Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications

One of the most important machine elements in rotating machines is the bearing. It has been an integral part of machines since the ancient times (The Egyptians used journal bearings lubricated by animal fat in their chariots) and became even more so after the industrial revolution. The journal beari...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Χαραμής, Δημήτριος
Άλλοι συγγραφείς: Charamis, Dimitrios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15954
id nemertes-10889-15954
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Water-lubricated bearings
Green tribology
Υδρολίπαντα έδρανα ολίσθησης
Ναυτιλιακές εφαρμογές
Υπολογιστική ρευστοδυναμική
Οικολογική τριβολογία
spellingShingle Water-lubricated bearings
Green tribology
Υδρολίπαντα έδρανα ολίσθησης
Ναυτιλιακές εφαρμογές
Υπολογιστική ρευστοδυναμική
Οικολογική τριβολογία
Χαραμής, Δημήτριος
Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
description One of the most important machine elements in rotating machines is the bearing. It has been an integral part of machines since the ancient times (The Egyptians used journal bearings lubricated by animal fat in their chariots) and became even more so after the industrial revolution. The journal bearings are designed in a way that they can surround the machine shaft. The difference between the journal and bearing diameters allow the lubricant to flow through a small clearance. This is very important, since once the shaft is rotating, the hydrodynamic forces created in the lubricant can support the weight of the journal and operating loads in order to greatly reduce friction, temperature rise and most importantly prevent the shaft from coming into direct contact with the bearing which would cause wear and could prove destructive for the machine. It is therefore understandable why there is such interest in the development of journal bearings and their lubricants. More recently, there has been an increasing need to implement the use of water as a lubricant in ships, as the need to protect the environment has never been higher and the requirements and regulations concerning such lubricants have gotten stricter. R.Pai and D.J Hargreaves et al [2] of Queensland University of technology elaborated on the increasing need for water lubricated bearings and even conducted various experiments so as to better understand the behavior of such bearings. Nevertheless, while great progress has been made in this field there is still a gap in our understanding of the flow phenomena. For example, the ability to accurately predict the equilibrium position of the journal inside the bearing is still quite limited. On the other hand, the equilibrium position of conventional journal bearings has been adequately studied and many different methods have been developed such as the twofold secant method which was used by Zhou et al [3]. In this Thesis an effort will be made to better understand how conventional lubricants and water affect the equilibrium position of the journal and a CFD (computational fluid dynamics) approach will be chosen through the software of FLUENT, in order to extract the results needed for the tribological design of each bearing respectively.
author2 Charamis, Dimitrios
author_facet Charamis, Dimitrios
Χαραμής, Δημήτριος
author Χαραμής, Δημήτριος
author_sort Χαραμής, Δημήτριος
title Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
title_short Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
title_full Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
title_fullStr Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
title_full_unstemmed Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
title_sort tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15954
work_keys_str_mv AT charamēsdēmētrios tribologicaldesignofwaterlubricatedjournalbearingsmarineapplications
AT charamēsdēmētrios tribologikosschediasmosydrolipantōnedranōnolisthēsēsnautiliakesepharmoges
_version_ 1771297193070690304
