Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The concept of the hybrid magnetic bearing system for aircraft turbofan engine

Maciej Szakacz

Abstract

The paper has describes the analyzes concerning various types of magnetic bearings in terms of their use in the suspension of a aeroderivative gas turbine. It focus on stiffness, load capacity, strength, power consumption, geometry dimensions and weight. Based on study, the concept of suspending a gas turbine using magnetic bearings was proposed. The problems resulting from it were also discussed. The idea is to use mainly passive magnetic bearings with permanent magnets. Their task is static loads transfer. Active magnetic bearings in turn have the function of vibration control. Ceramic bearings play the role of emergency and stabilizing other bearings. Such division of tasks between the bearing types used allows for increasing the efficiency of their operation. Optimization of radial passive bearings was performed in order to increase the load they carry, without changing their mass or size. By limiting the role of active magnetic bearings to transferring dynamic loads, their effective distribution on the rotor was proposed, thanks to which the scope of their capabilities was significantly increased. Rotor conical surfaces were used by placing active angular contact bearings on them. Their use gives the possibility of transferring both radial and axial loads through one bearing. By choosing the right materials from which the bearings are made, the intensity of their cooling was reduced. The biggest advantages of the hybrid bearing system are the elimination of the lubrication system and the lack of physical contact between the cooperating elements. This means leveling losses due to friction, reducing the frequency of service actions and lower operating costs of the engine. Another advantages of the system are excellent vibration control and extremely advanced transfer of dynamic loads. In addition, magnetic bearings can operate at slightly higher temperatures than conventional ones. The only disadvantage is the large weight of the bearings. However, after taking into account the system of oiling, it turned out that the total weight of the classic suspension is comparable with the mass of the hybrid magnetic bearing system. The use of a hybrid magnetic bearing system in the construction of an air turbine engine is a huge step forward.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maciej Szakacz (FPAE) Maciej Szakacz,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Koncepcja hybrydowego systemu łożysk magnetycznych dla lotniczego silnika turbinowego
Supervisor
Krzysztof Sibilski (FPAE/IAAM) Krzysztof Sibilski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka (Aerospace Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
13-02-2019
Issue date (year)
2019
Pages
47
Internal identifier
MEL; PD-4992
Reviewers
Krzysztof Sibilski (FPAE/IAAM) Krzysztof Sibilski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Maciej Lasek (FPAE/IAAM) Maciej Lasek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
Łożyskowanie magnetyczne, pasywne zawieszenia magnetyczne, lotnicze silniki turbinowe, łożyska magnetyczne, magnesy stałe, łożyskowanie turbiny, lewitacja magnetyczna, aktywne łożyska magnetyczne, elastyczne systemy wirników, kontroler drgań, zawieszenie wirnika
Keywords in English
Magnetic bearings, passive magnetic suspensions, aircraft turbine engines, magnetic bearings, permanent magnets, turbine bearings, magnetic levitation, active magnetic bearings, flexible rotor systems, vibration controller, rotor suspension
Abstract in Polish
Praca przedstawia koncepcję zastosowania różnych typów łożysk magnetycznych pod względem ich aplikacji w zawieszeniu lotniczych silników turbinowych. W szczególności skupiono się na sztywności, nośności, wytrzymałości, poborze mocy, wymiarach geometrii i ciężarze. W oparciu o te analizy zaproponowano nowatorki koncept zawieszenia wirnika przy użyciu łożysk magnetycznych oraz opisano problemy z tym wynikające. Ideą jest wykorzystanie w głównej mierze pasywnych łożysk magnetycznych z magnesami stałymi do przeniesienia obciążeń własnych. Aktywne łożyska magnetyczne spełniają z kolei funkcję kontroli drgań oraz przeniesienia obciążeń dynamicznych. Łożyska ceramiczne pełnią rolę awaryjnych oraz stabilizujących pozostałe łożyska. Taki podział zadań pomiędzy użyte typy łożysk pozwala na zwiększenie efektywności ich działania. Wykonano optymalizację promieniowych łożysk pasywnych, w celu zwiększenia przenoszonego przez nie obciążenia, nie zmieniając tym samym ich masy czy wielkości. Ograniczając rolę aktywnych łożysk magnetycznych do przeniesienia obciążeń dynamicznych, zaproponowano ich efektywne rozmieszczenie na wirniku, dzięki czemu znacząco zwiększył się zakres ich możliwości. Wprowadzając aktywne łożyska skośne wykorzystano powierzchnie stożkowe wirnika oraz dano możliwość przenoszenia zarówno obciążeń promieniowych jak i wzdłużnych przez jedno łożysko. Dobierając odpowiednie materiały, z których wykonane są łożyska udało się zmniejszyć intensywność ich chłodzenia. Największymi zaletami hybrydowego systemu łożyskowania jest wyeliminowanie systemu olejenia oraz brak fizycznego kontaktu pomiędzy współpracującymi elementami. Oznacza to zniwelowanie strat związanych z tarciem, zmniejszenie częstotliwości akcji serwisowych oraz niższe koszty eksploatacji silnika. Kolejnymi zaletami systemu jest znakomita kontrola drgań oraz niezwykle zawansowane przeniesienie obciążeń dynamicznych. Ponadto, łożyska magnetyczne mogą pracować w nieco wyższych temperaturach niż klasyczne. Jedyną wadą jest duża masa łożysk. Jednak po uwzględnieniu systemu olejenia okazało się, że całkowita masa klasycznego zawieszenia jest porównywalna z masą hybrydowego systemu łożysk magnetycznych. Zastosowanie hybrydowego systemu łożysk magnetycznych w konstrukcji lotniczego silnika turbinowego jest ogromnym krokiem na przód.
File
  • File: 1
    Praca_MSzakacz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31309

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT5df4e4a7bbc14edab0a7faac584643a3/
URN
urn:pw-repo:WUT5df4e4a7bbc14edab0a7faac584643a3

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page