Эътимоднокӣ ва самаранокии энергетикии компрессорҳои ҳавоии баландсуръате, ки дар воситаҳои нақлиёти дорои ҳуҷайраи сӯзишвории гидрогенӣ истифода мешаванд, ба подшипникҳои газии фолгадоре вобаста аст, ки имкон медиҳанд ротор бе равған чарх занад. Ҳангоми зуд-зуд оғоз ва қатъ шудани компрессор, азбаски плёнкаи кофии газ ҳанӯз ташаккул наёфтааст, байни ротор ва фолгаи болоӣ тамос ва фарсудашавӣ ба вуҷуд омада метавонад. Ин таҳқиқот ҳадаф дорад бо дақиқии баланд пешгӯӣ кунад, ки фарсудашавӣ ларзиши ротор, ғафсии плёнкаи газ, тақсимоти фишор ва талафи қувва аз сабаби соишро чӣ гуна тағйир медиҳад.

Муҳаққиқон модели динамикии ба физика асосёфтаро сохтанд, ки геометрияи плёнкаи газ вобаста ба фарсудашавӣ, муодилаи гузарои Reynolds, сахтӣ ва демпфери фолга, қувваҳои гидродинамикии подшипник ва ҳаракати ротори сахт бо чор дараҷаи озодиро дар бар мегирад. Таъсирҳое, ки дар модели назариявӣ ифода намешаванд, бо як истилоҳи омӯзишшавандаи чорченакаи номувофиқати модел, ки ба муодилаи ҳаракати ротор илова карда шудааст, ҷуброн шудаанд. Ин истилоҳ аз ҷониби шабакаи нейронии дорои як қабати пинҳонӣ тавлид мешавад, ки ҷойивазкунӣ, суръат ва шитоби қадами вақти қаблӣ ва суръати ҷории роторро ҳамчун вуруд мегирад.

Модел бо маълумоти таҷрибавии ларзиш аз подшипники газии фолгадори солим дар панҷ суръат байни 20.000 ва 40.000 давр/дақиқа калибр карда шуда, сипас бо гурӯҳи алоҳидаи подшипникҳо, ки фарсудашавии сунъии 30 µm чуқурӣ ва дар диапазони 140°-220° доштанд, санҷида шудааст. Дар ҳоле ки модели анъанавии физикӣ дар ҳолати солим ба ҳисоби миёна %9,11 ва дар ҳолати фарсуда %25,22 хатои ларзиши синхронӣ дошт, дар модели пешниҳодшудаи дақиқбаланд ин миёнаҳо мутаносибан то %2,02 ва %2,48 коҳиш ёфтанд. Баландтарин хатои нисбӣ дар ҳамаи шароити суръат ва самт %5,73 буд.

Натиҷаҳои модели параметрӣ нишон медиҳанд, ки бо зиёд шудани чуқурии фарсудашавӣ ва минтақаи даврии фарсуда, ғафсии ҳадди ақали плёнкаи газ кам шуда, фишори ҳадди аксар боло меравад ва майдони фишор аз тақсимоти якқуллагӣ ба ду минтақаи ҷудогонаи фишори баланд табдил меёбад. То тақрибан 15 µm чуқурии фарсудашавӣ бадшавии босуръат мушоҳида шуда, дар чуқуриҳои бештар тағйироти плёнкаи газ ва фишор қисман ба ҳолати сершавӣ наздик шудаанд.

Дар сенарияи фарсудашавии 30 µm чуқурӣ ва 80° паҳнӣ, қувваи соиши ҳисобшудаи подшипник нисбат ба ҳолати солим дар 20.000 давр/дақиқа ҳадди аксар %44,5 ва дар 40.000 давр/дақиқа %28,1 зиёд шудааст. Ин фоизҳо танҳо талафи ҳисобшудаи соиши часпаки системаи подшипники газии фолгадор-роторро ифода мекунанд; онҳо нишон намедиҳанд, ки истеъмоли умумии энергияи компрессори ҳавоӣ ё воситаи нақлиёт бо ҳамон фоизҳо зиёд шудааст.

Таҳқиқот дар моделсозии дақиқбаланд бар асоси ларзиш ва таҳлили миқдории таъсири фарсудашавӣ натиҷаҳои қавӣ пешниҳод мекунад. Бо вуҷуди ин, танҳо як геометрияи подшипник, як профили сунъии фарсудашавӣ ва панҷ суръати гардиш озмуда шудааст. Фишори плёнкаи газ, ғафсии ҳадди ақали плёнка ва қувваи соиш мустақиман таҷрибавӣ чен нашудаанд; ин бузургиҳо тавассути модели бо маълумоти ларзиш калибршуда ҳисоб шудаанд. Модел ҳамчунин мустақиман пешгӯӣ намекунад, ки фарсудашавӣ бо мурури вақт чӣ гуна пеш меравад ё муҳлати боқимондаи истифодаи подшипник чӣ қадар аст.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Дар ҳуҷайраҳои сӯзишвории мембранаи мубодилаи протон, компрессори ҳаво ба тарафи катод ҳаворо бо фишор ва ҷараёни зарурӣ таъмин мекунад. Дар муқаддимаи таҳқиқот бо такя ба корҳои қаблӣ гуфта мешавад, ки раванди фишурдани ҳаво метавонад беш аз %80 истеъмоли қувваи ёрирасони системаи ҳуҷайраи сӯзишвориро ташкил диҳад. Ин фоиз дар таҷрибаи худи таҳқиқот чен нашудааст; он аз адабиёт барои шарҳ додани он оварда шудааст, ки чаро системаи таъмини ҳаво муҳим аст.

Ротори компрессори ҳавоӣ бояд бо суръатҳои хеле баланд ва бе истифодаи равған кор кунад. Подшипники газии фолгадор бо плёнкаи гидродинамикии газе, ки ҳангоми ҳаракати ротор ба вуҷуд меояд, меҳварро аз сатҳ боло мебардорад. Ҳамин тавр ниёз ба равғани моеъ аз байн меравад ва кори баландсуръат имконпазир мешавад.

Плёнкаи газ танҳо вақте ба ғафсии кофӣ мерасад, ки ротор ба суръати муайян расад. Дар давраҳои оғоз ва қатъ плёнкаи газ заиф аст; ротор метавонад бо фолгаи болоии подшипник тамос гирад. Давраҳои такрории оғоз-қатъ барои мутобиқ шудан ба талаботи қувваи воситаи нақлиёт метавонанд дар минтақаи борбардор фарсудашавии тадриҷии сатҳро ба вуҷуд оранд.

Фарсудашавӣ танҳо талафи геометрии сатҳ нест. Вақте шакли маҳаллии фолгаи болоӣ тағйир меёбад:

• Ғафсии плёнкаи газ байни ротор ва фолга тағйир меёбад.
• Майдони фишори гидродинамикӣ аз нав тақсим мешавад.
• Қувваҳои подшипнике, ки роторро мебардоранд, тағйир меёбанд.
• Траектория ва амплитудаи ларзиши ротор метавонад вайрон шавад.
• Қувваи соиш ва буриши часпак дар қабати газ метавонад зиёд шавад.
• Тамаркузи маҳаллии бор метавонад фарсудашавии нав ё талафи молиданро тезонад.

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: Бо калибр кардани модели ба физика асосёфтаи подшипник-ротор бо маълумоти таҷрибавӣ, то чӣ андоза ларзишҳои подшипникҳои газии фолгадори солим ва фарсуда ва тағйироти вобаста ба фарсудашавии молидан ва соишро метавон дақиқ пешгӯӣ кард?

Кадом холигии адабиёт ҳадаф гирифта шудааст?

