Nieliniowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmiennej geometrii w aplikacji Power MEMS

Transkrypt

1 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 19 ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 2 (150) 2007 MARCIN MARTYNA * Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr w aplkacj Power MEMS Słowa kluczowe Model nelnowy, łożysko o zmennej geometr, mkrołożysko, Power MEMS. Keywords Non-lnear model, tltng pad gas journal bearng, mcro-bearng, Power MEMS mcro-turbne. Streszczene Jednym z głównych wyzwań realzowanym od nemal dwóch dekad w welu ośrodkach badawczych jest próba zbudowana wysokoobrotowej mkromaszyny przepływowej w technolog MEMS. Wyzwane to zwązane jest z zapotrzebowanem w zakrese maszyn przetwarzających energę z dużą gęstoścą mocy w skal ml mkro. Zaprezentowane wynk oblczeń numerycznych mają na celu teoretyczne porównane dzałana ultrakrótkch mkrołożysk poprzecznych o zmennej geometr dla dwóch różnych systemów podparca segmentów oraz łożysk o stałej geometr. Zasadnczym osągnętym celem takego porównana jest wykazane, że przy odpowednm doborze parametrów elastycznego podparca segmentów możlwe jest uzyskane zadawalających parametrów funkcjonowana mkrołożyska poprzecznego o nskm stosunku długośc do średncy (L/D<0.1). W oblczenach posłużono sę nelnowym modelem łożyska poprzecznego o zmennej geometr, który podczas prowadzonych badań układu łożyskowego w powększonej skal wykazywał dobrą zgodność wynków oblczeń teoretycznych z eksperymentem. Badana, których wynk tutaj zaprezentowano, są częścą projektu badawczego prowadzonego w ramach współpracy IMP PŁ ONERA. * Poltechnka Łódzka, Instytut Maszyn Przepływowych, ul. Wólczańska 219/223, Łódź, tel , e-mal: mmartyna@p.lodz.pl

2 20 M. Martyna Wykaz oznaczeń C P C B luz konstrukcyjny łożyska luz montażowy łożyska D średnca czopa łożyska e ekscentryzm czopa segmentu e G ekscentryzm łożyska fr współczynnk tarca F reakcja w podporze F N składowa zmenna obcążena czopa F 0 składowa stała obcążena czopa F IJ sła w flme gazowym H IJ =h IJ /C P bezwymarowa grubość flmu gazowego IJ ndeksy układu współrzędnych satk oblczenowej J moment bezwładnośc segmentu k sp sztywność podpory segmentu L długość łożyska M masa podparta w łożysku n prędkość obrotowa czopa O, O W, O p środek łożyska, czopa, segmentu P=p/p a bezwymarowe cśnene R W, R P, R X promeń czopa, segmentu, koła podpór R IJ promeń położena komórek satk obl. t czas U m newyważene wrnka XG, YG ndeksy globalnego układu współrzędnych x, y położene środka czopa α p długość kątowa segmentu β kąt mędzy lną OO W a osą X L ζ,θ,ξ współrzędne krzywolnowe η L kąt mędzy krawędzą natarca seg. a lną OO W Λ=6µωR 2 /p a C 2 lczba łożyska µ lepkość czynnka smarującego ρ gęstość czynnka smarującego τ=ωt/2λ bezwymarowy czas φ M kąt mędzy podporą a krawędzą natarca seg. φ N kąt fazowy zmennej sły obcążającej ω prędkość kątowa czopa 1. Wprowadzene Koncepcja wysokoobrotowych mkromaszyn Power MEMS powstała w odpowedz na zapotrzebowane na moblne źródło energ o możlwe wyso-

