The vibration characteristics of the pad fluttering in a fluid film tilting pad journal bearing (4-pad LBP) have been investigated experimentally under the different values of oil supply flow rate, bearing load and shaft speed. The vibration characteristics of the pad fluttering are estimated by measuring the time signal of circumferential distribution of the film thickness and the cascade plot of the response of the relative displacement between the bearing and the shaft. It is shown that the vibration frequency of the pad fluttering has a sub-synchronous frequency and almost does not change by the increase of shaft speed. However the vibration amplitude is increased by the increase of shaft speed. From those experimental results, pad fluttering can be thought of as a self-excited vibration. The incipient pad fluttering velocity is increased by the increase of oil supply flow rate and by the decrease of bearing load. It is observed that the vibration amplitude of the pad fluttering can be decrease by the control of supply oil flow rate effectively. And also It is known that the outbreak of pad fluttering does not concern with the shaft vibration.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.11a
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pp.228-234
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2000
The vibration characteristics of the pad fluttering in a fluid film tilting pad journal bearing(4-pad LBP) have been investigated experimentally under the different values of oil supply flow rate, bearing load and shaft speed. The vibration characteristics of the pad fluttering are estimated by measuring the time signal of circumferential distribution of the film thickness and the cascade plot of the response of the relative displacement between the bearing and the shaft. It is shown that the vibration frequency of the pad fluttering has a sub-synchronous frequency and 31mos1 does not change by the increase of shaft speed. However the vibration amplitude is increased by the increase of shaft speed. From those experimental results, pad fluttering can be thought of as a self-excited vibration. The incipient pad fluttering velocity is increased by the increase of oil supply rate and by the decrease of bearing load. It is observed that the vibration amplitude of the pad fluttering can be decreased by the control of supply oil flow rate effectively. And also It is known that the outbreak of pad fluttering does not concern with the shaft vibration.
Tilting pad journal bearings have been widely used in a high speed rotating machinery, such as steam turbines and gas turbines, owing to their inherent stability characteristics. However, some peculiar fatigue failure in the babbitt metal due to spragging has been continuously occurred at the leading edge of the upper pads. The spragging is defined as the pad vibration initiated on the upper unloaded pads in a tilting pad journal bearing. This paper describes both several kinds of bearing failure related with spragging and the theoretical investigation on the prevention of the spragging phenomenon using the variation of preload. Results show that positive preload(m>0.5) assures all pads remain statically loaded under all operating conditions. For the change of design parameter to prevent spragging, thermo-hydrodynamic lubrication and rotor dynamic analysis were performed to verify temperature limitation on bearing and vibration problems on rotor bearing system.
The thermohydrodynamic(THD) performance of a large tilting pad journal bearing is investigated both theoretically and experimentally. The theory takes into account the three dimensional variation of lubricant viscosity and eddy viscosity, and the inlet pressure. Owing to the inlet pressure effect, the film pressure and load capacity are increased but the mixing temperature and bearing surface temperature are decreased. The continuous distribution of the film pressure and film thickness and the bearing surface temperature are measured along with the shaft speed and the bearing load, and they are compared with the theoretical results. The results obtained by the experiment are in good agreement with those by the theory including the inlet pressure effect. It is suggested that the three dimensional turbulent THD analysis including the inlet pressure effect is very useful to predict the performance of the large tilting pad journal bearing more accurately.
In the present study, we develop an analysis module to be applicable to design of sliding thrust bearings. The pressure equation is solved by using the finite element method. Average lubricant temperature is obtained from using the energy balance method. The module developed has been applied to three types of thrust bearing, such as tapered-land thrust bearings of angular and diamond types, and tilting-pad thrust bearings. Effects of the dam of the tapered-lad thrust bearings have also been investigated. It has been seen that the tapered-land thrust bearings of angular type result in the highest load capacity, while the tilting pad thrust bearings result in the lowest lubricant temperature. It has also been seen that the dam in the tapered-land thrust bearings increases both the load capacity and lubricant temperature.