Таҳқиқоти қаблӣ иқтидори борбардорӣ, истеъмоли қувва, сахтии фолга, демпфер, preload ва рафтори ғайрихаттии ротори подшипникҳои газии фолгадорро омӯхтаанд. Моделҳое низ таҳия шудаанд, ки фарсудашавиро дар бар мегиранд ва молидани гузаро, топографияи фарсудашавӣ, деформатсияи фолга ва ҳаракати роторро якҷо баррасӣ мекунанд.

Аммо ба гуфтаи муҳаққиқон ду масъалаи асосӣ боқӣ мемонад:

1. Бисёр моделҳои ротор подшипникро бо геометрияи идеалии ибтидоӣ ифода мекунанд ва фарсудашавии сатҳро, ки бо мурури вақт пеш меравад, ба ҳисоб намегиранд.
2. Аз сабаби идеализатсияҳо дар моделҳои бисёрфизикӣ, параметрҳои номаълум ва таъсирҳои динамикии душворчен, ларзишҳои назариявӣ бо сигналҳои воқеии таҷрибавӣ ба қадри кофӣ мувофиқат намекунанд.

Таҳқиқот модели физикиро ҳазф карда, танҳо пешгӯии бар асоси маълумот намесозад. Ба ҷои ин, муодилаи Reynolds, динамикаи фолга ва ҳаракати роторро ҳамчун сохтори асосӣ нигоҳ дошта, фарқи динамикии шарҳнашавандаро бо шабакаи нейронии хурд ҷуброн мекунад.

Системаи подшипники газии фолгадор-ротор чӣ гуна сохта шудааст?

Шакли 1 дар саҳифаи 6-и таҳқиқот системаро дар се миқёс нишон медиҳад. Дар қисми аввал буриши компрессори ҳавоӣ, дар қисми дуюм маҷмӯи ротор аз турбина, ротор ва ду подшипники радиалии газии фолгадор, ва дар қисми сеюм буриши як подшипники газии фолгадор ҷойгир аст.

Ҷузъҳои асосии подшипники газии фолгадор инҳоянд:

• Корпуси подшипник: Дастгирии механикии берунии собитро таъмин мекунад.
• Фолгаи bump: Ба фолгаи болоӣ сахтии чандирӣ ва демпфер медиҳад.
• Фолгаи болоӣ: Сатҳи ҳамворест, ки роторро иҳота мекунад ва мустақиман бо плёнкаи газ таъсир мекунад.
• Плёнкаи газ: Қабати тунуки газест, ки бо ҳаракати ротор фишорнок шуда, меҳварро бе тамос мебардорад.

Дар модел плёнкаи газ ва сохтори фолга аз ҳам мустақил нестанд. Фишор фолгаро деформатсия мекунад; деформатсияи фолга ғафсии плёнкаи газро тағйир медиҳад; ва ғафсии тағйирёфта майдони нави фишорро дар муодилаи Reynolds муайян мекунад. Ҳал такрорӣ идома меёбад, то ин ду бузургӣ ба ҳам наздик шаванд.

Сохтори умумии модели пешниҳодшудаи дақиқбаланд

Чаҳорчӯбаи моделсозӣ дар Шакли 1 се ҷузъи асосиро муттаҳид мекунад:

1. Модели ба физика асосёфта бо фарсудашавӣ: Плёнкаи газ, сохтори фолга, қувваҳои подшипник ва динамикаи роторро ҳал мекунад.
2. Истилоҳи омӯзишшавандаи номувофиқати модел: Таъсирҳои динамикиеро, ки дар модели назариявӣ нестанд, бо шабакаи нейронӣ ифода мекунад.
3. Муайянкунии параметр бо ҳудудҳои физикӣ: Параметрҳои душворченро аз сигналҳои таҷрибавӣ муайян мекунад ва ҳамзамон намегузорад қиматҳо аз диапазонҳои физикӣ берун раванд.

Дар ҳисобкунии пеш модель ларзишҳои ротор, фишори плёнкаи газ ва ғафсии плёнкаро медиҳад. Дар ҳисобкунии баръакс спектрҳои басомади таҷриба ва симулятсия муқоиса мешаванд; ҳам параметрҳои модели физикӣ ва ҳам вазнҳои шабакаи нейронӣ бо backpropagation нав карда мешаванд.

Фарсудашавӣ ба муодилаи ғафсии плёнкаи газ чӣ гуна илова шудааст?

Бо дарназардошти фарсудашавии фолгаи болоӣ, ғафсии маҳаллии плёнкаи газ чунин ифода шудааст:

\[ h(\theta,z)=C+e\cos(\theta-\theta_0)+\delta(\theta,z)+\delta_w(\theta) \]

• h(θ,z): Ғафсии плёнкаи газ вобаста ба кунҷи даврӣ ва мавқеи меҳварӣ,
• C: Фосилаи номиналии подшипник,
• e: Эксцентриситети ротор,
• θ₀: Кунҷи муносибати ротор,
• δ(θ,z): Деформатсияи фолга зери фишор,
• δ_w(θ): Тағйири геометрии маҳаллӣ аз сабаби фарсудашавӣ.

Фарсудашавӣ дар минтақаи поёнии борбардор ҳамчун функсияи қисмӣ бо чуқурии собит ва сарҳади тез модел шудааст:

\[ \delta_w(\theta)= \begin{cases} d_m, & \theta_s<\theta<\theta_f \\ 0, & \text{diğer açılarda} \end{cases} \]

• d_m: Чуқурии фарсудашавӣ,
• θ_s: Кунҷи оғози минтақаи фарсуда,
• θ_f: Кунҷи анҷоми минтақаи фарсуда.

Шакли 3 фарсудашавиро ҳамчун талафи сатҳи дорои профили росткунҷа дар минтақаи поёнии борбардори подшипник нишон медиҳад. Ин соддагардонӣ ҷудо кардани таъсирҳои параметриро осон мекунад; аммо дар подшипникҳои воқеӣ чуқурии фарсудашавӣ дар самтҳои даврӣ ва меҳварӣ метавонад яксон набошад, канорҳо метавонанд тез набошанд ва ноҳамвории сатҳ бо мурури вақт тағйир ёбад.

Фишори плёнкаи газ чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Дар шароити қабули гази идеалӣ, муодилаи гузарои Reynolds-и беченака ба таври умум чунин навишта шудааст:

\[ \frac{\partial}{\partial\theta} \left(PH^3\frac{\partial P}{\partial\theta}\right) + \frac{\partial}{\partial Z} \left(PH^3\frac{\partial P}{\partial Z}\right) = \Lambda\frac{\partial(PH)}{\partial\theta} + 2\Lambda\nu\frac{\partial(PH)}{\partial T} \]

Тағйирёбандаҳои беченака ва рақами подшипник ба таърифҳои зерин асос меёбанд:

\[ P=\frac{p}{p_0},\qquad H=\frac{h}{C},\qquad Z=\frac{z}{R},\qquad \Lambda=\frac{6\mu\omega R^2}{p_0C^2} \]

• P: Фишори беченакаи плёнкаи газ,
• p: Фишори мутлақи маҳаллӣ,
• p₀: Фишори муҳит,
• H: Ғафсии беченакаи плёнкаи газ,
• R: Радиуси подшипник,
• μ: Часпакнокии динамикии газ,
• ω: Суръати кунҷии ротор,
• Λ: Рақами подшипник, ки таъсири суръати гардиш, часпакнокӣ, радиус ва фосиларо муттаҳид мекунад.

Тарафи чапи муодила паҳншавии фишорро дар самтҳои даврӣ ва меҳварӣ; тарафи рост таъсири ҳаракати ротор ва геометрияи бо вақт тағйирёбандаи плёнкаро ба фишурдани газ ифода мекунад.

Сохтори фолга чӣ гуна ифода шудааст?

