This paper describes a reliability characteristics of an air foil journal bearing for high speed turbomachinery at room temperature. To verify the reliability of air foil journal bearing, lift-off characteristics, load carrying capacity, and 10,000 cycle start-stop test were performed with motor driven test rig. Lift-off test shows the relationship between the rotating speed of the shaft and the frictional torque with bearing surface. About load carrying capacity, the tested air foil journal bearing produced a load capacity of 500N at an operating speed of 15,000rpm, which is compared with results of numerical analysis and empirical coefficients. Finally, The trends in change of start torque, stop torque, and bearing temperature were shown during 10,000 cycle start-stop test of an air foil journal bearing. from the results of this work, an air foil bearing will be done well, as a supported bearing for high speed turbo-compressor.
Kim, Tae-Ho;Lee, Yong-Bok;Kim, Chang-Ho;Lee, Nam-Soo
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.6
no.2
s.19
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pp.7-14
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2003
This paper describes reliability characteristics of an air foil journal bearing for high-speed turbomachinery at a room temperature. To verify the reliability of air foil journal bearing, lift-off characteristics, load carrying capacity, and 10,000 cycle start-stop test were performed with a motor-driven test rig. A lift-off test shows the relationship between the rotating speed of the shaft and the frictional torque with bearing surface. About a load-carrying capacity, the tested air foil journal bearing produced a load capacity of 500N at an operating speed of 15,000rpm, which is compared with results of numerical analysis and empirical coefficients. Finally, the trends in change of start torque, stop torque, and bearing temperature were shown during a 10,000-cycle start-stop test of an air foil journal bearing. We found that an air foil bearing performs well, as a supported bearing for the high-speed turbocompressor.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.181-186
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2002
Lately, as going on increasing in the demand of high power density(power/weight), it is necessary for hydraulic axial piston pump/motor to operate more high pressure and speed. But in these condition, there are some trouble like as friction loss. To reduce this friction loss, hydrostatic bearing is used far axial piston pump/motor frequently. In general, it is difficult to measure accurate friction torque of spherical hydrostatic bearing in the use of the existing devices. So, we have developed the measurement device using the reaction torque sensor to obtain the pure friction torque, fitted in the casing. In this report, we intend to make an introduction about this measurement device for friction torque of the spherical wear part and clarify the effect of friction characteristics on supply pressure and rotational speed with three types of pocket size by using this measurement device.
Gearboxes are often used in the petrochemical and electrical power plants to transmit mechanical power between two branches of a machinery train rotating at different speeds. When the gearboxes are connected with rotors supported by journal bearings, bearing loads vary in magnitude and direction with rotor speed and torque transmitted by the gearboxes. In this study, dynamic characteristics of the system which consists of gearboxes and a rotor supported by journal bearings are investigated analytically and experimentally by employing the polynomial transfer matrix method and modal analysis under different speeds and torque levels. Journal bearing loads due to the transmitted torque are claculated analytically and the stiffness and damping coefficient of the journal bearings are obtained using finite element method. Comparison of the analytical and experimental results shows that the cross coupled stiffness coefficients increase with increasing rotor speed, while the cross coupled damping coefficients decrease. This generates the oil whirl instability in the journal bearings. As the transmitted torque level goes up, the stiffness coefficients of the journal bearing and the first horizontal natural frequency increase. High levels of the transmitted torque produce high bearing stiffness since the contact loads of the mating gear teeth increase. The logarithmic decrement, which is a stability indicator, is shown to decrease with increasing speed and decreasing torque. Thus, at the low torque level, the system become unstable even at the low shaft speed.
