Reduction of the power loss in the oil-film journal bearings of a rolling mill

Hydrodynamic journal bearings play a main role in many mechanical machines. In fact, thanks to their quite high flexibility, they can be used for several applications, in very different conditions. Nowadays, they are used more and more also for extreme working conditions (with high rotational speeds and high loads). Consequently, their design is not easy: more accurate models are required. Of course, this is also possible thanks to the continuous evolution of the numerical computation. In order to have models that are closer and closer to the reality, several phenomena have to be taken into account such as cavitation, thermal and elastic deformations and turbulence. Hence a TEHD analysis must be implemented. Besides, by means of a good model, it is possible to optimize the performances of an existing journal bearing, such as the reduction of power loss, by changing the properties of the lubricant. The model represents, so, the first step of the process for the creation of a new oil. In fact, it allows to know a priori which hydrodynamic properties the lubricant should have. A good oil, however, has to ensure other characteristics such as chemical stability, low corrosion and wear action, low ambient impact and low production costs. As last step of the process of a new oil creation, an experimental campaign that certifies the lubricant proprieties is required. In this dissertation an accurate model for the study of a plain journal bearing is described. This model is used also to identify some new possible oils that allow the reduction of the power loss in an existing rolling mill. Eventually, two new lubricants are tested on a test rig and their performances are compared to the ones of the oil that is currently used in the journal bearings of the rolling mill.

I cuscinetti radenti idrodinamici assumono un ruolo principale in molti macchinari meccanici. Infatti, grazie alla loro grande flessibilità, possono essere impiegati per diverse applicazioni, in condizioni molto diverse tra loro. Oggigiorno, essi vengono sempre più impiegati anche per condizioni di lavoro estreme (cioè con elevate velocità di rotazione ed elevati carichi). Di conseguenza, la loro progettazione non è facile: accurati modelli sono richiesti. Certamente questo è reso possibile grazie alla continua evoluzione della capacità del calcolo numerico. Diversi fenomeni fisici (come ad esempio la cavitazione, la turbolenza e le deformazioni termiche ed elastiche dei materiali) devono essere presi in considerazione per ottenere un modello che sia sempre più vicino alla realtà. Quindi un’analisi di tipo TEHD deve essere sviluppata. Inoltre, attraverso l’uso di un buon modello, è possibile ottimizzare le prestazioni di un cuscinetto radente già esistente (per esempio si può ridurre la potenza persa), cambiando le proprietà del lubrificante. In questo modo, il modello rappresenta il primo passo nel processo che conduce alla creazione di un nuovo olio. Infatti, esso permette di conoscere a priori quali caratteristiche dovrebbe avere il nuovo lubrificante. Un buon olio, però, deve garantire anche altre proprietà, per esempio: la stabilità chimica, un basso effetto corrosivo e usurante, un basso impatto ambientale e bassi costi di produzione. L’ultimo passo di questo processo di progettazione di nuovi oli lubrificanti è una verifica sperimentale che certifichi le proprietà del nuovo olio. In questa tesi è presentato un modello accurato per lo studio di un cuscinetto radente. Esso è usato per identificare nuovi oli che permettano la riduzione della potenza persa all’interno di un laminatoio già esistente. Alla fine, due nuovi lubrificanti vengono testati in laboratorio e viene presentato un paragone tra le loro prestazioni e quelle del lubrificante ad oggi usato all’interno dei cuscinetti del laminatoio.