Фолгаи болоӣ ва сохтори такягоҳи bump ҳамчун дастгирии маҳаллии динамикӣ бо сахтӣ ва демпфери эквивалентӣ модел шудааст:

\[ P=K_v\delta+C_v\frac{d\delta}{dt} \]

• K_v: Сахтии сохтории беченакаи фолга,
• C_v: Демпфери сохтории беченака,
• δ: Деформатсияи фолга.

Фишори плёнкаи газ ва деформатсияи фолга бо усули фарқияти майдони вақт дар як қадам такроран ҳал карда мешаванд. Вақте фишор ба ҳам наздик мешавад, бо интегратсия дар сатҳи подшипник қувваҳои уфуқӣ ва амудии гидродинамикӣ ба даст меоянд:

\[ F_x=-\int_0^L\int_0^{2\pi}(p-p_0)R\sin\theta\,d\theta\,dz \]

\[ F_y=-\int_0^L\int_0^{2\pi}(p-p_0)R\cos\theta\,d\theta\,dz \]

Барои интегратсияи ададӣ қоидаи Simpson 1/3 истифода шудааст.

Талафи қувва аз сабаби соиш чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Буриши часпак дар дохили плёнкаи газ аз якҷояшавии ҷараёни Couette, ки аз суръати сатҳии ротор ба вуҷуд меояд, ва ҷараёне, ки аз градиенти даврии фишор ба вуҷуд меояд, ҳисоб шудааст. Интегратсияи ин шиддати буриш дар сатҳи подшипник моменти соишро медиҳад.

Қувваи часпакии истеъмолшуда аз моменти соиш, ки дар таҳқиқот бо рамзи F_c нишон дода шудааст, бо муносибати зерин ҳисоб шудааст:

\[ P_c=\omega F_c \]

• P_c: Қувваи ҳисобшудаи соиши часпаки системаи подшипники газии фолгадор-ротор,
• ω: Суръати кунҷии ротор,
• F_c: Моменти соиш бо рамзгузории мақола.

Ин бузургӣ истеъмоли умумии барқи компрессор нест. Талафоти турбина, кори фишурдани аэродинамикӣ, талафоти мотор ё электроникаи қувва дар ин муодила дохил нашудаанд.

Модели динамикии ротор

Ротор нисбат ба маркази масса ҳамчун ҷисми сахт бо чор дараҷаи озодӣ модел шудааст:

• Ҷойивазкунии хаттии уфуқӣ x_G,
• Ҷойивазкунии хаттии амудӣ y_G,
• Ҷойивазкунии кунҷӣ гирди меҳвари X φ_xG,
• Ҷойивазкунии кунҷӣ гирди меҳвари Y φ_yG.

Мавқеи ду подшипник аз ҳаракати маркази масса бо муносибатҳои зерин ба даст меояд:

\[ x_A=x_G-d_{AG}\varphi_{yG},\qquad y_A=y_G+d_{AG}\varphi_{xG} \]

\[ x_B=x_G+d_{BG}\varphi_{yG},\qquad y_B=y_G-d_{BG}\varphi_{xG} \]

Муодилаи асосии ҳаракати ротор:

\[ \mathbf{M}\ddot{\mathbf{u}}+\omega\mathbf{G}\dot{\mathbf{u}} =\mathbf{F} \]

мебошад. Дар ин ҷо:

• M: Матритсаи масса, ки массаи ротор ва моментҳои инерсияро дар бар мегирад,
• G: Матритсаи гироскопӣ,
• u: Вектори чоркомпонентаи ҷойивазкуниҳои хаттӣ ва кунҷӣ,
• F: Вектори умумии қувва, ки аз қувваҳои плёнкаи газии ду подшипник, моментҳои онҳо ва қувваҳои номувозинии ротор иборат аст.

Барои интегратсияи вақт усули Wilson-θ ҳамчун алгоритми шартан устувор истифода шудааст. Дар Замимаи A муодилаҳои навсозии шитоб, суръат ва ҷойивазкунӣ барои ин усул ба таври муфассал дода шудаанд.

Шабакаи нейронӣ ба модели физикӣ чӣ гуна илова шудааст?

Азбаски муодилаи назариявии ротор системаи воқеиро пурра ифода намекунад, ба муодилаи ҳаракат истилоҳи омӯзишшавандаи номувофиқати модел илова шудааст:

\[ \mathbf{M}\ddot{\mathbf{u}}_t+ \omega\mathbf{G}\dot{\mathbf{u}}_t = \mathbf{F}_t+\mathbf{E}_t \]

E_t баромади чоркомпонентаи шабакаи нейронӣ аст. Вурудҳои шабака инҳоянд:

• Ҷойивазкуниҳои уфуқӣ ва амудӣ дар қадами вақти қаблӣ,
• Суръатҳои уфуқӣ ва амудии қаблӣ,
• Шитобҳои уфуқӣ ва амудии қаблӣ,
• Суръати ҷории гардиши ротор.

Шабака ҷои муодилаи Reynolds ё муодилаи роторро намегирад. Дар ҳоле ки модели физикӣ динамикаи асосиро ҳисоб мекунад, шабакаи нейронӣ таъсирҳои боқимондаи динамикиро, ки ба қувва ва момент монанданд ва модел нашудаанд, ифода мекунад.

Параметрҳои физикии номаълум чӣ гуна маҳдуд шудаанд?

Барои пешгирӣ аз рафтани параметрҳои омӯзишшаванда ба қиматҳои ғайрифизикӣ аз табдили sigmoid-и миқёспазир истифода шудааст:

\[ w_i= \frac{1}{1+e^{-\theta_i}} \left(w_{i,\max}-w_{i,\min}\right)+w_{i,\min} \]

• θ_i: Тағйирёбандаи хоме, ки ҳангоми оптимизатсия озодона нав мешавад,
• w_i,min ва w_i,max: Ҳудудҳои физикии қаблан муайяншудаи параметр,
• w_i: Параметри физикии маҳдудшудае, ки ба модел ворид мешавад.

Ин усул намегузорад параметрҳои муайяншуда аз диапазонҳои муайяншуда берун раванд. Аммо худ аз худ исбот намекунад, ки параметрҳо дар дохили ин диапазонҳо ба таври ягона муайян шудаанд ё маҷмӯаҳои гуногуни параметрҳо наметавонанд ҳамон ларзишро ба вуҷуд оранд.

Даври ҳисобкунии пеш

Шакли 2 дар саҳифаи 8-и таҳқиқот ду сутуни пайвастаи ҳисобкунии пешро нишон медиҳад:

1. Ҷойивазкунӣ, суръат ва шитоби ибтидоӣ муайян мешаванд.
2. Бо истифода аз мавқеи ротор ва профили фарсудашавӣ ғафсии плёнкаи газ ҳисоб мешавад.
3. Майдони фишор бо муодилаи Reynolds ҳал мешавад.
4. Деформатсияи фолга нав мешавад ва давр то ба ҳам наздик шудани фишор такрор мешавад.
5. Қувваҳои подшипник бо интегратсияи майдони фишор ҳисоб мешаванд.
6. Матритсаҳои масса, гироскопӣ ва қувва сохта мешаванд.
7. Шабакаи нейронӣ истилоҳи номувофиқати моделро тавлид мекунад.
8. Усули Wilson-θ ҷойивазкунӣ, суръат ва шитоби нави роторро ҳисоб мекунад.
9. Ҳолати нави ротор боз ба модели плёнкаи газ фиристода мешавад.
10. Давр то вақти анҷом идома мекунад.

Баромадҳои модел ларзишҳои ротор, фишори плёнкаи газ ва ғафсии плёнкаи газ мебошанд.

Модел бо кадом функсияи талаф омӯзонида шудааст?