3 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 21 kej gęstośc mocy osąganej przy newelkch (rzędu mlmetrów) rozmarach maszyny. Stablna praca łożysk jest tak jak w przypadku klasycznych maszyn wrnkowych warunkem konecznym funkcjonowana mkromaszyn Power MEMS. Na rys. 1 pokazany jest mkroslnk turbospalnowy Power MEMS w koncepcj zaproponowanej przez ONERA [1 4]. Poszczególne elementy takej mkromaszyny powstają w procese głębokego trawena (DRIE Deep Reactve Ion Etchng) płytek z monokrystalcznego krzemu. Następne płytk te spaja sę w stos uzyskując w ten sposób korpus mkromaszyny z zamknętym wewnątrz ułożyskowanym wrnkem oraz kanałam zapewnającym przepływ czynnka roboczego. Łożysko poprzeczne powstaje na obwodze wrnka w wynku przelotowego trawena szczelny mędzy wrnkem a korpusem mkromaszyny. Przyjęta technologa stwarza stotne ogranczena mędzy nnym w konstrukcj rozważanego łożyska poprzecznego. Nsk stosunek długośc do średncy łożyska (L/D 0.1) wynka z ogranczonej głębokośc trawena DRIE [5, 6]. Łożysko poprzeczne typowej mkromaszyny Power MEMS pownno stablne funkcjonować przy bardzo wysokch prędkoścach obrotowych wrnka w obecnośc relatywne dużych sł dynamcznych od newyważena oraz zapewnać mnmalny pozom strat hydrodynamcznych przy smarowanu czynnkem roboczym maszyny. Ponadto jego konstrukcja pownna być zgodna z wymogam technolog wytwarzana układów MEMS zapewnając możlwość ntegracj z nnym elementam rozważanego układu mkromaszyny. Rys. 1. Mkroturbna, koncepcja ONERA [1 4] Fg. 1. ONERA mcroturbne concept [1 4] Borąc pod uwagę określone wyżej wymagana, jedyną alternatywą w zakrese łożyskowana mkromaszyn Power MEMS są łożyska gazowe. Zapewnają one mnmalny pozom strat oraz możlwość smarowana czynnkem roboczym maszyny przy stosunkowo prostej konstrukcj. Istotną wadą rozważanych łożysk gazowych jest ch skłonność do nestablnej pracy (zjawsko wru ). Ta cecha dotyczy szczególne łożysk aerodynamcznych, dlatego też w rozważanej

4 22 M. Martyna aplkacj najczęścej spotyka sę łożyska aerostatyczne [6 9]. One z kole wymagają zewnętrznego źródła zaslana czynnkem roboczym pod określonym cśnenem, a węc źródła dodatkowej energ, jest to stotną wadą borąc pod uwagę kryterum moblnośc rozwązana oraz ne do zaakceptowana z punktu wdzena blansu energetycznego maszyny. W tej sytuacj jedyną alternatywą jest zastosowane aerodynamcznych łożysk o zmennej geometr, które ne wymagają zewnętrznych źródeł zaslana, a jednocześne mogą stablne pracować w bardzo szerokm zakrese prędkośc obrotowych. Przedstawona w pracy propozycja zastosowana w układze mkrołożyska poprzecznego z elastyczne podpartym segmentam jest nteresującym rozwązanem z uwag na ogranczena technologczne wytwarzana elementów MEMS. Elastyczne podpory są znanym stosowanym rozwązanem w skal makro [10], przy czym prowadzone są równeż próby ch aplkacj w skal mkro w warunkach technologcznych, odbegających od rozważanych w nnejszej pracy [11, 12]. 2. Ops modelu numerycznego Geometra analzowanego łożyska Rozważane w pracy łożysko o zmennej geometr charakteryzuje sę czterema segmentam oscylacyjnym zgodne ze schematem pokazanym na rys. 2. Globalny układ współrzędnych określony jest dla całego łożyska przez dwe prostopadłe ose (X G, Y G ). Początek tego układu (O) znajduje sę w środku koła podpór zdefnowanego przez teoretyczne punkty podparca każdej z panewek. Pozycja środka czopa w łożysku określona jest przez wywołany dzałanem sł statycznych ekscentryzm (e G ) przez kąt (η G ) mędzy osą X G a lną środków OO w. Oblczena ruchu pojedynczych segmentów prowadzone są w ch lokalnych układach współrzędnych opsanych osam X L na rys. 2. Ose te określone są punktam środka czopa podpór poszczególnych panewek. Parametrem geometrycznym newdocznym na rys. 2 jest długość (L) łożyska. Podstawowym parametram geometrycznym analzowanego łożyska są: luz konstrukcyjny C P = R P R W (1) luz montażowy C B = R X R W (2) Rozkład grubośc flmu gazowego określa następująca zależność: H IJ e = 1 cos( η L θ ) (3) C P

