This study presents an experimental investigation of the wear and oxidation of the bristles of a brush seal in a super-heated steam environment. We construct a model reflecting normal force and radial interference to predict the amount of wear. To monitor the volume loss of the bristle induced by the swirl phenomenon of the rotor, we measure the clearance between the rotor and the brush seal by using a non-contact 3-D device. We calculate the area by using the area-wise measurement method. Considering the obvious brush seal wear variables, we use two disks with different roughness($Ra=0.1{\mu}m$ and $100{\mu}m$) to determine the effect of roughness on wear. Considering an actual steam turbine, we utilize a steam generator and super-heater to generate a working fluid (0.95MPa, 523.15K) that has high kinetic energy. We observe the abrasion of the bristles in the hot steam environment through a scanning electron microscope image. This study also conducted energy dispersive X-ray (EDX) analysis for a qualitative evaluation of local chemistry. The results indicate that the wear and elimination of bristles occur on the disk with high roughness, and the weight increases due to oxidation. Furthermore these results, reveal that the bristle oxidation is accelerated more under super-heated steam conditions than under conditions without steam.
The friction and wear characteristics of brake friction materials reinforced with aramid fiber, carbon fiber, glass fiber, and potassium titanate whiskers were investigated using a pad-on-disk type friction tester. In particular, the morphology of rubbing surfaces was carefully investigated to correlate the friction performance and properties of transfer films. The aramid fiber reinforced specimen showed severe oscillation of friction coefficient at low speed and low applied pressure. The carbon fiber reinforced specimen showing better friction stability exhibited uniform and stable transfer film than any other specimens. The glass fiber reinforced specimen showed unstable friction changes at high speed and high-applied pressure and the non-uniform transfer film was observed in both friction material and rotor surface. The potassium titanate whiskers reinforced specimen showed stable coherent transfer film. The wear test exhibited the potassium titanate whiskers reinforced specimen was lowest in wear amount and glass fiber reinforced specimen showed the severe wear.
This research develops an experimental method to measure the motion of a FDB spindle system with a 3.5' disk by using three capacitance probes fixed on the xyz-micrometers, and it shows that a FDB spindle system has the whirling, flying and tilting motion. It also shows that the whirling, flying and tilting motion converge very quickly to the steady state at the same time when the rotor reaches the steady-state speed. However, they are quite large even at the steady state when they are compared with the 10nm flying height of a magnetic head. For the FDB spindle system used in this experiment, the whirl radius and the peak-to-peak variation of flying height and tilting angle at the steady-state speed of 7,200rpm are 0.675m, 30nm and $5.758\times10^{-3^{\circ}}$, respectively, so that the radial motion of the FDB spindle system exceeds a track pitch of a 3.5' HDD with 90,000 TPI.
This paper investigates the dynamic characteristics of a tilted HDD spindle system with fluid dynamic bearings (FDBs). Tilting motion of a HDD spindle system may be caused by improper manufacturing tolerance, such as imperfect cylindricity between shaft and sleeve of FDBs, imperfect perpendicularity between shaft and thrust as well as the gyroscopic moment of the unbalanced mass of the rotating part. Tilting motion may result in the instability of the HDD spindle system and it may increase the disk run-out to limit memory capacity. This research proposes a modified Reynolds equation for the coupled journal and thrust FDBs to include the variable film thickness due to the cylindricity and the perpendicularity. Finite element method is used to solve the Reynolds equation for the pressure distribution. Reaction forces and friction torque are obtained by integrating the pressure and shear stress, respectively. The dynamic behavior is determined by solving the equations of a motion of a HDD spindle system in six degrees of freedom with the Runge-Kutta method to study whirling and tilting motions. This research shows that the cylindricity and the perpendicularity increase the tilting angle and whirl radius of the rotor.
Recently, fluid dynamic bearings (EDBs) have important applications in miniature rotating machines such as those found in the computer information storage industry, due to their outstanding low acoustic noise and NRRO (Non-Repeatable Run Out) characteristics. This research investigates the dynamic behavior of fluid dynamic bearings composed of hydrodynamic herringbone groove journal and spiral groove thrust bearing. The five degrees of freedom of FDB are considered to describe the real motion of a general rotor bearing system. The Reynolds equation and five nonlinear equations of motion for the dynamic behavior are solved simultaneously, The incompressible Reynolds equation is solved by using the finite element method (FEM) in order to calculate the pressure distribution in a fluid film and the five equations of motion by using the Runge-Kutta method. The reaction forces and moments are obtained by integrating the pressure along the fluid film. Numerical results are validated by comparing with the previously published experimental and numerical results. As a result the dynamic behavior of FDB spindle such as orbit, floating height, and angular orbit is investigated by considering the conical motion under the static and dynamic load conditions.