In this paper, we predict the rotordynamic force coefficients of tilting pad journal bearings (TPJBs) with rocker-back pivots, and we compare the predictions to recently published predictions and test data. The present TPJB model considers the rocker-back pivot stiffness calculated based on the Hertzian contact-stress theory, which is nonlinear with the application of a force . For the five-pad TPJB in load-between-pad and load-on-pad configurations, the predictions show the pressure- and film-thickness distributions, the deflection and stiffness of the individual pivots, and bearing stiffness and damping coefficients. The minimum film thickness and peak pressure occur at the bottom pad on which the applied load is directed. Because of the preload, the pres- sure is positive even at the upper pad in the opposite direction to the applied load. The pivot deflection and stiff- ness are maximum at the bottom pad that receives the heaviest pressure load. The predicted stiffness coefficients increase as the static load and rotor speed increase, while the damping coefficients decrease as the rotor speed increases, but increase as the static load increases. In general, the predicted stiffness coefficients agree well with the test data. The predicted damping coefficients overestimate the test data, particularly for large static loads. In general, the current predictive model considering the pivot stiffness improves the accuracy of the rotordynamic performance compared to previously reported models.
An experimental study is performed to investigate the frequency effects of the excitation force on the linear stiffness and damping coefficients of a LOP (load on pad) type five-pad tilting pad journal bearing with the diameter of 300.91 mm and the length of 149.80 mm. The main parameter of interest in the present work is excitation frequency to shake the test bearing. The excitation frequency is controlled independently, using orthogonally mounted hydraulic exciters. The relative movement between the bearing and shaft, and the acceleration of the bearing casing are measured as a function of excitation frequency using the different values of bearing load and shaft speed. Measurements show that the variation of excitation frequency has quite a little effect on both stiffness and damping coefficients. Both direct stiffness and damping coefficients in the direction of bearing load decrease by the increase of shaft speed, but increase with the bearing load.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.113-114
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2002
Radial, tilting 12-pad proceeding bearings are applied as the radial bearings of vertical rotors of water turbines. The mean loads are stable at the peripheral speeds of proceeding reaching 50 m/s. The operation of tilting 12-pads proceeding bearing has been introduced at the assumption of adiabatic oil film. The oil film pressure, temperature and viscosity distributions have been obtained by iterative solution of the Reynolds', energy and viscosity equations. The resulting oil film force, minimum oil film thickness, power loss, oil flow, maximum oil film pressure, maximum temperature have been computed for different load angle of bearing.
This paper presents a rotordynamic analysis of the reduction gear system applied to the 250 kW super critical CO2 cycle. The reduction gear system consists of an input shaft, intermediate shaft, and output shaft. Because of the high rotating speed of the input shaft, we install tilting pad bearings, rolloer bearings support the intermediate and output shafts. To predict the tilting pad bearing performance, we calculate the applied loads to the tilting pad bearings by considering the reaction forces from the gear. In the rotordynamic analysis, gear mesh stiffness results in a coupling effect between the lateral and torsional vibrations. The predicted Campbell diagram shows that there is not a critical speed lower than the rated speed of 30,000 rpm of the input shaft. The predicted modes on the critical speeds are the combined bending modes of the intermediate and output shaft, and the lateral vibrations dominate when compared to the torsional vibrations. The damped natural frequency does not strongly depend on the rotating speeds, owing to the relatively low rotating speed of the intermediate and output shaft and constant stiffness of the roller bearing. In addition, the logarithmic decrements of all the modes are positive; therefore all modes are stable.
This paper predicts the rotordynamic force coefficients of tilting pad journal bearings (TPJBs) with ball-socket pivot and compares the predictions to the published test data obtained under load-between-pad (LBP) configuration. The present TPJB model considers the pivot stiffness calculated based on the Hertzian contact stress theory. Due to the compliance of the pivot, the predicted journal eccentricity agree well with the measured journal center trajectory for increasing static loads, while the early prediction without pivot model consideration underestimates it largely. The predicted pressure profile shows the significant pressure development even on the unloaded pads along the direction opposite to the loading direction. The predicted stiffness coefficients increase as the static load and the rotor speed increase. They agree excellently with test data from open literature. The predicted damping coefficients increase as the static load increases and the rotor speed decreases. The prediction underestimates the test data slightly. In general, the current predictive model including the pivot stiffness improves the accuracy of the rotordynamic performance predictions when compared to the previously published predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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