Муқоисаи таҷриба ва симулятсия на дар тамоми сигнали вақт, балки дар спектри басомаде, ки бо табдили дискретии Fourier ба даст омадааст, анҷом дода шудааст:

\[ D_k=\sum_{j=0}^{n-1}d_j e^{-i2\pi jk/n} \]

Талафи умумии омӯзиш аз ду ҷузъ иборат аст:

\[ L_{\mathrm{total}}=\lambda_A L_A+\lambda_E L_E \]

Талафи мувофиқкунии спектри ларзиш:

\[ L_A= \frac{1}{2n} \sum_{i=1}^{n} \left[ (A_{xi}-\hat A_{xi})^2+ (A_{yi}-\hat A_{yi})^2 \right] \]

Ҷузъи танзимкунандае, ки аз калон шудани беасоси қувваи шарҳнашавандаи шабакаи нейронӣ пешгирӣ мекунад, ба таври умум чунин аст:

\[ L_E= \frac{1}{n_t}\sum_{t} \|\mathbf{E}_t\|^2 \]

мебошад.

• A_xi, A_yi: Амплитудаҳои спектри таҷрибавии уфуқӣ ва амудӣ,
• Â_xi, Â_yi: Амплитудаҳои спектри модел,
• L_E: Истилоҳе, ки баромади номувофиқати модели шабакаи нейрониро маҳдуд мекунад.

Вазни мувофиқкунии спектр 100 ва вазни танзимкунии номувофиқати модел 1 дода шудааст. Дар PDF, Муодилаи 17 ин коэффисиенти дуюмро ҳамчун λ_E нишон медиҳад, дар ҳоле ки дар Ҷадвали 2 λ_B навишта шудааст. Мувофиқи шарҳи матнӣ ҳар ду ба вазни талафи номувофиқати модел ишора мекунанд; аммо ин номувофиқии рамз ҳангоми такрори усул бояд равшан карда шавад.

Тартиби таҷрибавӣ

Шакли 5 дар саҳифаи 14-и таҳқиқот тартиби озмоишгоҳӣ ва маҷмӯи ротори ҷудошударо нишон медиҳад. Ротор аз як нӯг бо турбинае, ки бо гази фишорбаланд кор мекунад, чархонда шуда, аз ҷониби ду подшипники радиалии газии фолгадор дастгирӣ мешавад. Диски thrust ва ду подшипники thrust foil дар нӯги муқобил устувории меҳвариро таъмин мекунанд.

Системаи ченкунӣ аз:

• Тахометри лазерӣ, ки аз тасмаи инъикоскунанда дар нӯги турбина мехонад,
• Ду сенсори ҷойивазкунии ҷараёни гирдобӣ, ки ба таври амудӣ нисбат ба ҳам дар самтҳои уфуқӣ ва амудӣ ҷойгир шудаанд,
• Системаи намунагирии маълумот бо 20 kHz

иборат буда, суръат ва ларзишҳои радиалии роторро сабт кардааст.

Подшипникҳои солим ва фарсуда

Ду ҳолати подшипник омода шудааст:

Хусусиятҳои асосии подшипникҳои истифодашуда:

• Диаметри подшипник: 30 mm,
• Дарозии меҳварии подшипник: 30 mm,
• Ғафсии фолгаи болоӣ: 0,1 mm,
• Ғафсии фолгаи bump: 0,1 mm,
• Маводи фолга: X-750,
• Баландии bump: 0,55 mm,
• Шумораи тасмаҳои bump: 26.

Шакли 6 дар саҳифаи 15-и таҳқиқот подшипникҳои T0 ва T1-ро паҳлу ба паҳлу нишон медиҳад. Минтақаи фарсудаи T1 дар сатҳи поёнии борбардор ба таври равшан коркард шудааст. Ин ҳолат намунаи такроршавандаи тасдиқро медиҳад; аммо топографияи номунтазами фарсудашавии воқеии оғоз-қатъро пурра ифода намекунад.

Маълумоти таҷрибавӣ чӣ гуна тақсим шудааст?

Дар таҷрибаҳои сустшавии ротор суръат аз 40.000 давр/дақиқа то 20.000 давр/дақиқа коҳиш дода шудааст. Барои ҳар ҳолати подшипник:

• 20.000 давр/дақиқа,
• 25.000 давр/дақиқа,
• 30.000 давр/дақиқа,
• 35.000 давр/дақиқа,
• 40.000 давр/дақиқа

дар панҷ суръат порчаҳои сигнали 0,05-сониягӣ ҷудо шудаанд.

Маълумоти панҷ суръати подшипники солими T0 барои омӯзиш, ва маълумоти ҳамон панҷ суръати подшипники фарсудаи T1 барои тасдиқи мустақил ҷудо шудаанд. Ҳамин тавр, модел на дар маълумоти тасодуфан тақсимшудаи ҳамон подшипник, балки дар подшипнике бо ҳолати сатҳии дигар санҷида шудааст.

Бо вуҷуди ин, дар маҷмӯи омӯзиш намунаи фарсуда вуҷуд надорад. Муваффақияти T1 аз он вобаста аст, ки геометрияи физикии фарсудашавӣ ба модел дуруст дода шудааст ва ҷуброни хатои аз ҳолати солим омӯхташуда метавонад ба ҳолати фарсуда интиқол ёбад. Фарсудашавиҳои воқеӣ бо чуқурӣ ва шаклҳои гуногун ба маҷмӯи тасдиқи таҷрибавӣ дохил карда нашудаанд.

Меъмории шабакаи нейронӣ ва танзимоти омӯзиш

Сохтори як қабати пинҳонӣ ва 20 нейрон нишон медиҳад, ки модел на ҳамчун қуттии сиёҳи калон барои иваз кардани муодилаҳои физикӣ, балки ҳамчун ҷузъи маҳдуди ҷуброни хато тарҳрезӣ шудааст. Аммо таҳқиқот таҳлили муқоисавии ҳассосияти меъмориро барои паҳнои гуногуни шабака, шумораи қабатҳо ё функсияҳои фаъолсозӣ пешниҳод намекунад.

Параметрҳои физикии муайяншуда

Таҳқиқот як маҷмӯи ягонаи қиматҳои оптималиро гузориш мекунад. Барои ин қиматҳо интервалҳои эътимод, тақсимоти posterior ё тағйирёбӣ дар оғозҳои тасодуфии сершумор дода нашудаанд. Аз ин рӯ номуайянии таҷрибавӣ ва муайяншавандагии параметрҳоро ҷудогона муайян кардан имконнопазир аст.

Натиҷаҳои тасдиқ дар подшипники солим

Шакли 8 дар саҳифаи 18-и таҳқиқот барои ҳар суръат се график пешниҳод мекунад:

• Траекторияи маркази ротор дар ҳамвории X-Y,
• Спектри басомади ларзиши амудӣ,
• Спектри басомади ларзиши уфуқӣ.

Каҷҳои кабуд таҷрибаро, каҷҳои зард модели аслии физикиро ва каҷҳои сурх модели дақиқбаланди бо шабакаи нейронӣ ислоҳшударо нишон медиҳанд. Каҷҳои сурх ҳам аз ҷиҳати андозаи траектория ва ҳам аз ҷиҳати қуллаи синхронии спектр нисбат ба каҷҳои зард ба сигнали таҷрибавӣ наздиктаранд.

Дар гурӯҳи солими T0:

• Диапазони хатои модели аслӣ: %2,49-%14,00,
• Хатои миёнаи модели аслӣ: %9,11,
• Диапазони хатои модели дақиқбаланд: %0,14-%4,74,
• Хатои миёнаи модели дақиқбаланд: %2,02.

Натиҷаҳои тасдиқ дар подшипники фарсуда

Шакли 9 дар саҳифаи 19-и таҳқиқот нишон медиҳад, ки траекторияҳои ротори подшипники фарсудаи T1 нисбат ба ҳолати солим калонтар ва номунтазамтар шудаанд. Дар ҳамон суръатҳо амплитудаҳои ларзиши синхронӣ низ умуман аз гурӯҳи T0 баландтаранд.