5 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 23 a) b) c) Rys. 2. Geometra czteropanewkowego łożyska o zmennej geometr a); szczegóły geometr dla pojedynczej panewk b); układ współrzędnych przyjęty do analzy c) Fg. 2. Geometry of the four-tltng-pad journal bearng a); detals of the geometry for the -th pad b); the analyzed coordnate system c) Analza dynamczna łożyska Celem nelnowej analzy dynamcznej aerodynamcznego łożyska poprzecznego o zmennej geometr jest zbadane trajektor ruchu czopa z uwzględnenem wpływu sł występujących w rzeczywstym flme smarnym łożyska, generowanych w wynku dowolne zadanego wymuszena. Rozwązane tak sformułowanego problemu bazuje na zagadnenu odwrotnym dynamk punktu materalnego, w którym bada sę zwązk mędzy słam dzałającym na punkt materalny a jego ruchem [13, 14]. Algorytm rozwązana sprowadza sę do określena w każdym kroku czasowym sły wypadkowej dzałającej na czop łożyska oraz wypadkowego momentu dzałającego na każdy segment. Chwlowe wartośc tych sł momentów są funkcjam położena prędkośc czopa oraz rozkładu

6 24 M. Martyna cśnena w flme gazowym każdego z segmentów. W każdym kroku czasowym koneczne zatem jest jednoczesne rozwązywane równań ruchu masy podpartej w łożysku, równań ruchu segmentów łożyska oraz nestacjonarnego równana cśnena w flme gazowym każdego z segmentów. Zakładając, ż segmenty łożyska mogą poruszać sę jedyne wokół os równoległej do os czopa przechodzącej przez punkty ch podparca, w każdym kroku czasowym rozwązać należy układ równań (4) (7) [13, 14]. Równana ruchu czopa zapsać można następująco: k = 1 () t + F + F cos( ϖ t + ϕ ) M& x = FXG 0 XG N N (4) k = 1 () t + F + F sn( ϖ t + ϕ ) M& y = FYG 0YG N N (5) Czop łożyska obcążony jest słam zewnętrznym, które w ogólnym przypadku mają składową stałą zmenną w czase, oraz słam występującym w flme gazowym. Równana (4) (5) zapsane są w globalnym układze współrzędnych (X G, Y G ). Każdy z ruchomych segmentów obcążony jest słam występującym w flme gazowym oraz słam dzałającym w podporach. W rozważanej aplkacj pod uwagę berze sę dwa, pokazane na rys. 3, sposoby podparca segmentów łożyska. W przypadku podpory sferycznej (rys. 3a) w podporze występować będą sły tarca, natomast w przypadku podpory elastycznej (rys. 3b) pod uwagę wzęto sztywność podpory w os obrotu segmentu. Ruch obwodowy segmentu oraz sztywność podpór w kerunku obwodowym są newelke w porównanu z ruchem sztywnoścą w ruchu obrotowym segmentów w rozważanym modelu numerycznym welkośc te zostały zanedbane. Borąc pod uwagę powyższe założena równana ruchu dla każdego segmentu zapsano w postac: [ IJ IJ ] () t + k α () t + frf () t = R F () t J α& & (6) sp a) b) Rys. 3. Schemat podparca segmentów: a) podpora sferyczna; b) podpora elastyczna Fg. 3. Scheme of the a) sphercal and b) elastc pad pvot

7 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 25 Rozkład cśnena w flme gazowym dla każdego z segmentów otrzymuje sę przez rozwązane nestacjonarnego równana Reynoldsa przy założenu cągłego zotermcznego przepływu w flme gazowym, postać równana jest następująca: τ θ θ P θ ξ P ξ 3 3 ( PH ) + Λ ( PH ) PH PH = 0 IJ IJ IJ IJ (7) Parametry łożyska w modelu numerycznym W tabel 1 podano parametry modelowanych łożysk oraz dane przyjęte w rozważanych przypadkach symulacj numerycznych. Trzy perwsze parametry dotyczą segmentów ch podpór. Tarce podpory sferycznej jest loczynem promena powerzchn sferycznej podpory oraz średnego współczynnka tarca w przegube (rys. 5a). Wartość tę określono na podstawe prowadzonych wcześnej eksperymentów w skal makro [3, 13, 15]. Sztywność podpory dotyczy przypadku podpór elastycznych (rys. 5b), natomast bezwładność segmentu, nezależna od sposobu podparca, określa moment bezwładnośc pojedynczego Parametr Tabela 1 Parametry modelowanych łożysk Table 1. Parameters of the modellng bearngs Przypadek oblczeń Jednostka Tarce podpory (fr) 0,5e-4 0 m Sztywność podpory (k sp ) 0 0,015 Nm/rad Bezwładność segmentu (J ) 0,564e-11 kgm 2 Lczba segmentów (k) 4 Długość segmentu 72 degree Promeń czopa (R W ) 4,0 mm Luz konstrukcyjny (C P ) 3,0 µm Luz montażowy (C B ) 2,0 µm Długość łożyska (L) 0,4 mm Stosunek L/D łożyska 0,05 Masa wrnka (M) 0,64e-4 kg Newywaga wrnka (U m ) 0,1 lub 0,4 gmm/kg Lepkość czynnka (µ) 0,519e-4 Pas

