하이브리드 유체 저널 베어링의 정하중 특성: 공기, 물, 그리고 액체질소를 이용한 실험

Abstract

하이브리드 유체 베어링은 축과 베어링 간의 상대운동 없이, 외부에서 실험 유체를 공급함으로써 유막 압력으로 윤활 및 하중을 지지할 수 있는 정압 효과와 축과 베어링 간의 상대운동이 수반되어 발생하는 유막 압력으로 윤활 및 하중을 지지할 수 있는 동압 효과를 동시에 만족하는 베어링이다. 따라서, 외부에서 가압하는 실험 유체를 이용하여 회전축과 베어링 사이에 접촉이 없어 지속적인 사용이 가능하다. 외부에서 가압되는 실험 유체와 회전에 의한 동압 효과로 점성이 매우 낮은 실험 유체에서도 우수한 하중 지지력과 강성을 제공하고, 마찰과 마모를 최소화시킬 수 있어 회전기기의 수명을 개선시킬 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 하이브리드 유체 베어링의 정압 효과만의 특성을 비회전 실험을 통하여 다양한 실험 유체와 하중 조건에서 하이브리드 유체 저널 베어링의 정하중 특성을 파악하였다. 다양한 특성을 갖는 실험 유체를 이용하기 위해 실험장치를 설계 및 제작하였다. 실험 유체는 공기, 물, 그리고 액체질소를 이용하였다. 실험 유체의 공급압력에 따른 정하중 특성을 비교하기 위해 공기의 공급압력은 1 bar(g), 2 bar(g), 3 bar(g), 그리고 4 bar(g), 물의 공급압력은 1 bar(g), 2 bar(g), 4 bar(g), 6 bar(g), 8 bar(g), 그리고 10 bar(g), 액체질소의 공급압력은 4 bar(g), 5 bar(g), 그리고 6 bar(g)로 가압하였다. 공급 압력에 따른 유량, 하중에 따른 베어링 변위를 측정함으로써 베어링의 오리피스 계수와 강성을 추정하였다. |Hybrid bearings use both hydrodynamic and hydrostatic effects in thin films of bearings for lubrication and static/dynamic load supports. It provides excellent load capacity and stiffness even in test fluids with very low viscosity. Due to external pressurization and pressure created by its rotation, hybrid bearings could minimize friction and wear on the surface of the bearings. This thesis presents measurements of static load characteristics of hybrid fluid film journal bearings on various test fluids. The test hybrid fluid film journal bearing is 60 mm in inner diameter, 100 mm in outer diameter, 56 µm in radial clearance, and 25 mm in axial length. Also, it has nine recesses 9.467 mm in length, 9.366 mm in width, and 0.819 mm in depth with centered orifices of 1.15 mm diameter. The test rig consists of a rigid journal, a test hybrid fluid film journal bearing, a bearing housing, a test fluid housing, and a mount. Static characteristics of bearing was measured by recording displacement of bearing, static load, supply pressure, and flow rate. Supply pressure of the test fluids such as air, water, and liquid nitrogen was ranging from 1 bar(g) to 10 bar(g). Orifice discharge coefficients for air(~0.69), 25°C water(~0.67), 48°C water(~0.66), 70°C water(~0.65), and liquid nitrogen(~0.54) were measured by recording flow rate and supply pressure. Frequency versus acceleration amplitude measurements on air show that stiffness identified through static load test reproduce the pneumatic hammer instability and rap test. Displacement versus static load measurements on various test fluids such as air, water, and liquid nitrogen commonly show that supply pressure mainly affects the stiffness of the bearing on various test fluids.