spelling nemertes-10889-159542022-09-05T09:41:00Z Tribological design of water lubricated journal bearings : marine applications Τριβολογικός σχεδιασμός υδρολίπαντων εδράνων ολίσθησης : ναυτιλιακές εφαρμογές Χαραμής, Δημήτριος Charamis, Dimitrios Water-lubricated bearings Green tribology Υδρολίπαντα έδρανα ολίσθησης Ναυτιλιακές εφαρμογές Υπολογιστική ρευστοδυναμική Οικολογική τριβολογία One of the most important machine elements in rotating machines is the bearing. It has been an integral part of machines since the ancient times (The Egyptians used journal bearings lubricated by animal fat in their chariots) and became even more so after the industrial revolution. The journal bearings are designed in a way that they can surround the machine shaft. The difference between the journal and bearing diameters allow the lubricant to flow through a small clearance. This is very important, since once the shaft is rotating, the hydrodynamic forces created in the lubricant can support the weight of the journal and operating loads in order to greatly reduce friction, temperature rise and most importantly prevent the shaft from coming into direct contact with the bearing which would cause wear and could prove destructive for the machine. It is therefore understandable why there is such interest in the development of journal bearings and their lubricants. More recently, there has been an increasing need to implement the use of water as a lubricant in ships, as the need to protect the environment has never been higher and the requirements and regulations concerning such lubricants have gotten stricter. R.Pai and D.J Hargreaves et al [2] of Queensland University of technology elaborated on the increasing need for water lubricated bearings and even conducted various experiments so as to better understand the behavior of such bearings. Nevertheless, while great progress has been made in this field there is still a gap in our understanding of the flow phenomena. For example, the ability to accurately predict the equilibrium position of the journal inside the bearing is still quite limited. On the other hand, the equilibrium position of conventional journal bearings has been adequately studied and many different methods have been developed such as the twofold secant method which was used by Zhou et al [3]. In this Thesis an effort will be made to better understand how conventional lubricants and water affect the equilibrium position of the journal and a CFD (computational fluid dynamics) approach will be chosen through the software of FLUENT, in order to extract the results needed for the tribological design of each bearing respectively. Ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία μηχανών στις περιστροφικές μηχανές είναι τα έδρανα. Αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των μηχανών από την αρχαιότητα (Οι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν έδρανα ολίσθησης λιπαινόμενα με λίπος ζώων στα άρματα τους) και έγιναν ακόμα περισσότερο μετά την βιομηχανική επανάσταση. Τα έδρανα ολίσθησης σχεδιάζονται με τέτοιον τρόπο ώστε να περικλείουν τον άξονα της μηχανής. Η διαφορά ανάμεσα στην διάμετρο του άξονα και αυτήν του εδράνου επιτρέπουν στο λιπαντικό να ρέει μέσω μίας μικρής ακτινικής χάρης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό, καθώς όταν ο άξονας περιστρέφεται, οι υδροδυναμικές δυνάμεις που δημιουργούνται στο λιπαντικό μπορούν να στηρίξουν το βάρος του άξονα και τις φορτίσεις λειτουργίας προκειμένου να μειώσoυν σε μεγάλο βαθμό την τριβή, την αύξηση της θερμοκρασίας και κυρίως να εμποδίσουν τον άξονα από το να έρθει σε απευθείας επαφή με το έδρανο, το οποίο θα προκαλούσε φθορά και θα μπορούσε να αποβεί μοιραίο για την μηχανή. Είναι επομένως ευνόητο γιατί υπάρχει τόσο ενδιαφέρον στην ανάπτυξη των εδράνων ολίσθησης και των λιπαντικών τους. Στις μέρες μας, έχει υπάρξει μια αυξανόμενη ανάγκη να ενσωματωθεί η χρήση του νερού ως λιπαντικό στα πλοία, καθώς η ανάγκη για προστασία του περιβάλλοντος δεν υπήρξε ποτέ μεγαλύτερη και οι απαιτήσεις και κανονισμοί όσον αφορά αυτά τα λιπαντικά έχουν γίνει πιο αυστηροί. Οι R.Pai και D.J Hargreaves et al [2] του τεχνολογικού πανεπιστημίου του Queensland εμβάθυναν στην αυξανόμενη ανάγκη για υδρολίπαντα έδρανα και ακόμα διεξήγαγαν διάφορα πειράματα έτσι ώστε να καταλάβουν καλύτερα την συμπεριφορά αυτών των εδράνων. Παρ’ όλα αυτά, ενώ έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος σε αυτό το πεδίο, υπάρχει ακόμα ένα κενό στην κατανόηση των φαινομένων της ροής. Για παράδειγμα, η ικανότητα να προβλέψουμε με ακρίβεια την θέση ισορροπίας του άξονα μέσα στο έδρανο είναι ακόμα αρκετά περιορισμένη. Από την άλλη πλευρά, η θέση ισορροπίας των αξόνων στα συμβατικά λιπαινόμενα έδρανα ολίσθησης έχει μελετηθεί επαρκώς και πολλές διαφορετικές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί όπως η διπλή μέθοδος τέμνουσας, που χρησιμοποιήθηκε από τον Zhou et al [3]. Σε αυτήν την εργασία θα πραγματοποιηθεί προσπάθεια για να κατανοηθεί καλύτερα το πώς τόσο τα συμβατικά λιπαντικά όσο και το νερό επηρεάζουν την θέση ισορροπίας του άξονα και θα γίνει προσέγγιση του θέματος με CFD (υπολογιστική ρευστοδυναμική), μέσω του λογισμικού του FLUENT, προκειμένου να εξάγουμε τα αποτελέσματα που είναι απαραίτητα για τον τριβολογικό σχεδιασμό του κάθε εδράνου αντίστοιχα. 2022-03-10T10:07:49Z 2022-03-10T10:07:49Z 2022-03-08 http://hdl.handle.net/10889/15954 en application/pdf