8 26 M. Martyna segmentu względem os obrotu. Pozostałe parametry geometryczne oraz fzyczne w każdym z zaprezentowanych przypadku oblczenowym są dentyczne. Stałą geometrę dla trzecego przypadku oblczenowego uzyskano przez zamrożene segmentów oscylacyjnych, polegające na podstawenu maksymalnych wartośc sztywnośc tarca podpór oraz momentu bezwładnośc segmentów. Zabeg ten powoduje zablokowane możlwośc ruchu segmentów w modelu numerycznym, co jest równoznaczne z przyjęcem modelu łożyska o stałej geometr. W modelu założono, ż oś wrnka skerowana jest ponowo, zatem masa wrnka ne obcąża łożyska poprzecznego. Rozważane w oblczenach stosunkowo wysoke wartośc newyważena wrnka wynkają z braku lub ogranczonych możlwośc wyważana wrnków mkromaszyn Power MEMS, założono że newyważene wrnka wynkające z nedokładnośc stosowanego procesu wytwarzana jest jedynym źródłem obcążena dynamcznego łożysk. 3. Wynk oblczeń Na rys. 4a wdoczne są charakterystyk Bodego oblczone dla każdego z rozważanych przypadków przy newywadze wrnka U m = 0,1 gmm/kg. Take same charakterystyk dla newywag wrnka U m = 0,4 gmm/kg pokazane są na rys. 4b. Wybrane orbty oblczenowe dla każdego z przypadków pokazane są na rys Dla warunków narzuconych w modelu numerycznym na wspomnanych wykresach ne wdać stotnych różnc w funkcjonowanu łożyska o zmennej geometr dla przypadku podpór sferycznych elastycznych. W obydwu tych przypadkach model pracuje stablne przy dopuszczalnym pozome drgań poprzecznych w pełnym zakrese przewdzanych prędkośc obrotowych. Wspomneć należy, ż parametr sztywnośc podpory ma stotny wpływ na funkcjonowane łożyska, jego wartość w modelu została dobrana tak, by uzyskać pożądany zakres stablnej pracy. Dobór wyższych wartośc sztywnośc powodował wystąpene nestatecznośc typu wr dla prędkośc obrotowych ponżej n = Hz. Istotne różnce w funkcjonowanu rozważanego łożyska występują w przypadku zablokowana możlwośc ruchu segmentów oscylacyjnych. Dla takego łożyska, w obydwu przypadkach obcążena wdać około dwukrotne wyższe pozomy drgań poprzecznych przy przejścu przez krytyczną (mędzy Hz) w porównanu z łożyskam o zmennej geometr. Przy newyważenu wrnka o wartośc U m = 0,1 gmm/kg w łożysku o stałej geometr perwsze symptomy nestatecznośc typu wr pojawają sę przy prędkośc obrotowej n = 1400 Hz, podczas gdy łożysko o zmennej geometr wykazuje stablną orbtę synchronczną (orbty a, b c na rys. 5).

9 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 27 Rys. 4. Oblczenowe krzywe rozruchowe dla łożysk, newywaga wrnka: a) U m = 0,1; b) U m = 0,4 gmm/kg Fg. 4. Calculaton start-up curves of the analyzed bearngs, unbalance: a) U m = 0.1; b) U m = 0.4 gmm/kg Rys. 5. Orbty oblczenowe, newyważene U m = 0,1 gmm/kg: a), d) podpory sferyczne; b), e) podpory elastyczne; c), f) stała geometra; prędkośc: a), b), c) n = 1400 Hz; d), e) n = Hz; f) n = Hz Fg. 5. Calculaton orbts, unbalance U m = 0.1 gmm/kg, a), d) sphercal pad pvots; b), e) elastc pad pvots; c), f) mult-lobe bearng; rotatonal speeds: a), b), c) n = 1400Hz, d), e) n = 20000Hz, f) n = 18000Hz