Water-lubricated ball bearings consist of rolling elements, an inner raceway, an outer raceway, a retainer, and an operating lubricant. In the water environment, ball bearings are required to sustain high loads at high speeds under poorly lubricated conditions. For the analysis of bearing behavior, friction torque is considered as the main factor at various flow rates, rotating speeds, and roughnesses between the rolling element and raceways. When the bearing operates at high rotating speeds, the friction torque between the raceway and rolling elements increases considerably. This frictional torque is an important factor affecting bearing reliability and life cycle duration. For understanding the flow conditions in the inner part of the bearing, this study focuses on the flow around the rotating and revolving rolling elements. A simple model of fluid flow inside the ball bearing is designed using the commercial CFD program ANSYS.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.6
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pp.635-640
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2014
Detection and diagnosis of incipient bearing fault in an induction motor is important for the prevention of serious motor failure. This paper presents an analysis of the effect of a faulty bearing on the stator current of an induction motor. A bearing fault leads to torque oscillations which result in phase modulation of the stator current. Since the torque oscillations cause specific frequency components at the stator current spectrum to rise sharply, the bearing fault can be detected by checking out the faultrelated frequency. In this paper, a mathematical model of the load torque oscillation caused by a bearing fault is presented. The proposed model can be used to analyze the physical phenomenon of a bearing fault in an induction motor. In order to represent the bearing fault effect, the proposed model is combined with an existing model of vector-controlled induction motors. A set of simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed model and represent that bearing fault detection using a stator current is useful for vector-controlled induction motors.
This paper describes an experimental investigation of the effect of cooling flow rate on gas foil thrust bearing (GFTB) performance. In a newly developed GFTB test rig, a non-contact type pneumatic cylinder provides static loads to the test GFTB and a high-speed motor rotates a thrust runner up to the maximum speed of 80 krpm. Force sensor, torque arm connected to another force sensor, and thermocouples measures the applied static load, drag torque, and bearing temperature, respectively, for cooling flow rates of 0, 25, and 50 LPM at static loads of 50, 100, and 150 N. The test GFTB with the outer radius of 31.5 mm has six top foils supported on bump foil structures. During the series of tests, the transient responses of the bearing drag torque and bearing temperature are recorded until the bearing temperature converges with time for each cooling flow rate and static load. The test data show that the converged temperature decreases with increasing cooling flow rate and increases with increasing static load. The drag torque and friction coefficient decrease with increasing cooling flow rate, which may be attributed to the decrease in viscosity and lubricant (air) temperature. These test results suggest that an increase in cooling flow rate improves GFTB performance.
Various prediction methods for the bearing capacity of helical piles have been introduced with consideration of both the steel shaft and the helix plates attached to the shaft. In this paper, three representative methods, that is, individual bearing method, cylindrical shear method, and torque correlation method are discussed and compared to each other. The prediction methods were verified by comparing with a series of loading test results performed on moderate-size helical piles from the companion paper. As a result, the measured bearing capacity is greater than the bearing capacity predicted by the cylindrical shear method, but smaller than that of the individual bearing method. In addition, the bearing capacity predicted by the torque correlation method is in good agreement with the measured bearing capacity.
Rolling contact ball bearings are utilized almost exclusively for liquid propellant rocket engine turbopump. Turbopump ball bearings are required to endure high speed and high load for a poor lubricated condition in cryogenic environment. To evaluate bearing heat generation performance, friction torque is investigated as a function of rotation speed, bearing load and cooling flow rate through an experimental study using water coolants. Radial and axial loads are simultaneously applied to the test bearing by gas pressurized cylinder rod. Endurance performance of bearing has been also verified under the bearing required load for operating condition during total accumulated test time 2,100 sec.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.647-650
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2001
In case of bent axis type axial piston hydraulic pump or motor, hydrostatic bearing used to achieve the lubrication effect on the mechanical sliding contact areas between the following pairs ; piston shoe and swash plate, valve plate and cylinder block, piston and cylinder block, etc. In this research, we designed two pairs of spherical ball joint in witch connecting rod piston end. The one is not hydrostatic bearing, the other is designed with spherical hydrostatic bearing in point of view minimum pumping power loss. By varying supply pressure on the piston, we can know that it is possible to reduce the friction torque by using hydrostatic bearing designed one. Finally, by comparing the results of driving torque between the two models, it was verified that the spherical hydrostatic bearing is well designed.
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