This research investigates experimentally and numerically the tilting angle, eccentricity ratio, flying height of axial direction, friction torque, and critical mass of the HDD disk-spindle system due to HDD positioning angle. The tilting angle and the eccentricity ratio are the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$ respect to horizontal position because the external force in radial direction and the torque applied to the rotating part are the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$. The flying height increases with the increase of the HDD positioning angle because the direction of gravity applied to the rotating part changes. The friction torque increases with the increase of the HDD positioning angle until it becomes $60^{\circ}$, and decreases with the increase of the HDD positioning angle after it becomes $60^{\circ}$. The stability is the maximum when the HDD positioning angle is $90^{\circ}$.
일반적으로 회전익 공기역학에서 기초적인 해석 도구로 이용되고 있는 운동량 이론 (구동 원반 이론)과 깃 요소법을 부메랑에 적용하여 그 비행 궤적을 예측하여 보았다. 실제로 부메랑을 제작하여 수치 모사의 결과와도 비교하고 물리적인 직관을 얻었다. 실제로 부메랑을 제작하여 수치 모사의 결과와도 비교하고 물리적인 직관을 얻었다. 수치 해석과 실험 모두에서 이륙한 부메랑은 마치 ‘날으는 회전차’와 같이 세차 운동을 수반하면서 헬리콥터 모드로부터 오토자이로 모드로 전이하여 가는 것을 관찰할 수 있었다. 전체 시스템은 극도로 비선형적이어서 초기 조건에 매우 민감함을 보였다. 인자들을 변화시키면 다양한 비행 궤적들을 얻을 수 있다.
증기터빈의 터빈 블레이드는 발전소 핵심설비 중 하나로, 로터의 디스크에 결합되어 회전함으로 써 증기 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜주는 역할을 하고 있다. 최근 터빈의 잦은 기동정지로 인해 블레이드 회전에 따른 원심하중이 반복적 작용하고 이에 따른 저압 증기터빈 최종단 블레이드의 손상이 자주 보고되고 있다. 본 논문에서는 터빈 블레이드에 발생되는 손상을 분석하여 블레이드에 발생되는 저주기 피로수명을 평가하였다. 증기터빈 최종단 블레이드의 균열발생 수명을 결정하기 위해 유한요소법으로 계산한 탄성응력에 Neuber's rule을 적용하여 진변형율 진폭을 계산하였으며, 예측된 수명과 블레이드 실제 기동정지횟수가 잘 일치됨을 보였다.
본 논문은 헬리콥터 초기 설계를 위해 수정된 추정식을 적용한 헬리콥터 초기 설계 모델 정립 연구의 응용에 대한 내용으로 헬리콥터 초기 설계의 효율성을 제고하고 개선하고자 하였다. 헬리콥터 설계 시 중량계수 영향성을 확인하고 적정한 중량계수 적용방법을 제시하였으며, 중량계수 및 회전면 하중, 블레이드 개수, 블레이드 종횡비와 같은 주요 매개변수에 대한 민감도 분석과 연관관계에 대해 고찰하였다. 연구 결과, 설계 시 변수에 대한 연관관계 및 민감도의 양을 고려하여 설계 할 헬기 특성을 최적화해야하며, 주요 매개변수들 사이에는 복합적인 연관관계가 존재하므로 설계 시 설계자는 설계 인자들에 대한 신중한 고려가 필요한 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 로터의 후류 효과 및 실속 후 특성을 고려하여 30kW급 상반회전 풍차 시스템에 대한 공력성능 해석을 수행하였다. 기본 공력이론은 모멘텀 이론과 2차원 준정상 공기력 이론을 통합한 형태를 사용하였다. 로터의 후류영향을 고려하기 위해 축소형 풍차 블레이드 모델에 대한 풍동시험 결과를 적절히 이용하였으며, 이로부터 보조로터를 지난 후류의 축속도 및 각속도 성분을 결정하였다. 또한, Glauert의 최적 작동판 이론과 Prandtl의 익단손실 효과를 고려하여 30kW급 풍차 시스템에 대한 최적 시위 및 비틀림 분포를 구하였으며, 기존의 단일 로터 시스템과의 공력성능 비교를 통하여 상반회전 풍차 시스템의 효율성 및 우수성을 입증하고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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