Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/15380
Title: Τριβολογικός σχεδιασμός ελλειπτικών εδράνων ολίσθησης
Other Titles: Tribological design of elliptical journal bearings
Authors: Μουζακιάρης, Θωμάς
Keywords: Θερμοδυναμική ανάλυση
Σπηλαίωση
Αδιαβατικό έδρανο
Κατανομή πίεσης
Keywords (translated): Thermohydronamic analysis
Cavitation
Adiabatic bearing
Pressure distribution
Abstract: Τα έδρανα ολίσθησης συνιστούν πολύ σημαντικό στοιχείο μηχανής και χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην παγκόσμια αφορά με εφαρμογή τους στροφαλοφόρους άξονες , τις φυγοκεντρικές αντλίες και άλλου τύπου μηχανών (ναυτιλιακές). Κατά την διάρκεια της λειτουργίας τους το γεωμετρικό κέντρο του ακραξονίου, στοιχείο που αποτελεί το κινούμενο στοιχείο στο σύστημα, παρουσιάζει εκκεντρότητα εκκεντρότητα ως προς το γεωμετρικό κέντρο του εδράνου ολίσθησης και με αυτόν τον τρόπο η γεωμετρία του φιλμ λιπαντικού παίρνει την μορφή ‘σφήνας’ , δηλαδή σε ένα τμήμα περιφερειακά του εδράνου συμπιέζεται και παράγεται πίεση η οποία καλείται υδροδυναμική ενώ στο άλλο τμήμα το οποίο λέγεται αποκλίνων στο λάδι αναπτύσσονται αρνητικές πιέσεις. Ωστόσο το κυλινδρικά έδρανα ολίσθησης αποτελούν πηγή προβλημάτων υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Σε συνθήκες χαμηλού φορτίου και υψηλών στροφών σε συνδυασμό και με μία μεγάλη γεωμετρική διάταξη εδράνου ολίσθησης είναι πολύ πιθανή η υποσύγχρονη ταλάντωση , δηλαδή να συμβεί συντονισμός σε συχνότητα η οποία να είναι μικρότερη από την κρίσιμη. Η υποσύγχρονη ταλάντωση επιφέρει καταστροφικές συνέπειες στο σύστημα εδράνου – άξονα, οδηγώντας το σε αστοχία και προκαλώντας σοβαρές φθορές στην επιφάνεια του άξονα. Η εξέλιξη της τεχνολογίας και η συνεχόμενη πειραματική ανάλυση σε μη κυκλικές γεωμετρίες εδράνων οδήγησε στην κατασκευή της ελλειπτικής γεωμετρίας. Η ελλειπτική γεωμετρία διαθέτει πλεονεκτήματα έναντι της κυλινδρικής όπως θα εξηγηθεί διεξοδικά από την διπλωματική εργασία. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε θερμοδυναμική αριθμητική ανάλυση όπου το μοντέλο αποτελεί το ελλειπτικής γεωμετρίας φιλμ λιπαντικού και εξήχθησαν σημαντικά αποτελέσματα αναφορικά με την κατανομή πίεσης , την θερμοκρασία της διεπιφάνειας λιπαντικού – εδράνου και του κλάσματος όγκου της αέριας φάσης, την οποία αποτελεί ο αέρας. Να σημειωθεί ότι η αριθμητική ανάλυση πραγματοποιήθηκε υποθέτοντας σταθερή θερμοκρασία για την επιφάνεια του άξονα και μηδενική ροή θερμότητας στην διεπιφάνεια λιπαντικού – εδράνου. Η εύρεση του κλάσματος όγκου της αέριας φάσης λαμβάνεται σοβαρά υπόψιν καθώς διαδραματίζει πρωταρχικό ρόλο στην πύκνωση των φυσαλίδων και στην εμφάνιση του φαινομένου της σπηλαίωσης. Τέλος συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα της αριθμητικής ανάλυσης με τα αποτελέσματα ήδη δημοδιευμένων αναφορορών που υπάρχουν στην βιβλιογραφία και πιστοποιήθηκαν. Οι δημοδιευμένες αναφορές που αποτέλεσαν το σημείο αναφοράς στην σύγκριση είναι εκείνες των A. Singla και A . Chauhan με τίτλο « Evaluation of Oil Film Pressure and Temperature of an Elliptical Journal Bearing – An experimental Study καθώς επίσης και η διπλωματική εργασία της Μαρίας – Ελένης Κύρκου με τίτλο « Θερμο-υδροδυναμική ανάλυση εδ΄ραννω ολίσθησης λιπαινόμενων με βιομηχανικά και περιβαλλοντολογικά λιπαντικά ».
Abstract (translated): The journal bearings are crucial machine elements which are widely used in the industrial market and the main applications of these are found in the crankshafts, centrifugal pumps and other type of machines (navigational). The geometrical center of the shaft, which comprises the moving part of the system is presenting an eccentricity relatively to the geometrical center of the bearing. As a result, the oil film is taking the profile of a wedge which is formed between the journal and the inner surface of the bearing making it withstand the vertical load which is asked by the weight of the journal and the external forces. The vertical load can be faced by the hydrodynamic pressure produced in the converging part of the bearing. However the cylindrical journal bearings are facing instability problems in circumstances which is observed low vertical load , high number of speed and high diameter of journal. Under these circumstances it is quite possible an sub-sychronous vibration that is responsible for destructive consequences in the system causing failure and severe rates of wear in the journal. The sub – synchronous vibration is actually a resonance that happens in frequency smaller than the crucial of the system. The development of technology and the continuing experimental analysis of non-circular geometries leads to the manufacturing of elliptical geometry of the inner surface of the bearing in order to eliminate the problem of instability and sub-sychronous vibration. This work is firstly explaining the theory of the elliptical journal bearings and how nowadays are crucial in many applications and secondly is dealing with numerical analysis which is applied to the software Ansys Fluent. The geometrical model of the analysis is the oil film and this work studies the themohydrodynamic behavior of under the change of the vertical load and angular speed. Significant results are deduced referred to the pressure distribution, temperature of the inner surface of the bearing and the volume fraction of the gas phase. It is assumed constant temperature in the surface of the journal and zero heat flux in the inner surface of the bearing. The gas phase in the numerical analysis plays crucial role because it shows the density of the bubbles and characterizes the phenomenon of cavitation. The results of the numerical analysis are compared with these of other published studies and are certified. The reference points for this work are the published experimental study of A. Singla , A. Chauhan with title « Evaluation of oil film Pressure and Temperature of an Elliptical Journal Bearing – An experimental study » and the published work by Maria-Eleni Kyrkou with title « Thermohydronamic Analysis of journal bearings ,lubricating with industrial and environmentally friendly oils.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_MOUZAKIARIS_THOMAS_1054567.pdf4.94 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.