil bearings (GFBs) due to their distinctive advantages, such as high efficiency, lesser part count, and lower weight. This paper provides the test results of the static structural stiffnesses and loss factors of bump-type foil thrust bearings with increasing preload and bearing deflection. The focus of the current work is to experimentally quantify variability in structural stiffnesses and loss factors among the four test thrust bearings with identical design values and material of the bump and top foil geometries using the same (open-source) fabrication method. A simple test setup, using a rigidly mounted non-rotating shaft and thrust disk, measures the bearing bump deflections with increasing static loads on the test bearing. The inner and outer diameters of the test bearings are 41 mm and 81 mm, respectively. The loss factor, best-representing energy dissipation in the test bearings, is estimated from the area inside the local hysteresis loop of the load versus the bearing deflection curve. The measurements show that structural stiffnesses and loss factors of the test bearings significantly rely on applied preloads and bearing deflections. Local structural stiffnesses of the test bearings increase with applied preloads but decrease with bearing deflections. Changes of loss factors are less sensitive to applied preloads and bearing deflections compared to those of structural stiffnesses. Up to 35% variability in static load structural stiffnesses is found between bearings, while up to 30% variability in loss factors is found between bearings.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1995.06b
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pp.28-37
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1995
To protect the ozone layer depeletion the CFC (chlorofluorocarbon). HCFC(hydrochlorofluorocarbon) refrigerants will be replaced with HFCs (hydro-fluorocarbon) as an alternative refrigerant. In recent years a good deal of effort has been made to develop new compressors which are compatible to the new referigent. This paper focused on developing accelerated screening test for predicting tribological characteristics of the rotary compressor in atmosphere of R407C as an alternative refrigerant with polyolester lubricant. Falex wear test machine with high pressure chamber has been used to simulate friction and wear behavior of the common contact geometries found in rotary compressors.
When lubricants is used under severe running conditions, their tribological characteristics are very important. We have studied the lubricating oil viscosity, kinds of additives and their amounts, and lubricating oil temperatures were changed. In order to study the effect of oil temperature on the wear of the surface, the temperature of the oil was changed for the same sample. Moreover, the temperatures of three kinds of oils which have very different viscosities at room temperature, were varied between 6$0^{\circ}C$ and 115$^{\circ}C$ while the oil viscosity was unchanged. It was shown from the test results that surface wear is not greatly affected by the amount of ZnDTP (Zinc dialkyl dithio phosphate) antiwear agent, but EP (Extreme pressure) additives are less effective against wear than ZnDTP additives. The viscosity of lubricating oil and its temperature greatly affect the wear of the surface. Combining all the wear data with those of the surface strength, it was observed that the higher the load, the wider the scratching of wear, and also in the case of the same running load, the lower the wear, the longer the life of the surface strength.
The oil characteristics and wear particles of Diesel engines with a DPF have been investigated as a function of a driving distance. The engine oil of SAE 5W30 with ACEA C3 is used for an oil film lubrication of the engine, which is equipped with Diesel particulate filter. Depending on the oil test results, the kinematic viscosity of used engine oils at 40 is degraded up to 5.1% compared with that of unused engine oils, SAE 5W30. And the kinematic viscosity of used engine oils at 100 is more degraded up to 8.1% compared with that of unused engine oils. The oil characteristic as a function of a mileage is not changed depending on the driving distance because of high quality of engine oils. But the aluminum and copper compounds, which are used as base materials of the engine bearing and a pin bush, are much worn and contaminated for the increased mileage of the car. The oil properties of used engine oils are relatively good except phosphorus and calcium additives, which are heavily engaged in the performance of the oils.
This paper presents an experimental study of the leakage performance and endurance performance of a mechanical face seal in the 7-ton-class turbopump of the Korea Space Launch Vehicle 2 third-stage engine. We install a mechanical face seal between the fuel pump and turbine to prevent the mixing of the fuel and turbine gas. We design and manufacture a prototype mechanical face seal, which has two parts, namely, a bellows seal assembly and mating ring. We set up a test facility to measure the leakage and endurance of the mechanical face seal. For the similarity tests, we use water under real operating conditions such as high rotational speed, high temperature, and high pressure. Through investigation of the leakage and carbon wear rate, it is possible to evaluate the performance of the mechanical face seal. The results of the leakage and endurance performance test demonstrate the absence of any leakage from the prototype mechanical face seal after a trial run and clarify that the acceptable wear rate fully satisfies the turbopump requirements. Finally, we install a qualified mechanical face seal in a 7-ton-class turbopump and perform a validation test in the turbopump real-propellant test facility in the Korea Aerospace Research Institute. The test results confirm that the mechanical face seal works well under real operating conditions.
Kim, Tae Ho;Lee, Tae Won;Park, Moon Sung;Park, Jungmin;Kim, Jinsung;Jeong, Jinhee
Tribology and Lubricants
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v.31
no.4
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pp.141-147
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2015
Gas foil thrust bearings (GFTBs) have attractive advantages over rolling element bearings and oil film thrust bearings, such as oil-free operation, high speed stability, and high-temperature operation. However, GFTBs have lower load carrying capacity than the other two types of bearings owing to the inherent low gas viscosity. The load carrying capacity of GFTBs depends mainly on the compliance of the foil structure and the formed hydrodynamic wedge, where the gas pressure field is generated between the top foil and the thrust runner. The load carrying capacity of the GFTBs is very important for the suitable design of oil-free turbomachinery with high performance. The aim of the present study is to identify the characteristics of the load carrying performance of GFTBs. A new test rig for the experimental measurements is designed to provide static loads up to 800 N using a pneumatic cylinder. The maximum operating speed of the driving motor is 30,000 rpm. A series of experimental tests—lift-off test, static load performance test, and maximum load capacity test—estimate the performance of a six-pad GFTB, in terms of the static load, driving torque, and temperature. The maximum load capacity is determined by increasing the static load until the driving torque rises suddenly with a sharp peak. The test results show that the torque and temperature increase linearly with the static load. The estimated maximum load capacity per unit area is approximately 80.5 kPa at a rotor speed of 25,000 rpm. The test results can be used as a design guideline for GFTBs for realizing oil-free turbomachinery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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