Муҳаққиқон ин тағйиротро бо он шарҳ медиҳанд, ки фарсудашавӣ ғафсии плёнкаи газ ва тақсимоти фишорро вайрон карда, ба ротор қувваҳои иловагии ғайрихаттӣ ворид мекунад.

Дар гурӯҳи фарсудаи T1:

• Диапазони хатои модели аслӣ: %17,49-%38,23,
• Хатои миёнаи модели аслӣ: %25,22,
• Диапазони хатои модели дақиқбаланд: %0,25-%5,73,
• Хатои миёнаи модели дақиқбаланд: %2,48.

Бад шудани назарраси модели аслӣ дар ҳолати фарсуда нишон медиҳад, ки симулятсияе, ки танҳо ба геометрияи ибтидоӣ ва параметрҳои назариявӣ такя мекунад, вайроншавии сатҳро дуруст ифода карда наметавонад. Вақте геометрияи фарсудашавӣ ва ҷуброни хатои омӯзишшуда якҷо истифода мешаванд, амплитудаҳои синхронӣ бо таҷриба хеле наздиктар мувофиқат мекунанд.

Таъсири чуқурии фарсудашавӣ ба ғафсии ҳадди ақали плёнкаи газ

Шакли 10(a) ҳангоми собит нигоҳ доштани минтақаи фарсуда дар 140°-220°, чуқурии фарсудашавиро аз 0-30 µm тағйир медиҳад. Дар ҳамаи суръатҳо ғафсии ҳадди ақали плёнка дар марҳилаи аввал босуръат кам мешавад.

Пас аз чуқурии критикии тақрибан 15 µm коҳиши каҷҳо хеле суст шуда, дар баъзе суръатҳо ларзишҳои хурд дида мешаванд. Муҳаққиқон инро бо наздик шудани фишор ва геометрияи плёнка дар дохили фосилаи фарсуда ба сершавӣ шарҳ медиҳанд.

Ин натиҷа маънои онро надорад, ки 15 µm барои ҳамаи подшипникҳои газии фолгадор ҳадди универсалии вайроншавӣ аст. Ин қимат ба подшипники диаметраш 30 mm, фосила, сохтори фолга, боргузорӣ ва шароити суръати ҳамин таҳқиқот тааллуқ дорад.

Таъсири паҳнои минтақаи фарсуда

Шакли 10(b) ҳангоми собит будани чуқурӣ дар 30 µm, минтақаи даврии фарсударо аз 0°-80° васеъ мекунад. Ғафсии ҳадди ақали плёнкаи газ дар ҳамаи суръатҳо ба таври мунтазам кам мешавад.

Аз рӯи хондани тахминии график, дар 20.000 давр/дақиқа ғафсии ҳадди ақали плёнка дар геометрияи солим тақрибан 15 µm буда, дар минтақаи фарсудаи 80° ба тақрибан 10 µm коҳиш меёбад. Дар 40.000 давр/дақиқа қиматҳои мувофиқ тақрибан 19 µm ва 14 µm мебошанд. Инҳо қиматҳои тахминан аз график хондашудаанд.

Чуқурии фарсудашавӣ бузургии фурӯрезии маҳаллии плёнкаро муайян мекунад, дар ҳоле ки паҳнои минтақаи фарсуда паҳншавии даврии вайроншавиро муайян мекунад.

Тақсимоти ғафсии плёнкаи газ

Шакли 11 ғафсии плёнкаро дар ҳамвории миёнаи подшипник дар 40.000 давр/дақиқа вобаста ба кунҷи даврӣ нишон медиҳад.

Бо зиёд шудани чуқурии фарсудашавӣ, байни ҳудудҳои 140° ва 220° минтақаи баланди геометрии зинамонанд ба вуҷуд меояд ва дар даромаду баромади ин минтақа ғафсии плёнка якбора тағйир меёбад. Вақте минтақаи фарсуда васеъ мешавад, ин майдони зинамонанд васеъ шуда, градиентҳои сарҳадӣ ба кунҷҳои дигар кӯч мекунанд.

Графикҳо нишон медиҳанд, ки гарчанде фосилаи умумии подшипник дар чуқурии фарсуда аз ҷиҳати геометрӣ калонтар шуда метавонад, аз сабаби аз нав танзим шудани мавқеи ротор ва тақсимоти бори гидродинамикӣ, ҳадди ақали плёнкаи газ дар ҷои дигари система тунук мешавад. Аз ин рӯ ба саволи “фарсудашавӣ фосиларо зиёд мекунад, пас чаро плёнка тунук мешавад?” ҷавоб ин аст, ки ротор зери бор ҷойиваз мешавад ва таъсири камаи гидродинамикӣ вайрон мегардад.

Тағйири фишори ҳадди аксари плёнкаи газ

Шакли 12(a) нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани чуқурӣ дар минтақаи фарсудаи паҳнои 80°, фишори ҳадди аксари беченака аз тақрибан 1,23 то диапазони 1,5-1,6 боло меравад. Афзоиш дар 10-15 µm-и аввал босуръат буда, баъд маҳдуд мешавад.

Шакли 12(b) нишон медиҳад, ки бо васеъ шудани минтақаи фарсуда фишори ҳадди аксар умуман боло меравад. Бо вуҷуди ин, баъзе каҷҳои суръат баъд аз расидан ба қулла дар тақрибан 60° дар 80° каме паст мешаванд. Гарчанде матни асосӣ тамоюлро ҳамчун афзоиши умумӣ ҷамъбаст мекунад, график нишон медиҳад, ки дар минтақаи аз ҳама васеи фарсудашавӣ ғайрихаттии хурди вобаста ба суръат вуҷуд дорад.

Коҳиши ғафсии ҳадди ақали плёнка ҳамзамон бо афзоиши фишори ҳадди аксар нишон медиҳад, ки бор дар минтақаҳои маҳаллии хурдтар мутамарказ мешавад.

Чаро майдони фишор аз як қулла ба ду қулла мегузарад?

Шакли 13 тақсимоти даврии фишорро дар 40.000 давр/дақиқа нишон медиҳад. Дар ҳолати солим дар минтақаи борбардор як қуллаи васеи фишор вуҷуд дорад.

Бо зиёд шудани чуқурии фарсудашавӣ, тағйири ногаҳонии геометрияи плёнкаи газ дар ду сарҳади минтақаи фарсуда таъсирҳои ҷудогонаи камаи гидродинамикӣ ба вуҷуд меорад. Майдони фишор:

• Қуллаи аввалро наздики даромадгоҳи минтақаи фарсуда,
• Қуллаи дуюм ва баландтарро наздики сарҳади баромад

ташаккул дода, ба ду қисм ҷудо мешавад.

Вақте чуқурӣ аз 15 µm зиёд мешавад, бузургии қуллаҳо асосан устувор мегардад. Ҳангоми тағйир додани паҳнои минтақаи фарсуда бошад, мавқеи даврии қуллаҳо бо сарҳадҳои фарсудашавӣ якҷо кӯч мекунад.

Мувофиқи тафсири механистии таҳқиқот, чуқурии фарсудашавӣ бузургии қуллаи фишорро ва минтақаи фарсуда мавқеи қуллаҳоро муайян мекунад. Сохтори дуқуллагӣ ҳамчун аломати эҳтимолии боргузории маҳаллии ғайрияксон ва талафи молидан пешниҳод шудааст.

Чаро қувваи соиш зиёд мешавад?

Фарсудашавӣ ҳамзамон ду механизми таъсирбахшро ба вуҷуд меорад:

1. Азбаски ғафсии ҳадди ақали плёнкаи газ кам мешавад, градиенти суръат ва буриши часпак байни ротор ва фолга зиёд мешавад.
2. Азбаски фишори маҳаллии плёнкаи газ баланд мешавад, буриши вобаста ба фишор ва тамаркузи бор тақвият меёбад.

