Investigación Experimental y Numérica del Concepto de Enfriamiento del Anillo Exterior en un Rodamiento de Bolas Híbrido y en un Rodamiento de Bolas de Acero Total Utilizado en Motores Aeroespaciales mediante la Introducción de un Conducto Helicoidal
Autores: Flouros, Michael; Gloeckner, Peter; Hirschmann, Markus; Martin, Matthias; Cottier, Francois; Papailia, Dimitra
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Investigación Experimental y Numérica del Concepto de Enfriamiento del Anillo Exterior en un Rodamiento de Bolas Híbrido y en un Rodamiento de Bolas de Acero Total Utilizado en Motores Aeroespaciales mediante la Introducción de un Conducto Helicoidal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Rodamientos de elementos rodantes
Aplicaciones de motores aéreos
Lubricación
Refrigeración
Anillo exterior
Generación de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los rodamientos de elementos rodantes para aplicaciones de motores aéreos deben soportar condiciones de operación muy desafiantes debido al alto impacto térmico causado por las elevadas velocidades de rotación y cargas. La alta tasa de generación de calor en el rodamiento debe ser sostenida por los materiales, y en ausencia de lubricación, estos fallarán en cuestión de segundos. Por esta razón, los rodamientos de motores aéreos deben ser lubricados y enfriados por un flujo continuo de aceite. Cuando el aceite ha alcanzado el anillo exterior, ya se ha calentado, por lo que su capacidad para eliminar calor adicional del anillo exterior se reduce considerablemente. Aumentar el flujo másico de aceite al rodamiento no es una solución, ya que un exceso de cantidad de aceite causaría altas pérdidas parasitarias (remolino) en la cámara del rodamiento y también aumentaría las demandas en el sistema de aceite para almacenamiento, recuperación, enfriamiento, peso del hardware, etc. Se ha desarrollado un método para enfriar activamente el anillo exterior del rodamiento. La idea detrás del concepto de enfriamiento del anillo exterior se adoptó de aletas que se utilizan para enfriar dispositivos electrónicos. Una ranura en espiral grabada en el material del anillo exterior del rodamiento funcionaría como un cuerpo de aleta con aceite en lugar de aire como medio de enfriamiento. El método se evaluó primero en un rodamiento de bolas completamente de acero y los resultados mostraron una reducción del 50% en el flujo de aceite lubricante con una reducción adicional en la generación de calor de más del 25%. Luego se aplicó a un rodamiento de bolas híbrido del mismo tamaño y se confirmaron los resultados anteriores. Los rodamientos híbridos son una combinación de partes de acero, como el anillo exterior, el anillo interior y la jaula, y de elementos rodantes de cerámica. Este documento describe el trabajo realizado hasta la fecha como seguimiento del trabajo descrito en, y demuestra el potencial del enfriamiento del anillo exterior para un rodamiento. Se han desarrollado coeficientes de pérdida por fricción, número de Nusselt y correlaciones de eficiencia sobre la base de los resultados de las pruebas y se han comparado con correlaciones de otros autores. Se ha utilizado análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con ANSYS CFX para verificar los resultados de las pruebas y también para estudios paramétricos.
Descripción
Los rodamientos de elementos rodantes para aplicaciones de motores aéreos deben soportar condiciones de operación muy desafiantes debido al alto impacto térmico causado por las elevadas velocidades de rotación y cargas. La alta tasa de generación de calor en el rodamiento debe ser sostenida por los materiales, y en ausencia de lubricación, estos fallarán en cuestión de segundos. Por esta razón, los rodamientos de motores aéreos deben ser lubricados y enfriados por un flujo continuo de aceite. Cuando el aceite ha alcanzado el anillo exterior, ya se ha calentado, por lo que su capacidad para eliminar calor adicional del anillo exterior se reduce considerablemente. Aumentar el flujo másico de aceite al rodamiento no es una solución, ya que un exceso de cantidad de aceite causaría altas pérdidas parasitarias (remolino) en la cámara del rodamiento y también aumentaría las demandas en el sistema de aceite para almacenamiento, recuperación, enfriamiento, peso del hardware, etc. Se ha desarrollado un método para enfriar activamente el anillo exterior del rodamiento. La idea detrás del concepto de enfriamiento del anillo exterior se adoptó de aletas que se utilizan para enfriar dispositivos electrónicos. Una ranura en espiral grabada en el material del anillo exterior del rodamiento funcionaría como un cuerpo de aleta con aceite en lugar de aire como medio de enfriamiento. El método se evaluó primero en un rodamiento de bolas completamente de acero y los resultados mostraron una reducción del 50% en el flujo de aceite lubricante con una reducción adicional en la generación de calor de más del 25%. Luego se aplicó a un rodamiento de bolas híbrido del mismo tamaño y se confirmaron los resultados anteriores. Los rodamientos híbridos son una combinación de partes de acero, como el anillo exterior, el anillo interior y la jaula, y de elementos rodantes de cerámica. Este documento describe el trabajo realizado hasta la fecha como seguimiento del trabajo descrito en, y demuestra el potencial del enfriamiento del anillo exterior para un rodamiento. Se han desarrollado coeficientes de pérdida por fricción, número de Nusselt y correlaciones de eficiencia sobre la base de los resultados de las pruebas y se han comparado con correlaciones de otros autores. Se ha utilizado análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con ANSYS CFX para verificar los resultados de las pruebas y también para estudios paramétricos.