Experimental Investigation of a Foil Bearing Structure with a Polymer Coating under Static Loads

Gas foil bearings can operate at very high temperatures and rotational speeds. The operation under such conditions requires developing an appropriate bearing design, including the use of advanced material solutions. This article presents one of the basic stages of work on a new foil bearing, namely, experimental research on the structural supporting layer of such a bearing regarding its static loads. Tests of the bearing were carried out on a test rig specially prepared for this purpose. Changing the magnitude and direction of the load was possible. The elasto-damping elements of the bearing were made of thin metal foils. In addition, a layer of carefully selected polymer was applied onto one side of the top foil in order to protect the Surface and reduce friction. Characteristics of the structure of the foil bearing were determined at various load variants after taking a series of measurements upon it. The conducted research has yielded much information about static characteristics of the structural supporting layer of a new foil bearing in which the top foil’s surface is covered with a layer of polymer. These results can be used, among other things, to optimise the bearing design and to verify numerical models.

Gazowe łożyska foliowe mogą być stosowane przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych oraz w wysokich temperaturach. Praca w takich warunkach wymaga jednak odpowiedniej konstrukcji łożyska oraz zaawansowanych rozwiązań materiałowych. W niniejszym artykule przedstawiono jeden z podstawowych etapów prac nad nowymi łożyskami foliowymi, polegający na badaniach eksperymentalnych strukturalnej warstwy nośnej takich łożysk w zakresie obciążeń statycznych. Badania wykonano na specjalnie do tego celu przygotowanym stanowisku laboratoryjnym, umożliwiającym zmianę wartości i kierunku działania obciążenia. Elementy sprężysto-tłumiące badanego łożyska zostały wykonane z cienkich metalowych folii. Dodatkowo, folia ślizgowa została z jednej strony pokryta wyselekcjonowanym materiałem polimerowym, który zmniejszał tarcie i pełnił funkcję ochronną. Badania obejmowały kilka serii pomiarowych, w których wyznaczono charakterystyki badanego układu przy różnych wariantach obciążenia. Dzięki przeprowadzonym badaniom pozyskano charakterystyki statyczne strukturalnej warstwy nośnej nowego łożyska foliowego z powłoką wykonaną z materiału polimerowego, które można wykorzystać m.in. do optymalizacji konstrukcji oraz weryfikacji modeli łożyska.