Шакли 14(a) нишон медиҳад, ки дар минтақаи собити фарсудаи 80° бо зиёд шудани чуқурӣ қувваи соиш ба таври ғайрихаттӣ зиёд мешавад. Пас аз тақрибан 15 µm суръати афзоиш мутобиқи сершавии плёнка ва фишор суст мешавад.

Шакли 14(b) нишон медиҳад, ки ҳангоми чуқурии собити 30 µm, бо васеъ шудани минтақаи фарсуда қувваи соиш боло меравад.

Аз рӯи график, қувваи мутлақи соиш дар 20.000 давр/дақиқа тақрибан аз 7 W то тақрибан 10 W ва дар 40.000 давр/дақиқа тақрибан аз 23 W то 29 W боло меравад. Гарчанде қувваи мутлақ дар суръати баланд бештар аст, азбаски қимати ибтидоӣ дар суръати паст хурдтар мебошад, афзоиши фоизӣ дар 20.000 давр/дақиқа баландтар аст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Фарсудашавӣ, плёнкаи газ, фолгаи чандир ва динамикаи ротор бо чор дараҷаи озодӣ дар як модел муттаҳид шудаанд.
• Шабакаи нейронӣ на ба ҷойи модели физикӣ, балки ҳамчун истилоҳи маҳдуди ҷуброни номувофиқати модел истифода шудааст.
• Параметрҳои физикии номаълум бо функсияҳои sigmoid дар диапазонҳои қобили қабул нигоҳ дошта шудаанд.
• Параметрҳои физикӣ ва вазнҳои шабака ҳамзамон бо маълумоти таҷрибавии ларзиш калибр карда шудаанд.
• Подшипники солим барои омӯзиш ва подшипники алоҳидаи фарсуда барои тасдиқи мустақил истифода шудааст.
• Самтҳои уфуқӣ ва амудӣ дар панҷ суръати гуногуни гардиш алоҳида арзёбӣ шудаанд.
• Бо муқоисаи мустақим бо модели аслии физикӣ саҳми ҷуброни шабакаи нейронӣ нишон дода шудааст.
• Хатои миёнаи ларзиши синхронӣ ҳам дар ҳолати солим ва ҳам дар ҳолати фарсуда то тақрибан %2 коҳиш дода шудааст.
• Нақши чуқурии фарсудашавӣ ва паҳнои даврии он ба ғафсии плёнка, фишор ва соиш алоҳида омӯхта шудааст.
• Табдили майдони фишор аз як қулла ба ду қулла механистона бо сарҳадҳои фарсудашавӣ вобаста карда шудааст.
• Дар бахши хулоса ба таври равшан гуфта шудааст, ки модел набояд мустақиман берун аз диапазони тасдиқшуда истифода шавад.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

• Таҳқиқот preprint буда, аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Танҳо як геометрияи подшипник, маводи фолгаи X-750 ва як тартиби ротор истифода шудааст.
• Тасдиқ ба панҷ суръат дар диапазони 20.000-40.000 давр/дақиқа маҳдуд аст.
• Модел бо маълумоти солими T0 омӯзонида шуда, танҳо бо як ҳолати фарсудаи сунъии T1 санҷида шудааст.
• Фарсудашавии T1 профили ҳамвори 30 µm чуқурӣ ва 80° паҳнӣ дорад; он топографияи дученака ва номунтазами фарсудашавии воқеиро намояндагӣ намекунад.
• Ташаккули фарсудашавӣ бо мурури вақт ҳангоми оғоз-қатъ модел нашудааст. Профили фарсудашавӣ пешакӣ ба модел дода шудааст.
• Модел суръати фарсудашавӣ, умри умумии даврӣ ё муҳлати боқимондаи муфидро мустақиман пешгӯӣ намекунад.
• Фишори плёнкаи газ ва ғафсии плёнка дар таҳлили параметрӣ баромади модел мебошанд; таҳқиқот онҳоро мустақиман бо сенсор тасдиқ накардааст.
• Қувваи соиш низ бо ченкунии мустақими момент ё қувваи барқ тасдиқ нашудааст.
• Тасдиқи модел асосан ба амплитудаҳои ларзиши синхронӣ такя мекунад; барои тамоми спектри фарохмаҷро, фаза ва хатои домени вақт як меъёри ҷамъбастии ягона дода нашудааст.
• Дар ҳар суръат танҳо порчаҳои сигнали 0,05-сониягӣ истифода шудаанд.
• Шумораи такрорҳои таҷриба, номуайянии ченкунӣ ва интервалҳои эътимоди сенсорҳо гузориш нашудаанд.
• Барои параметрҳои физикии калибршуда диапазонҳои номуайянӣ дода нашудаанд.
• Таҳлили муайяншавандагӣ анҷом дода нашудааст, ки оё маҷмӯаҳои гуногуни параметрҳо метавонанд ларзишҳои монанд истеҳсол кунанд.
• Барои меъмории шабакаи нейронӣ, суръати омӯзиш ва вазнҳои талаф таҳлили систематикии ҳассосият ё ablation вуҷуд надорад.
• Бо дигар усулҳои гибридии физика-маълумот муқоиса анҷом дода нашудааст.
• Ҳарорат, васеъшавии гармӣ, вобастагии часпакнокии газ аз ҳарорат ва таъсири мутақобилаи фарсудашавӣ-гармӣ-динамика ба модел дохил нашудаанд.
• Ихроҷ, вайроншавии рӯйпӯши фолга, рушди ноҳамвории сатҳ ва ҳарорати мавод ҳамчун тағйирёбандаҳои алоҳида модел нашудаанд.
• Байни Муодилаи 17 ва Ҷадвали 2 дар рамзи вазни дуюми талаф номувофиқии λ_E/λ_B мавҷуд аст.
• Афзоиши %44,5 танҳо талафи ҳисобшудаи соиши подшипник аст; он самаранокии тамоми компрессори ҳавоӣ ё системаи ҳуҷайраи сӯзишвориро ифода намекунад.
• Дар ин таҳқиқот мониторинги онлайн дар вақти воқеӣ, ҳадди огоҳии вайроншавӣ ё қарори нигоҳдорӣ татбиқ нашудааст.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