10 28 M. Martyna Rys. 6. Orbty oblczenowe, newyważene U m = 0,4 gmm/kg: a), d) podpory sferyczne; b), e) podpory elastyczne; c) stała geometra; prędkośc: a), b), c) n =1100 Hz; d), e) n = Hz Fg. 6. Calculaton orbts, unbalance U m = 0.4 gmm/kg, a), d) sphercal pad pvots; b), e) elastc pad pvots; c) mult-lobe bearng; rotatonal speeds: a), b), c) n=1100 Hz, d), e) n = Hz Przy dalszym wzrośce prędkośc obrotowej nestablność łożyska o stałej geometr narasta skutkuje kontaktem przy prędkośc obrotowej n = Hz. (orbta f) na rys. 5) W tym przypadku łożysko o zmennej geometr pracuje stablne do rozważanej prędkośc maksymalnej n = Hz (orbty d) e) na rys. 5). Przy newyważenu wrnka U m = 0,4 gmm/kg łożysko o zmennej geometr pracuje stablne do osągnęca maksymalnej prędkośc obrotowej n = Hz (orbty d) e) na rys. 6), pozom drgań dla obydwu sposobów podparca segmentów jest dużo wększy nż dla poprzednego obcążena, jest on jednak dopuszczalny. W tym przypadku obcążena dużo wyższy pozom drgań dla łożyska o stałej geometr skutkuje kontaktem przy prędkośc obrotowej n = Hz (orbta c) na rys. 6) tuż po przejścu przez krytyczną. Uwag wnosk Zaprezentowane wynk oblczeń numerycznych pokazują, ż zakres stablnej pracy łożyska poprzecznego z ruchomym panewkam może sęgać prędkośc obrotowej n = Hz, nawet przy stosunkowo wysokej wartośc newyważena wrnka U m = 0,4 gmm/kg. Bardzo stotnym jest fakt, ż zastąpene w zaprezentowanym przypadku podpór sferycznych podporam elastycznym ne

11 Nelnowy model poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr 29 przynosło znaczących różnc w dzałanu modelu numerycznego. Uznać można, ż fakt ten jest warunkem wystarczającym dla rozpoczęca testowana łożysk poprzecznych z ruchomym panewkam o elastycznych podporach w wysokoobrotowych mkromaszynach Power MEMS. Podpory elastyczne w tej aplkacj są rozwązanem korzystnym ze względów technologcznych. Koncepcja ta pozwala na wykonane ruchomych segmentów oraz ch podpór jako całego elementu z jednej płytk krzemowej w trakce jednej operacj głębokego trawena DRIE. Należy jednak zwrócć uwagę, że tak dużą zbeżność wynków oblczeń dla rozpatrywanych systemów podparca panewek uzyskano przy założenu relatywne małych wartośc sztywnośc podpór elastycznych. Dlatego koneczne jest opracowane metod projektowana wytwarzana elastycznych podpór, dla których można wykorzystać dośwadczena w zakrese podpór sferycznych dla typowych [13, 14] oraz ultrakrótkch [3, 15] łożysk w skal makro, dla których sprawdzł sę zaprezentowany model numeryczny. Praca wpłynęła do Redakcj r. Lteratura [1] Dessornes O., Gudez J., Rrbaud, Y., Courvoser T., Dumand C., Oran M., Kozaneck Z., Heln P., Le Moal P., Mnott P.: Three Technologcal Brcks for a Mcro Turbne Concept for Mcro Power Generaton, Proceedngs of The Ffth Internatonal Workshop on Mcro Nanotechnology for Power Generaton and Energy Converson Applcatons, PowerMEMS 2005, Tokyo (2005), Japan. [2] Rrbaud Y., Dessornes O., Gudez J., Courvoser T., Dumand C., Kozaneck Z., Heln P., Le Moal P., Mnott P.: The Experence Ganed on the Ultra Mcroturbne: from Energetcs to Component Brcks Studes, Proceedngs of The Ffth Internatonal Workshop on Mcro Nanotechnology for Power Generaton and Energy Converson Applcatons, PowerMEMS 2005, Tokyo (2005), Japan. [3] Kozaneck Z., Dessornes O., Kechana F., Heln P., Le Moal P., Courvoser T.: Tltng pad bearngs for mcroturbne, Proceedngs of The Sxth Internatonal Workshop on Mcro Nanotechnology for Power Generaton and Energy Converson Applcatons, PowerMEMS 2006, Berkeley (2006), U.S.A. [4] Rrbaud Y., Dessornes O.: Energetc Behavor of a MEMS Mcroturbne Concept, Proceedngs of SYMKOM 05, Lodz (2005), Poland, CMP-Turbomachnery, TUL, Vol. 2, No. 128, 2005, [5] Ayon A.A., Zhang X., Khanna R.: Ultra Deep Ansotropc Slcon Trenches Usng Deep Reactve Ion Etchng (DRIE), Proceedngs of Sold-State Sensor and Actuator Workshop, Hlton Head Island, South Calforna (2000), U.S.A., [6] Ln C. C., Ghodss R., Ayon A.A., Chen D. Z., Jacobson S. A., Breuer K. S., Epsten A. H., Schmdt M. A.: Fabrcaton and Characterzaton of a Mcro Turbne/Bearng Rg, Proceedngs of IEEE the 12 th Internatonal Conference on Mcro Electro Mechancal Systems (MEMS 99), Orlando, FL (1999), U.S.A., [7] Epsten A.H.: Mlmeter-Scale, Mcro-Electro-Mechancal Systems Gas Turbne Engnes, Journal of Engneerng for Gas Turbnes and Power, ASME, Vol. 126, No. 2 (2004) [8] Orr D.J.: Macro-Scale Investgaton of Hgh Speed Gas Bearngs for MEMS Devces, Ph.D. thess, MIT Department of Aeronautcs and Astronautcs, MIT, Cambrdge (1999).

