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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Dynamic analysis of turbochargers with thermo-hydrodynamic lubrication bearings : Análise dinâmica de turbocompressores com mancais a lubrificação termo-hidrodinâmica
Title Alternative: Análise dinâmica de turbocompressores com mancais a lubrificação termo-hidrodinâmica
Author: Peixoto, Thales Freitas, 1990-
Advisor: Dedini, Katia Lucchesi Cavalca, 1963-
Abstract: Resumo: Recentemente, o uso de turbocompressores em motores downsized se tornou o novo padrão em aplicações automotivas, a fim de aumentar a economia de combustível, melhorar a eficiência do motor e reduzir emissões, sendo adotados em todas as categorias de veículos. Turbocompressores automotivos podem atingir velocidades de rotação extremamente elevadas e, tipicamente, quanto mais leve o rotor, maior a velocidade que pode atingir. Essa característica particular de um típico turbocompressor ¿ peso baixo e alta velocidade de rotação ¿ induz complexos fenômenos na dinâmica do rotor, principalmente devido à característica altamente não linear dos mancais de anel flutuante sustentando o eixo girante. Além disso, num turbocompressor, o uso de mancais axiais de dupla ação é imperativo, para sustentar a força axial desigual proveniente do fluxo de gás na turbina e do fluxo de ar no compressor. Nesse trabalho, desenvolveu-se um modelo rotordinâmico confiável de um turbocompressor, cujo eixo girante é suportado por mancais de anel flutuante e mancais axiais, incluindo variações de temperatura nos filmes de óleo. O modelo do mancal axial é composto por uma análise completa termo-hidrodinâmica, considerando efeitos de desalinhamento angular. Ambos os campos de pressão e temperatura são examinados e a capacidade de carga do mancal axial é avaliada. O modelo do mancal de anel flutuante é ligeiramente simplificado, a fim de reduzir os custos computacionais, mas inclui todo comportamento não linear e efeitos térmicos. As principais contribuições do trabalho são: a necessidade de incluir efeitos térmicos num modelo confiável dos mancais a fim de melhor estimar a carga suportada pelos mesmos; a inadequada aproximação do comportamento dinâmico dos mancais por coeficientes lineares equivalentes, devido ao comportamento altamente não linear dos mancais; e a inclusão obrigatória do mancal axial num modelo robusto e confiável do turbocompressor, devido à efeitos de acoplamento axial-radial que podem afetar as vibrações laterais típicas de um turbocompressor

Abstract: In recent years, the use of turbochargers in downsized engines has become a new standard in automotive applications, in order to increase fuel economy, improve the engine efficiency and reduce emissions, being adopted in all vehicle categories. Automotive turbochargers can achieve extremely high rotational speeds and, typically, the lighter the rotor, the higher the rotational speed it can achieve. This particular characteristic of a typical turbocharger ¿ light weight and high rotational speed ¿ lead to complex rotordynamic phenomena, mainly due to the highly nonlinear characteristics of the floating ring bearings sustaining the rotating shaft. In addition, in a turbocharger, the use of a double-acting thrust bearing is imperative, to sustain the axial force imbalance of the gas flow in the turbine and the airflow in the compressor. In this work, we develop a reliable turbocharger rotordynamic model, whose rotating shaft is supported by both floating ring and thrust bearings, including temperature variations in the oil films. The thrust bearing model is composed of a full thermo-hydrodynamic analysis, considering angular misalignment effects. Both pressure and temperature fields are evaluated and the thrust bearing load-carrying capacity is examined. The floating ring bearing model is somewhat simplified, in order to ease computations, but it includes its full nonlinear behaviour and thermal effects. The main findings of the work are the necessity to include thermal effects in a reliable bearing model to better estimate the bearings supported load, the unsuitability of approximating the bearings dynamic behaviour by its equivalent linear coefficients, due to its high nonlinear characteristics, and the mandatory inclusion of the thrust bearing in a reliable and robust rotordynamic turbocharger model, due to axial-radial coupling effects that may affect lateral vibrations of a typical turbochager
Subject: Automóveis - Motores - Turbocompressores
Mancais
Lubrificação e lubrificantes
Rotores - Dinâmica
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: PEIXOTO, Thales Freitas. Dynamic analysis of turbochargers with thermo-hydrodynamic lubrication bearings: Análise dinâmica de turbocompressores com mancais a lubrificação termo-hidrodinâmica. 2020. 1 recurso online ( 208 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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