Microbearings - new tribology problems and challenges

Nonlinear forms of vibrations in rotors dynamics, especially after exceeding the stability limit, as well as the assessment of not precise and randomly variable input parameters still constitute the research subject in many institutions all over the world. The results of investigations of the high-speed rotor of a micro turbine being an element of the micro power plant in dispersed power engineering based on renewable energy sources are presented in the paper. The basic problem of such devices is to assure a stable rotor operation within the entire range of rotational speeds. Foil bearings and special rotor structure were applied. It turned out that the situation, in that the rotor – after loosing its stability – stabilizes again when the rotational speed increases, is possible. This is a new phenomenon determined by the author as 'multiple whirls'. Possibilities of stabilizing the situation by the application of hybrid lubrication and siphon pockets are also presented in the paper. Another topic discussed in the hereby paper is an assessment of the influence of a random character of certain input data – in this case – changes of external excitations of the system. This problem is related to the so-called heuristic models often placed in opposition to widely used algorithmic models. The obtained results indicate different influence of disturbances depending on the system working conditions. After exceeding the stability limit, it means in a highly nonlinear operation range, the influence of disturbances significantly decreases. It is rather unexpected result. Research tools such as computer series codes and the method of their experimental verification are also included in the paper.

Nieliniowe formy drgań w dynamice wirników, zwłaszcza po przekroczeniu granicy stabilności, a także ocena wpływu mało dokładnych i zmiennych losowo parametrów wejściowych ciągle stanowią przedmiot współczesnych badań w wielu ośrodkach na całym świecie. W niniejszej pracy przedstawione zostały wyniki badań wysokoobrotowego wirnika mikroturbiny, stanowiącego element mikrosiłowni w energetyce rozproszonej opartej na odnawialnych źródłach energii. Podstawowym problemem w tego typu urządzeniach jest zapewnienie stabilnej pracy wirnika w całym zakresie prędkości obrotowej. Zastosowane tu zostały łożyska foliowe i specjalna konstrukcja wirnika. Okazało się, iż możliwa jest sytuacja, w której wirnik po utracie stabilności stabilizuje się ponownie w miarę wzrostu prędkości obrotowej. Mamy tu do czynienia z nowym zjawiskiem, określonym przez autora jako "wiry wielokrotne". W pracy zaprezentowane też zostały możliwości ustabilizowania sytuacji poprzez zastosowanie smarowania hybrydowego i ciśnienia lewarowego. Innym zagadnieniem poruszonym w pracy jest ocena wpływu losowego charakteru wartości niektórych danych wejściowych do analizy, w tym przypadku zmiany wymuszeń zewnętrznych układu. Zagadnienie to ma związek z tzw. modelami heurystycznymi przeciwstawianymi często tak powszechnym modelom algorytmicznym. Otrzymane wyniki analizy wskazują na zupełnie odmienny wpływ tego typu zaburzeń w zależności od warunków pracy układu. Po przekroczeniu granicy stabilności, a więc w silnie nieliniowym zakresie pracy, ich wpływ wyraźnie maleje. Jest to wynik dość zaskakujący. W pracy przedstawione też zostały narzędzia badawcze w postaci systemu komputerowego i sposób ich weryfikacji eksperymentalnej.