12 30 M. Martyna [9] Lu L.X., Teo C.J., Epsten A.H., Spakovszky Z.S.: Hydrostatc Gas Journal Bearngs for Mcro-Turbo Machnery, Journal of Vbraton and Acoustc, ASME, Vol. 127 (2005) [10] On lne: [11] Daejong K.: Vrtual Desgn of LIGA Fabrcated Meso Scale Gas Bearngs for Mcroturbomachnery, Proceedngs of The Sxth Internatonal Workshop on Mcro Nanotechnology for Power Generaton and Energy Converson Applcatons, PowerMEMS 2006, Berkeley (2006), U.S.A. [12] Daejong K.: Desgn of Flexure Pvot Tltng Pads Gas Bearngs for Hgh-speed Ol-Free Mcroturbomachnery, Journal of Trbology, ASME, Vol. 129 (2007) [13] Kozaneck Z.: Tltng Pad Gas Journal Bearng Dynamcs, Machne Dynamcs Problems, WUT, Vol. 23, No. 4 (1999) [14] Kozaneck Z.: Dynamka samodzałającego poprzecznego łożyska gazowego o zmennej geometr, Zeszyty Naukowe, PŁ, Nr 823 (1999). [15] Martyna M.: Badana wykonanego w makroskal modelu łożyskowana mkroturbny MEMS, Materały konferencyjne XXXIII Ogólnopolske Sympozjum Dagnostyka Maszyn, PŚ, (2006) s CD. Non-lnear model of a tltng pad gas journal bearng appled n the Power MEMS Summary Aspratons for constructon of a hgh-speed Power MEMS mcro-turbomachnery have been one of major challenges n many research centers all over the world for almost two decades. Ths tendency results from the demand for mcro-scale devces whch are able to process energy wth hgh power densty. The presented numercal nvestgatons have been conducted n order to compare theoretcally the ultra-short tltng pad gas journal bearng wth two dfferent pvot systems and the correspondng mult-lobe gas journal bearng appled n the Power MEMS. The fundamental goal of ths comparson s to show that t s possble to acheve advantageous performance parameters of the journal mcro-bearng wth a low length to dameter aspect rato (L/D<0.1), provded the parameters of elastc pvots are properly selected. The non-lnear model of the tltng pad gas journal bearng whch yelded a good agreement of numercal calculaton results wth the experment n the macro-scale has been used n the computatons. The nvestgatons dscussed heren are a part of the research project conducted wthn the co-operaton between the Insttute of Turbomachnery Techncal Unversty of Lodz (Poland) and The Offce Natonal d'etudes et de Recherches Aéronautques (ONERA, France).