Σχεδιασμός υβριδικού εδράνου ολίσθησης (υδροδυναμικού - ηλεκτρομαγνητικού)

Abstract

The present doctoral thesis refers to hydrodynamic journal bearings. Specifically, it refers to the design and construction of a new, innovative hybrid journal bearing, which has the ability to function either as hydrodynamic or active magnetic or hybrid, i.e. both hydrodynamic and active magnetic, at the same time.In order to be performed the design and construction of the specific hybrid journal bearing, calculations and simulation of the hydrodynamic field for the hydrodynamic journal bearings in the program ANSYS, have been made. The simulation of the hybrid journal bearings has been made with iterative process, between the hydrodynamic and active magnetic field, so that every desired magnitude can be calculated.For the design of the hybrid journal bearing, the designing program CATIA has been used.For the simulation of the control of the hybrid journal bearing, the program Maltab has been used, which activates the program Ansys, for the calculation of the features of the hydrodynamic and active magnetic field of the bearing and the Simulink module of Maltab, for the calculation of the features of control, so that all necessary calculations can be made automated.Finally, calculations and simulation of rotor dynamics, with support of the rotor in two bearings and disc adjusted to the rotor, in Maltab, in connection to Ansys, for the calculation of the elastic and damping coefficients and the Simulink module of Maltab, for the calculation of the features of control, have been made, having as a purpose the complete analysis of the system.In conclusion, through the specific doctoral thesis, it is proved that the design, function and construction of the specific, new hybrid journal bearing, can be achieved and the results show that the function of such a hybrid journal bearing, has many advantages compared to other bearings of support of rotors, either they are simple or hybrid and it can be applied either to laboratory level or industrial applications.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται σε έδρανα ολίσθησης. Συγκεκριμένα, αναφέρεται στο σχεδιασμό και την κατασκευή ενός νέου, πρωτότυπου υβριδικού εδράνου ολίσθησης, το οποίο έχει τη δυνατότητα να λειτουργεί είτε ως υδροδυναμικό, είτε ως ενεργό ηλεκτρομαγνητικό, είτε ως υβριδικό, δηλαδή υδροδυναμικό και ενεργό ηλεκτρομαγνητικό ταυτόχρονα.Προκειμένου να πραγματοποιηθεί ο σχεδιασμός και η κατασκευή του συγκεκριμένου υβριδικού εδράνου ολίσθησης, έγιναν υπολογισμοί και προσομοίωση του υδροδυναμικού πεδίου για τα υδροδυναμικά έδρανα ολίσθησης και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου για τα ηλεκτρομαγνητικά έδρανα στο πρόγραμμα ANSYS. Η προσομοίωση των υβριδικών εδράνων ολίσθησης έγινε με επαναληπτική διαδικασία μεταξύ του υδροδυναμικού και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου προκειμένου να υπολογίζεται το κάθε επιθυμητό μέγεθος.Για το σχεδιασμό του υβριδικού εδράνου ολίσθησης χρησιμοποιήθηκε το σχεδιαστικό πρόγραμμα CATIA.Για την προσομοίωση του ελέγχου του υβριδικού εδράνου ολίσθησης, χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Matlab, το οποίο ενεργοποιεί το πρόγραμμα Ansys για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών του υδροδυναμικού και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του εδράνου και το Simulink module του Matlab για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών του ελέγχου, ώστε να γίνονται όλοι οι απαραίτητοι υπολογισμοί αυτοματοποιημένα.Τέλος, έγιναν υπολογισμοί και προσομοίωση δυναμικής περιστρεφόμενων αξόνων, με στήριξη του ρότορα σε δύο έδρανα και δίσκο προσαρμοσμένο στον ρότορα, στο πρόγραμμα Matlab, με σύνδεση με το Ansys για τον υπολογισμό των συντελεστών ελαστικότητας και απόσβεσης και το Simulink module του Matlab για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών του ελέγχου, με σκοπό την ολοκληρωμένη ανάλυση του συστήματος.Συμπερασματικά, μέσω της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής αποδεικνύεται πως ο σχεδιασμός, η λειτουργία και η κατασκευή του συγκεκριμένου πρωτότυπου υβριδικού εδράνου ολίσθησης είναι εφικτά, και από τα αποτελέσματα προκύπτει πως η λειτουργία ενός τέτοιου υβριδικού εδράνου ολίσθησης, έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα έδρανα στήριξης περιστρεφόμενων αξόνων, είτε αυτά είναι απλά είτε υβριδικά και μπορεί να εφαρμοστεί είτε σε εργαστηριακό επίπεδο είτε σε βιομηχανικές εφαρμογές.