• Модели ба физика асосёфтаи подшипники газии фолгадор-ротор метавонад бо истилоҳи омӯзишшавандаи номувофиқати модел ба ларзишҳои таҷрибавӣ наздиктар карда шавад.
• Модели гибридӣ, ки дар подшипники солим калибр шудааст, ҳангоми додани геометрияи маълуми фарсудашавӣ тавонист ларзишҳои синхронии подшипники алоҳидаи фарсударо бо хатои паст пешгӯӣ кунад.
• Подшипники фарсуда нисбат ба подшипники солим траекторияҳои роторӣ калонтар ва мураккабтар истеҳсол кардааст.
• Чуқурии фарсудашавӣ ва минтақаи даврии фарсуда ғафсии ҳадди ақали плёнкаи газро кам мекунанд.
• Фарсудашавӣ фишори ҳадди аксари плёнкаи газро баланд карда, борро дар минтақаҳои маҳаллӣ мутамарказ мекунад.
• Пас аз тақрибан 15 µm, дар модели омӯхташуда тағйироти плёнка ва фишор қисман ба сершавӣ наздик мешаванд.
• Фарсудашавӣ метавонад майдони фишорро аз сохтори якқуллагӣ ба сохтори дуқуллагӣ табдил диҳад.
• Тунукшавии плёнка ва афзоиши фишор якҷоя қувваи ҳисобшудаи соиши часпакро зиёд мекунанд.
• Ғафсии ҳадди ақали плёнка ва фишори ҳадди аксар метавонанд дар системаи омӯхташуда ҳамчун нишондиҳандаҳои ҳолати ҳассос ба фарсудашавӣ истифода шаванд.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Исбот нашудааст, ки модел дар ҳамаи компрессорҳои ҳавоии ҳуҷайраи сӯзишвории гидрогенӣ ҳамон дақиқиро медиҳад.
• Нишон дода нашудааст, ки хатои камтар аз %5,73 дар суръатҳои берун аз диапазони тасдиқ нигоҳ дошта мешавад.
• Нишон дода нашудааст, ки чуқурии фарсудашавии 15 µm барои ҳамаи подшипникҳои газии фолгадор ҳадди универсалии нигоҳдорӣ ё вайроншавӣ аст.
• Модел пешрафти воқеии фарсудашавӣ ё муҳлати боқимондаи подшипникро пешгӯӣ намекунад.
• Майдонҳои ҳисобшудаи фишор ва ғафсии плёнка мустақиман бо ченкунии таҷрибавӣ тасдиқ нашудаанд.
• Наметавон гуфт, ки афзоиши %44,5-и қувваи соиш истеъмоли энергияи воситаи нақлиётро %44,5 зиёд мекунад.
• Нишон дода нашудааст, ки қувваи умумии ёрирасони компрессори ҳавоӣ мустақиман бо ин модел ҳисоб шудааст.
• Исбот нашудааст, ки истилоҳи номувофиқате, ки шабакаи нейронӣ меомӯзад, ба як вайроншавии физикии ягона мувофиқ аст.
• Нишон дода нашудааст, ки усули пешниҳодшуда дар маҷмӯъ аз дигар моделҳои гибридӣ ё пурра ба маълумот асосёфта беҳтар аст.
• Таҳқиқот бо маълумоти саҳроии онлайн системаи нигоҳдории вақти воқеӣ насохтааст.
• Профили сунъии фарсудашавӣ ҳамаи топографияҳои дар истифодаи воқеии воситаи нақлиёт пайдошавандаро намояндагӣ намекунад.

Маънои эҳтимолӣ барои воситаҳои нақлиёти ҳуҷайраи сӯзишвории гидрогенӣ

Талафоти хурд дар самаранокии компрессори ҳавоӣ метавонад ба истеъмоли назарраси қувваи ёрирасон дар системаи ҳуҷайраи сӯзишворӣ табдил ёбад. Пешгӯии дурусти ҳолати фарсудашавии подшипники газии фолгадор метавонад дар чунин самтҳо муфид бошад:

• Банақшагирии вақти нигоҳдорӣ аз рӯи маълумоти ларзиш,
• Муайян кардани вайроншавии молидан пеш аз пешрафти фарсудашавӣ,
• Пешгирӣ аз кори компрессор дар минтақаи самаранокии паст,
• Оптимизатсияи тарҳи геометрияи подшипник ва сохтори фолга,
• Рушди twin-и рақамӣ ё системаҳои мониторинги ҳолат.

Аммо барои ин татбиқҳо модел бояд дар подшипникҳои гуногун, ҳароратҳои гуногун, давраҳои воқеии оғоз-қатъ ва маълумоти дарозмуддати саҳроӣ аз нав калибр карда шавад.

Таҳқиқоти оянда

Муаллифон барои корҳои минбаъда ду тавсеаи асосиро пешниҳод мекунанд:

1. Модели пайвасти гармӣ, ки таъсири мутақобилаи фарсудашавӣ, ҳарорат ва динамикаи роторро дар бар мегирад,
2. Топографияи дученакаи фарсудашавӣ, ки дар самтҳои меҳварӣ ва даврӣ инкишоф меёбад, ба ҷойи профили якхелаи қисмӣ.

Илова бар ин, барои табдил додани модел ба татбиқи нигоҳдорӣ, ченкунии мустақими фишор ё ғафсии плёнка, сатҳҳои сершумори фарсудашавӣ, таҷрибаҳои такрорӣ, номуайянии параметрҳо ва тасдиқи пешгӯии вақти воқеӣ лозиманд.

Усул ва бозёфтҳои таҳқиқот

Хулосаи тарҳи таҷрибавӣ ва ададӣ

Ҳамаи натиҷаҳои тасдиқи ларзиши синхронӣ

Хулосаи натиҷаҳои дақиқӣ

Дар гурӯҳи фарсуда хатои миёнаи модели аслӣ тақрибан 10 маротиба кам шуда, аз %25,22 то %2,48 паст шуд. Ин муқоиса саҳми равшани ҷуброни шабакаи нейронӣ ва параметрҳои калибршударо нишон медиҳад. Бо вуҷуди ин, иҷроиш дар як подшипники тасдиқии ягона бо геометрияи маълуми фарсудашавӣ дар ҳамон тартиби санҷишӣ чен шудааст.

Хулосаи техникии бозёфтҳои параметрӣ

Тафсири техникии шаклҳо

Шакли 1: Чаҳорчӯбаи моделсозии дақиқбаланд

Дар қатори боло компрессор, ротор ва буриши подшипники газии фолгадор; дар қатори поён модели физикии GFB, истилоҳи номувофиқати шабакаи нейронӣ, муайянкунии параметрҳои маҳдуд ва минимизатсияи талафи таҷриба-модел нишон дода шудаанд. Шакл мефаҳмонад, ки физика ва маълумот дар як даври пӯшидаи оптимизатсия муттаҳид шудаанд.

Шакли 2: Ҷараёни ҳисобкунии пеш

Сутуни чап ҳамгароии муодилаи Reynolds ва деформатсияи фолгаро, сутуни рост интегратсияи вақтро аз қувваҳои подшипник то динамикаи ротор ва ислоҳи шабакаи нейронӣ нишон медиҳад. Ду сутун бо ҳолатҳои ротор ва қувваҳои подшипник пайваста якдигарро ғизо медиҳанд.

Шаклҳои 5 ва 6: Тартиби таҷрибавӣ ва ҳолатҳои подшипник

Дар Шакли 5 ҷойгиршавии сенсорҳо, турбина, ду подшипники радиалӣ, ротор ва диски thrust дида мешаванд. Шакли 6 сатҳи солими T0-ро бо фарсудашавии T1, ки дар минтақаи поёнии борбардор коркард шудааст, визуалӣ муқоиса мекунад.

Шакли 7: Сигналҳои сустшавӣ

Сигналҳои вақти уфуқӣ ва амудии тақрибан 7-11 сония барои подшипникҳои солим ва фарсуда нишон дода шудаанд. Диапазони ларзиши гурӯҳи фарсуда васеътар ва номунтазамтар аст. Омӯзиши модел ба порчаҳои 0,05-сониягие такя мекунад, ки аз ин сигналҳои дароз интихоб шудаанд.

Шаклҳои 8 ва 9: Траекторияҳои ротор ва спектрҳо

Дар гурӯҳи солим траекторияҳо мунтазамтар ва маҳдудтаранд, дар гурӯҳи фарсуда бошад васеъ шуда, шакл вайрон мешавад. Каҷҳои сурхи модели дақиқбаланд ба каҷҳои кабуди таҷрибавӣ нисбат ба модели аслии зард наздиктаранд. Тасдиқи ададӣ аз рӯи амплитудаҳои қуллаи басомади синхронӣ анҷом шудааст.

Шаклҳои 10 ва 11: Ғафсии плёнка

Шакли 10 қиматҳои ҳадди ақали плёнкаро вобаста ба суръат муқоиса мекунад, дар ҳоле ки Шакли 11 тақсимоти давриро дар 40.000 давр/дақиқа нишон медиҳад. Чуқурӣ шиддати фурӯрезии маҳаллиро ва паҳнои минтақа паҳншавии вайроншавиро назорат мекунад.

