Publicação: Modelagem termo-hidrodinâmica de mancal cilíndrico radial submetido à condição de lubrificação variável
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS
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Bregion, Daniel Gregory
Resumo
Mancais hidrodinâmicos cilíndricos são elementos essenciais em máquinas rotativas, sendo aplicados desde pequenos motores até turbo geradores de grande porte. Eles operam com base no princípio de filme de óleo fino que separa um eixo girante do mancal, evitando o contato entre as superfícies. Estudos sobre mancais cilíndricos geralmente consideram um fornecimento adequado de lubrificante. No entanto, é crucial analisar o fenômenos de lubrificação insuficiente para entender a influência das condições de lubrificação no desempenho dos mancais.
Diversos modelos numéricos foram desenvolvidos para representar o comportamento dos mancais hidrodinâmicos, classificados conforme a condição de lubrificação: hidrodinâmico, termohidrodinâmico, elastohidrodinâmico e termoelastohidrodinâmico. Independentemente do modelo, a pressão de sustentação é geralmente determinada pela solução da Equação de Reynolds. Neste trabalho, duas formulações foram elaboradas - a equação reduzida de Reynolds e $p-\theta$ - para representar este componente de máquina.
Além da validação com a literatura, é necessário validar experimentalmente o modelo. Para isso, foi projetado e confeccionado um mancal instrumentado para monitorar variáveis que serão comparadas com a simulação. Dezesseis sensores termopares, igualmente espaçados ao longo do comprimento circunferencial do mancal, foram usados para monitorar a temperatura do filme de óleo. Um esquema similar foi adotado para a aquisição de dados de pressão, com dezesseis transdutores de pressão distribuídos de maneira semelhante aos sensores de temperatura. Os experimentos realizados e a validação com a literatura demonstraram que o modelo THD representa bem o comportamento do mancal cilíndrico.
Abstract
Cylindrical hydrodynamic bearings are essential components in rotating machines, used in applications ranging from small motors to large turbo generators. They operate based on the principle of a thin oil film that separates a rotating shaft from the bearing, preventing contact between the surfaces. Studies on cylindrical bearings usually consider an adequate supply of lubricant. However, it is crucial to analyze the phenomenon of oil starvation to understand the influence of lubrication conditions on bearing performance.
Various numerical models have been developed to represent the behavior of hydrodynamic bearings, classified according to the lubrication condition: hydrodynamic, thermohydrodynamic, elastohydrodynamic, and thermoelastohydrodynamic. In these models, the supporting pressure is generally determined by solving the Reynolds Equation. In this work, two formulations were developed - the reduced Reynolds equation and $p-\theta$ - to represent this machine component.
In addition to validation with the data provide by literature, experimental validation of the model is necessary. For this, a bearing was designed and manufactured, capable of being instrumented to monitor variables that will be compared with the simulation. Sixteen thermocouple sensors, equally spaced along the circumferential length of the bearing, were used to monitor the oil film temperature. A similar scheme was adopted for pressure data acquisition, with sixteen pressure transducers distributed similarly to the temperature measurement scheme. The obtained results demonstrated that the THD model obtained a good representation of the behavior of the cylindrical bearing.
Palavras-chave
Lubrificação insuficiente, Oil-starvation, Mancal hidrodinâmico, Hydrodinamics bearing, Termo-hidrodinâmico, Thermo-hydrodynamic, Engenharia mecânica
Citação
GOMES, Ely Queiroz. Modelagem termo-hidrodinâmica de mancal cilíndrico radial submetido à condição de lubrificação variável. 2024. 98 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.548.