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Conception d'un palier hydrostatique intelligent pour contrôler les vibrations de rotors

Bouzidane, Ahmed (2007). Conception d'un palier hydrostatique intelligent pour contrôler les vibrations de rotors. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Notre étude s'appuie sur deux volets, l'un ponant sur l'analyse linéaire et l'autre portant sur l'analyse non-linéaire. Ils sont présentés comme suit:

Dans un premier volet qui porte sur la simulation linéaire, deux études ont été présentées: (1) Dans la première étude, un modèle théorique d'un nouveau palier hydrostatique passif a été développé. Les résultats obtenus montrent que le palier hydrostatique présente de bonnes caractéristiques dynamiques et une excellente stabilité. (2) Dans la deuxième étude, un nouveau palier hydrostatique intelligent pour contrôler les vibrations des rotors rigides et les forces transmissibles est présenté. Il en résulte que le calcul effectué met en évidence l'effet du fluide électrorhéologique sur le comportement dynamique d'une ligne d'arbre rigide.

Dans un deuxième volet qui porte sur la simulation non linéaire, deux études ont été présentées: (1) Une étude porte sur la modélisation d'un arbre rigide monté verticalement dans un palier hydrostatique à quatre butées hydrostatiques a été effectuée selon un modèle linéaire et non linéaire. Ce type de modélisation met en évidence l'effet des non linéarités lorsque le balourd devient trop important. (2) Une étude porte sur la modélisation d'un arbre flexible monté verticalement dans un palier hydrostatique intelligent été effectuée selon un modèle non linéaire. Ce type de modélisation met en évidence le rôle prépondérant des paliers hydrostatiques intelligents sur le comportement d'une ligne d'arbre flexible.

Titre traduit

Design of a smart hydrostatic journal bearing to control rotor vibrations

Résumé traduit

The tendency to increase rotation speed of rotating machines requires rotor designs which must operate above of one or many of their critical speeds. These rotors operate in their flexible mode and are subject to important vibrations. When passive methods cannot be used to damp the vibrations, a control with smart journal bearing may be used instead.

A new smart hydrostatic journal bearing with four hydrostatic bearing flat pads fed by electrorheological fluid, has been designed to control rotor vibrations caused by imbalance and to reduce transmitted forces to the bearing.

Our study is divided in two sections; the first one is based on a linear analysis, while the second one is based on a non linear analysis. They are presented as following:

In the first section, two studies involving linear simulations are presented: calculation of the static and dynamics characteristics of a passive journal bearing and a journal bearing controlled actively by an electrorheological fluid.

• In the first study, a theoretical model of a new passive hydrostatic journal bearing has been developed. Based on a linear analysis, an investigation of the effects of film thickness, pressure ratio and bearing geometric configuration on the static and dynamic characteristics of a hydrostatic journal bearing has been made. The results show that the hydrostatic journal bearing has good dynamic characteristics and excellent stability because of its higher stiffness and damping and zero cross-coupling terms.

• In the second study, a new smart hydrostatic journal bearing fed by an electrorheological fluid to control rigid rotor vibrations and transmitted forces, is presented. In the first step, a numerical study based on a linear model is developed in order to investigate the effects of negative electrorheological fluids (NER) and ratios of pressure and static eccentricity, on the dynamic characteristics of a smart hydrostatic journal. In the second step, a model of rigid shaft in a smart hydrostatic journal having a linear behavior is presented. This type of model underlines the effects of NER on the rigid rotor dynamic behavior.

In the second section which involves the non linear method, two studies have been presented, that is to say the vibrations behavior of a rigid rotor set in the passive hydrostatic journal and the one of a flexible shaft set in a smart hydrostatic journal:

• A model of a rigid rotor set vertically in a hydrostatic journal bearing with four pads has been done according to a linear and a non linear behavior. The non linear calculation consists of solving, by the step by step Euler method, the dynamic equations of a shaft excited by imbalance. The hydrostatic forces created by the fluid on the shaft are computed at each step using the Reynolds dynamic equation. It is revealed that the effect of nonlinearity is significant when the unbalance becomes important.

• A modeling of a flexible shaft set vertically in a hydrostatic journal with four pads has been done according to a non linear model. The shaft is modeled with several degrees of freedom, by taking in to account gyroscopic efforts. Nonlinear calculation consists of solving, by using the method of Newmark with a variable step, the dynamic equations of the shaft and journal system by a temporal calculation. The hydrostatic efforts created by the fluid NER on the shaft are computed at each iteration. The results are obtained by integration of the pressure field calculated from the Reynolds dynamic equation. A strategy of control, based on the direct control of viscosity change and measurement of rotor displacements, was considered. This type of mode ling underlines the preponderant role of the intelligent hydrostatic bearings on the behavior of a flexible shaft.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie." Bibliogr. : f. 189-201.
Mots-clés libres: Analyse, Arbre, Calcul, Caracteristique, Comportement, Controle, Dynamique, Electrorheologique, Flexible, Fluide, Hydrostatique, Intelligent, Leneaire, Non, Non-Lineaire, Palier, Passif, Rigide, Rotor, Simulation, Statique, Vibration, Vibratoire
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Thomas, Marc
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 06 avr. 2011 16:22
Dernière modification: 09 nov. 2016 02:12
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/562

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