تاثير پارامترهاي طراحي و روانكاري بر پايداري ديناميكي ياتاقان هاي ژورنال غيرمدور لُب دار با سيال روانكار پاورلا

Effects of design and lubrication parameters on the dynamic stability of noncircular lobed journal bearings with power law lubricant fluid

امروزه ياتاقان‌هاي ژورنال روغني به‌ طور گسترده‌‌اي به عنوان تكيه‌گاه‌ مناسب براي سيستم‌هاي دوار در صنايع گوناگون به‌كار گرفته مي‌شوند. هنگامي‌كه اين ياتاقان‌ها تحت بارگذاري‌ در سرعت‌هاي بالا مورد استفاده قرار گيرند، ايجاد اغتشاشات گردابي منجر به برخورد و سايش در وضعيت حركت روتور محتمل مي‌باشد. طراحي شكل‌هاي هندسي خاص و يا به‌كارگرفتن روانكارهاي صنعتي با تركيبات متفاوت جديد، مي‌تواند بر توانمندي ياتاقان‌هاي ژورنال در حفظ عملكرد پايدار ديناميكي خود در موقعيت‌هاي بحراني تأثيرگذار باشد. از اين منظر استفاده از انواع ياتاقان‌هاي ژورنال غير مدور و روانكارهاي غيرنيوتني در حوزه روانكاري اخيراً به‌طور فزاينده‌اي مورد توجه قرار گرفته‌است. در پژوهش حاضر، با انتخاب روانكار غيرنيوتني شبيه‌سازي شده با مدل سيال پاورلا، تأثير پارامترهاي طراحي نظير نسبت خروج از مركزي، نسبت منظري و انديس پاورلا بر پايداري ديناميكي سيستم ياتاقان‌هاي‌ ژورنال غيرمدور دو‌، سه‌ و چهار ‌لُب مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در اين راستا با فرض نوسانات سيكل محدود روتور حول نقطه تعادل استاتيكي با ميرا شدن اثر اغتشاشات تحميلي اوليه و استفاده از روش عددي اجزاء محدود جهت حل معادلات حاكم، محدوده پايداري سيستم در قالب مشخصه‌هاي تحليل ديناميكي خطي نظير فركانس چرخش گردابي و پارامتر جرم بحراني تعيين مي‌گردد. نتايج حاكي از آنست كه با افزايش انديس پاورلا و كاهش نسبت منظري، دامنه پايداري ديناميكي تكيه‌گاه ياتاقاني توسعه مي‌يابد. همچنين با افزايش تعداد لب‌ها در ياتاقان‌هاي ژورنال غير مدور با روانكار پاورلا و تامين شرايط قرارگيري سيستم در مقادير نسبت خروج از مركزيت بالا، مي‌توان به قابليت بيشتري در ميرا نمودن اغتشاشات ديناميكي دست‌ يافت.

Today, oil journal bearings are widely used as an efficient support for rotary systems in various industries. When these bearings are used by loading in high speed conditions, whirling disturbances in the rotor motion status leading to collisions and abrasion is probable. Designing specific geometric shapes or applying industrial lubricants with different new combinations can affect the journal bearings ability to maintain their dynamic stability in critical situations. From this view, the use of non-circular bearings and non-Newtonian fluids in the field of lubrication has recently been heavily taken into consideration. In the present study by choosing non-Newtonian lubricant simulated by power law fluid model, the effects of design parameters such as eccentricity ratio, aspect ratio and power law index on dynamic stability of noncircular two, three and four lobe bearings are investigated. For this purpose, assuming the limited cycle oscillations of the rotor around the equilibrium point after damping the effects of initial imposed disturbances and using finite element numerical method to solve the governing equations, stability range of the system in form of linear dynamic analysis characteristics is determined based on the whirl frequency ratio and critical mass parameter. The results indicate that by increasing the power law index and decreasing aspect ratio, the dynamic range of bearing support will be developed. Also, by increasing the number of noncircular bearings lobes with power law lubricant and providing the system's positioning conditions in high values of eccentricity ratio, more ability to damping dynamic disturbances can be achieved.