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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Análise de rotores apoiados em mancais axiais
Title Alternative: Analysis of rotors supported by thrust bearings
Author: Peixoto, Thales Freitas, 1990-
Advisor: Dedini, Katia Lucchesi Cavalca, 1963-
Dedini, Katia Lucchesi Cavalca
Abstract: Resumo: O conjunto que forma uma máquina rotativa, composto de um eixo rotativo apoiado em mancais, é denominado de rotor. Uma classe muito específica de rotores consiste nos turbocompressores de alta rotação para aplicação automotiva. Nesses turbocompressores, o eixo, onde estão montados os rotores, está continuamente sujeito a esforços axiais de diferentes magnitudes devido às forças geradas pelo fluxo de gás, que atuam na turbina, e pelo fluxo de ar no compressor. Estes esforços, por sua vez, são suportados por mancais lubrificados axiais, de forma que ocorre deslocamento axial do eixo a cada velocidade de rotação, devido a uma nova posição de equilíbrio do sistema. Portanto, mancais axiais são essenciais para absorver tais esforços e deslocamentos, evitando ao máximo contato direto entre as superfícies sólidas, ou seja, os mancais axiais lubrificados devem ser projetados de forma que o filme de fluido sustente o eixo axialmente, evitando atrito e desgaste prematuros entre as superfícies em movimento relativo dos mancais. Neste trabalho, são utilizados modelos de mancais axiais segmentados de geometria fixa, os quais serão modelados através de seus coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento. Estes coeficientes resultam da linearização da força hidrodinâmica gerada a partir da distribuição de pressão nos segmentos do mancal, a qual, por sua vez, resulta do movimento relativo entre o mancal e o colar solidário ao eixo. A distribuição de pressão é obtida a partir das equações de Reynolds. Na sequência, o modelo linearizado do mancal axial hidrodinâmico deve ser introduzido no modelo do eixo através de seus coeficientes dinâmicos equivalentes de rigidez e amortecimento. Uma aproximação simplificada da força axial é proposta para representar sua dependência com a velocidade de rotação do eixo, dependendo da variação de vazão mássica dos gases na turbina na faixa de frequências de operação do rotor. Também são desenvolvidos modelos para forças axiais do tipo impulso e degrau, as quais podem representar condições específicas de testes. A partir das equações de movimento do sistema eixo-mancais, são analisadas as respostas dinâmicas do mesmo quando este é sujeito às excitações externas, sendo estas análises realizadas no domínio do tempo, bem como são estimados também os parâmetros modais do sistema

Abstract: The assembly forming a rotary machine, constituted by a rotating shaft supported by bearings, is called rotor. A very specific class of rotors is the high rotation turbochargers, to automotive application. In these turbochargers, the shaft, where the rotors are mounted, is continually subjected to axial forces of different magnitudes due to the gas flow, working in the turbine, and the air flow in the compressor. These forces are supported by axial lubricated thrust bearings, so there is an axial displacement of the shaft in each rotating speed, because of a new equilibrium position of the system. Therefore, thrust bearings are necessary to absorb these forces and displacements, avoiding direct contact between the solid surfaces, which means that the lubricated thrust bearings must be designed so that the fluid film sustain the shaft axially, avoiding friction and premature wear between the bearing surfaces in relative motion. In this work, models of segmented thrust bearings of fixed geometry are used, which will be modeled through its dynamic stiffness and damping coefficients. These coefficients can be obtained through the linearization of the hydrodynamic force generated by the pressure distribution in the bearing pads, which results due to the relative movement between the bearing and the collar solidary to the shaft. The pressure distribution is obtained from the Reynolds¿ equations. Continuing the work, the linearized model of the hydrodynamic thrust bearing is introduced in the shaft model by its equivalent dynamic stiffness and damping coefficients. A simplified approximation of the axial force is proposed to model its dependence with the speed rotation of the shaft, depending on the variation of mass flow of the gases in the turbine in the operation frequency range of the rotor. Models for the impulse and step excitations of axial forces are also developed, which represent specific conditions of tests. From the bearing-shaft system equations of motion, the dynamic response of the system is obtained and analyzed when it is subjected to external excitations, being the analyzes accomplished in the time domain, as well as the estimation of the modal parameters
Subject: Rotores - Dinâmica
Mancais
Automóveis - Motores - Turbocompressores
Carga axial
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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