Шаклҳои 12 ва 13: Майдони фишор

Шакли 12 нишон медиҳад, ки фишори ҳадди аксар бо фарсудашавӣ боло меравад; Шакли 13 нишон медиҳад, ки як қуллаи фишор дар сарҳадҳои фарсудашавӣ ба ду қулла ҷудо мешавад. Чуқурӣ бузургии қулларо ва сарҳадҳои минтақаи фарсуда мавқеи қуллаҳоро тағйир медиҳанд.

Шакли 14: Қувваи соиш

Қувваи мутлақи соиш бо суръати ротор зиёд мешавад. Афзоиши нисбии вобаста ба фарсудашавӣ бошад дар 20.000 давр/дақиқа бештар аст. Таъсири чуқурӣ пас аз тақрибан 15 µm ба сершавӣ наздик мешавад, дар ҳоле ки таъсири паҳно дар диапазони омӯхташуда афзоишро идома медиҳад.

Эзоҳи омор ва номуайянӣ

Таҳқиқот санҷишҳои классикии гипотеза, p-value ё интервалҳои эътимод бар асоси такрори ченкунӣ гузориш намекунад. Дақиқии модел аз рӯи хатои нисбии амплитудаи ларзиши синхронӣ арзёбӣ шудааст.

Ифодаи “дар ҳамаи шароитҳо хато аз %5,73 камтар” танҳо барои:

• Ду самти ченкунӣ,
• Панҷ суръати ротор,
• Як ҳолати солим ва як ҳолати фарсудаи подшипник,
• Ин тартиби лабораторӣ

эътибор дорад. Интервали эътимоди оморӣ барои натиҷа дар аҳолии васеътар гузориш нашудааст.

Эзоҳи манбаъ ва усул

Сарлавҳаи пурраи аслӣ: High-fidelity wear simulation of gas foil bearing-rotor systems in hydrogen fuel cell air compressors using a physics-informed neural network

Муаллифон ва тартиби онҳо: Yongliang Zhou; Xingkai Yang; Pengcheng Zhu; Junyang Shang; Xulong Hu; Wenjun Li; Kai Feng.

Саҳми баробар ё ҳаммуаллифии аввал: Дар PDF изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифии аввал вуҷуд надорад.

Муаллифони масъули дар PDF нишон додашуда: Xingkai Yang ва Kai Feng.

Почтаҳои электронии муаллифони масъул: xkyang1992@163.com ва jkai.feng@gmail.com.

Сабти муаллифи иртиботии SSRN: Дар саҳифаи расмии SSRN Kai Feng ҳамчун “Contact Author” нишон дода шудааст. Азбаски дар PDF ду муаллифи масъул мавҷуданд, дар шарҳи ҳувияти илмӣ изҳороти PDF асос гирифта шудааст.

Муассиса: College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China.

Навъи манбаъ: Мақолаи preprint-и таҳқиқотӣ, ки тасдиқи таҷрибавӣ, моделсозии бисёрфизикии ротор-подшипник ва калибровкаи шабакаи нейронии physics-informed-ро дар бар мегирад.

Самтҳои таҳқиқот: Подшипникҳои газии фолгадор, динамикаи ротор, трибология, компрессорҳои ҳавоии ҳуҷайраи сӯзишвории гидрогенӣ, омӯзиши мошинии physics-informed ва мониторинги ҳолат.

Шумораи саҳифаҳо: 29.

Платформаи нашр: SSRN.

Санаи боргузорӣ ба SSRN: 15 июни 2026.

DOI: 10.2139/ssrn.6945898

Пайванди расмӣ:https://ssrn.com/abstract=6945898

Пайванди DOI:https://doi.org/10.2139/ssrn.6945898

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст. Дар ҳар саҳифаи PDF огоҳии “Preprint not peer reviewed” мавҷуд аст.

Маҷаллаи баррасишуда: То 27 июли 2026 версияи тасдиқшудаи маҷаллаи баррасишуда дастрас нашудааст.

Ношири аслии маҷалла: Азбаски нашри маҷаллаи баррасишуда тасдиқ нашудааст, мавҷуд нест. Платформаи ҷории нашри илмӣ SSRN мебошад.

Саҳми муаллифон

Дар PDF-и боршуда саҳми CRediT ё тақсимоти вазифаҳо барои ҳар муаллиф вуҷуд надорад. Аз ин рӯ тахмин карда нашудааст, ки кадом муаллиф консептуализатсия, таҷриба, рушди модел, нармафзор ё навиштанро анҷом додааст.

Маблағгузорӣ

Таҳқиқот аз ҷониби лоиҳаҳои зерин дастгирӣ шудааст:

• National Science and Technology Major Project, рақами лоиҳа 2026ZD0719001,
• National Natural Science Foundation of China, рақами грант 52505181,
• Hunan Provincial Natural Science Foundation of China, рақами грант 2025JJ60319.

Бархӯрди манфиатҳо

Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Дастрасӣ ба маълумот

Гуфта шудааст, ки маълумот бо дархост пешниҳод мешавад. Дар PDF пайванди анбори кушода, рамзи омӯзиш ё вазнҳои модел дода нашудаанд.

Усули омодасозии мақола

Ин мақолаи туркии Verianla бо баррасии маълумоти сарлавҳа ва муаллифони preprint-и 29-саҳифаи боркардаи корбар, матни асосӣ, 17 муодилаи асосӣ, замимаи Wilson-θ, чор ҷадвал, 14 шакли асосӣ, тасвирҳои таҷрибавӣ, траекторияҳои ларзиш, спектрҳо, графикҳои ғафсӣ ва фишори плёнкаи газ, натиҷаҳои қувваи соиш, изҳороти маблағгузорӣ ва рӯйхати манбаъҳо омода шудааст.

Шарҳҳои илмӣ танҳо ба таҳқиқот, усул ва натиҷаҳои пешниҳодшуда дар PDF-и боршуда асос ёфтаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии сарлавҳа, муаллифон, муассиса, DOI, санаи боргузорӣ, платформа ва ҳолати ҷории нашр истифода шудаанд. Ягон бозёфти нави таҷрибавӣ аз берун аз PDF илова нашудааст.

Маҳдудияти асосии методологӣ

Қавитарин тасдиқи таҳқиқот он аст, ки модели дар ҳолати солим калибршуда ларзишҳои синхронии подшипники алоҳидаи ба таври сунъӣ фарсударо бо ҳадди аксар %5,73 хатои нисбӣ пешгӯӣ кардааст. Баръакс, натиҷаҳои вобаста ба молидан ва энергия — ғафсии плёнка, фишор ва соиш — баромадҳои модел мебошанд ва мустақим чен нашудаанд.

Модел бояд дар доираи геометрияи подшипник, хусусиятҳои мавод, профили фарсудашавӣ ва диапазони суръати 20.000-40.000 давр/дақиқа, ки дар он тасдиқ шудааст, тафсир карда шавад. Барои интиқоли мустақим ба компрессорҳои дигар параметрҳои физикӣ бояд аз нав калибр карда шаванд, дар ҳолати зарурӣ муодилаҳои модел васеъ карда шаванд ва тасдиқи нави таҷрибавӣ гузаронида шавад.

Ин preprint чаҳорчӯбаи қавии гибридии физика-маълумотро барои шарҳ додани таъсири фарсудашавии подшипники газии фолгадор ба ларзиши ротор ва талафоти ҳисобшудаи молидан пешниҳод мекунад. Аммо усул ҳанӯз ҳамчун пешгӯии муҳлати боқимонда дар миқёси саҳроӣ, огоҳии автоматии нигоҳдорӣ ё оптимизатсияи энергетикии тамоми системаи ҳавоии ҳуҷайраи сӯзишворӣ тасдиқ нашудааст.