Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.56-61
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1986
Rotor dynamic response of pumps is greatly influenced by the nature of the hydraulic forces arising from wearing seal, balance drum and impeller, etc.. Therefore, rotor dynamic analysis should be conducted during the design stage in order to aleviate some of the vibrational problems which might occur during the operational life of pumps. Previsousely, the authors have proposed the method to obtain the dynamic seal coefficients of the annular plain seal, convergent and divergent tapered seals, parallel grooved seal, spiral grooved seal and annular stepped seal. On the basis of these results, this paper presents the investigated effect of seals on the stability behavior of a centrifugal pump. The results show the effects of seal geometry, pressure difference, clearance, length/diameter ratio, on stability behavior.
Basic equations and their solution procedure we derived for the analysis of an annular pump seal in which the rotor has a large static displacement from the centered position. The Bulk-flow is assumed for a control volume set in the seal clearance and the flow is assumed to be completely turbulent in axial and circumferential direction. Moody's wall-friction-factor formula is used for the calculation of wall shear stresses in the control volume. For the reaction force developed by the seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion about an eccentric position. Flow variables are expanded by using Fourier series for the solution procedure. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the 12 elements of rotordynamic coefficients of the eccentric annular pump seal. The results of leakage and rotordynamic coefficients aye presented and compared with the Marquette's experimental results and the San Andres' theoretical analysis.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.528-534
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2001
Basic equations and its solution procedure are derived for the analysis of an annular pump seal in which the rotor has a large static displacement from the centered position. The Bulk-flow is assumed for a control volume set in the seal clearance and the flow is assumed to be completely turbulent in axial and circumferential direction. Moody's wall-friction-factor formula is used for the calculation of wall shear stresses in the control volume. For the reaction force developed by the seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion about an eccentric position. Flow variables are expanded by using Fourier series for the solution procedure. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the 12 elements of rotordynamic coefficients of the eccentric annular pump seal. The results of leakage and rotordynamic coefficients are presented and compared with the Marquette's experimental results and the San Andres' theoretical analysis.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.119-128
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2016
This work presents the numerical investigation of an unsteady cavitating flow around a balancing drum of a multistage pump. The main attention is focused on the cavitation phenomena, which occur in the rear part of the drum clearance, cause the erosion of the drum material and influence the pressure losses and the flow rate through the clearance. The one-way coupling of the URANS equations and the full Rayleigh-Plesset equation is employed to analyse the flow field as well as the dynamics of cavitating bubbles. The numerical simulations show that the erosion processes are highly influenced by shaft vibrations, namely by periodic deformations of the annular clearance in time. The calculated results are verified by erosion tests on a real pump.
Field measurements have revealed that the pressure drop over a borehole during drilling of a slim oil well or a well with a long reach can depend significantly on the rotation speed of the drill pipe. An accurate prediction of the annular frictional pressure drop is therefore important for conditions where the annular clearance is small. An experimental study was carried out to study solid-liquid two phase flow in a slim hole annulus. Annular velocities of carrier fluids varied from 0.2 m/s to 1.5 m/s. The carrier fluids which were utilized included tap water and CMC water solutions. Pressure drops and average flow rates were measured for the parameters such as inner-pipe rotary speed, carrier fluid velocity, hole inclination and particle injection rate. For both water and CMC solutions, the higher the concentration of the solid particles is, the larger the pressure gradients become.
Experimental heat transfer data for single-phase water flow in the annuli with corrugated inner tubes are presented. In the annuli with parallel flow, ten different annular arrangements are considered. For water flow rate in 1,700${\gamma}$$\^$*/). As P/e becomes closer to 8 in the range below the radius ratio (${\gamma}$$\^$*/) of 0.5, Nusselt numbers increase. However, Nusselt numbers decrease in the range above the radius ratio (${\gamma}$$\^$*/) of 0.5 because flow reattachment position becomes farther in the narrower clearance.
Rotordynamic analysis of a multistage turbine pump using finite element method is performed to investigate the effects of seal wear on Its system behavior. Stiffness and damping coefficients of the 2-axial grooved bearing are obtained as functions of rotating speed. Stiffness and damping coefficients of plane annular seals are calculated as functions of rotating speed as well as seal clearance. As the clearance of seals become larger, these stiffness and damping coefficients decrease drastically so that there can be significant changes in whirl natural frequencies and damping characteristics of the pump rotor system. Although a pump is designed to operate with a sufficient seperation margin from the 1st critical speed, seal wear due to long operation may cause a sudden increase in nitration amplitude by resonance shift and reduce seal damping capability.
An experimental study was carried out to study the solid-liquid mixture upward flow in a vertical and inclined annulus with rotating inner cylinder. Lift forces acting on a fluidized particle plays a central role in many importance applications, such as the removal of drill cuttings in horizontal drill holes, sand transport in fractured reservoirs, sediment transport and cleaning of particles from surfaces, etc. Field measurements have revealed that the pressure drop over a borehole during drilling of a slim oil well or a well with a long reach can depend significantly on the rotation speed of the drill pipe. An accurate prediction of the annular frictional pressure drop is therefore important for conditions where the annular clearance is small. Effect of annulus inclination and drill pipe rotation on the carrying capacity of drilling fluid, particle rising velocity, and pressure drop in the slim hole annulus have been measured for fully developed flows of water and of aqueous solutions.
Partial rotor rub occurs when an obstacle on the stator of a rotating machinery disturbs the free whirling motion of the rotor, which is more common than full annular rub among the cases of rubbing in rotating machinery. The intermittent contacts and friction during partial rotor rub makes the phenomenon complex. The several nonlinear phenomena of superharmonics, subharmonics, and jump phenomenon are demonstrated for the partial rub using an experimental apparatus in this study. The orbit patterns are also measured experimentally. In order to explain the phenomena of partial rotor rub, the analytical model for the contact between the rotor and stator should be chosen carefully. In this respect, a piecewise-linear model and a rebound model using the coefficient of restitution are investigated on the basis of the experimental observations. Also, Numerical simulations for the two models of contact are done for the various system parameters of clearance, contact stiffness, and friction coefficient. The results show that the piecewise-linear model for partial rotor rub is more plausible to explain the experimental observgations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.277-282
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2001
Partial rotor rub occurs when an obstacle on the stator of a rotating machinery disturbs the free whirling motion of a rotor, which is more common than full annular rub for the cases of rubbing in rotating machinery. The nonlinearity due to the intermittent contacts and friction during partial rotor rub makes the phenomenon complex. The several nonlinear phenomena of superharmonics, subharmonics, and jump phenomenon are demonstrated for the partial rub using an experimental apparatus in this study. A piecewise-linear model and a rebound model using the coefficient of restitution are investigated on the basis of experimental observations in order to adopt as an analytical model of the contact between the rotor and stator during whirling motion. The contact stiffness, coefficient of restitution, and friction coefficient for the contact during partial rub are calculated from the comparison between the numerical simulation and the experimental results. Also, the numerical simulations for the model of partial rub are done for the various system parameters of clearance, contact stiffness, and friction coefficient in order to find the nonlinear behavior of partial rotor rub.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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