This paper presents the FEM analysis on the contact behavior characteristics of mechanical face seals in a small hydro-power turbine. Especially, the axial displacement and contact normal stress between a seal ring and a seal seat of a primary sealing unit have been analyzed as functions of rotating speed of a hydro-turbine, sealing gap, water and cooling fluid temperature. Those are strongly related to a leakage of water and wear between a seal ring and a seal seat. The FEM computed results present that the rotating speed of a hydro-turbine may be kept less than 800 rpm, and the sealing gap in a primary sealing unit is restricted $0.5\~5$. The coolant temperature in which is most influential parameter to the contact behaviors of a sealing unit may be kept less than $15^{\circ}C$ for a safe operation of a sealing unit without a leakage and wear.
The Reynolds equation is commonly used to investigate the lubrication characteristics of a spool valve. However, the applicability of the Reynolds equation is questionable for analyzing a spool valve because cavitation often occurs in the grooves of the valve and the depth of a groove is much higher than the clearance in most cases. In this study, the validity of the Reynolds equation in the spool valve analysis is investigated by comparing the results obtained from the Reynolds equation and those obtained from the Navier-Stokes equation. The results are compared in terms of the lateral forces, friction forces, and volume flow rates (leakages). A significant difference of more than 20% is found in the lateral forces in cases where cavitation occurs and there are many grooves. Therefore, the Navier-Stokes equation should be used to investigate the lubrication characteristics of a spool valve when cavitation occurs and when the spool valve contains many grooves.
A new MR cylinder with built-in valves using MR fluid (MR valve) is proposed for fluid power control systems. The MR or Magneto-Rheololgical fluid is a newly developed functional fluid whose obvious viscosity is controlled by the applied magnetic field intensity. The MR cylinder is composed of cylinder with small clearance and piston with electromagnet. The differential pressure is controlled by the applied magnetic field intensity. It has the characteristics of simple, compact and reliable structure. The size of MR cylinder and piston has ${\varphi}$60mm${\times}$259mm and ${\varphi}$58mm${\times}$136.5mm in face size respectively and 0.8mm in gap length. Through experiments on the static characteristics, it is found that the differential pressure is controlled by the applied magnetic field intensity under little influence of the flow rate, which corresponds to a pressure control valve. Effectiveness of the MR cylinder is demonstrated through the position control of one link MR manipulator.
Precision motion stages used in the manufacturing process of flat-panel displays have inevitably low settling performance due to their huge mass and bulky structures. In order to improve the settling performance, several methods of frame vibration compensation have been developed so far. These methods are used to cancel the vibration by imposing a counter force or modifying the resonance mode of the frame of the stage. To compensate the frame vibration, high force actuators are required. In this paper, a mighty voice coil actuator is proposed to generate the counter force against the frame vibration. The proposed voice coil actuator has an axis-symmetric rectangular structure to achieve a large force with simple and low cost fabrication. Also, the voice coil actuator allows radial clearance up to ${\pm}4mm$. Using an optimized design process and a magnetic circuit model, the power consumption is minimized while the required force is obtained. With a power of 322 W, the VCA has been designed to have a maximum force of 574 N with a force constant of 164 N/A. Experimental results verified the force constant of the fabricated voice coil actuator is well matched with the designed value.
The design and construction of tunnels has been followed an large parallel tunnels with a small clearance because of the various conditions. Rock pillar between each single tunnel is supposed to be under heavy load by rock mass. The stability of pillar is very important for the ensure the stability of the large parallel tunnels. In this study, the analysis of stress state of pillar at various construction cases is reviewed to investigate the mechanical behaviour of tunnels and stability of the pillar.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.11
no.3
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pp.132-139
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2003
The effects of casing shapes on the performance and the interaction between an impeller and a casing in a small-sized centrifugal compressor are investigated. Especially, numerical analyses are conducted for the centrifugal compressor with both a circular casing and a volute one. The optimum design for each element (i.e., impeller, diffuser and casing) is important to develop an efficient and compact compressor using alternative refrigerant as working fluids. Typical rotating speed of the compressor is in the range of 40,000∼45,000 rpm. The impeller has backswept blades due to tip clearance and a vane diffuser has wedge type. In order to predict the flow pattern inside an entire impeller, vaneless diffuser and casing, calculations with multiple frames of reference method between the rotating and stationery parts of the domain are carried out. For computations of compressible turbulent flow fields, the continuity and time-averaged Navier-Stokes equations are employed. To evaluate the performance of two types of casings, the static pressure recovery and loss coefficients are obtained for various flow rates. Also, static pressure distributions around casings are studied for different casing shapes, which are very important to predict the distribution of radial load. The static pressure around the casing and pressure difference between the inlet and outlet of the compressor are measured for the circular casing.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.26
no.3
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pp.122-129
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2014
In order to extract shaft power from thermal energy in a R134a Rankine cycle as waste heat recovery system of a passenger car, a scroll expander has been designed. Algebraic spiral is adopted as the base curve for scroll wrap profile in the compact scroll design. About 19% reduction in scroll diameter is accomplished when compared to the conventional involute scroll. Performance analysis on the designed scroll expander shows that the expander efficiency is 85.5% at the vehicle speed of 120 km/hr and it decreases to 67.2% at 60 km/hr, provided that the scroll clearance is kept at 10 ${\mu}m$. The expander can produce shaft power equivalent to about 13~14% of the driving power within the speed range of 60~120 km/hr.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.4
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pp.47-53
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2007
A bearing is one of core parts in automobile. Rubber seal of the bearing is important to improve performance of bearing, formed by hot-press die of rubber seal for the intricate shape. In this study, formed tools are used to machine die of bearing rubber seal and the machining operation is classified into the several process of high precision. Design of experiments is used to optimize selection of the formed tools for the efficient machining of the hot-press die. The cutting force, tool wear and tool life are determined to characteristics. And, the clearance angle, the rake angle and the length cutting edge are considered as the major factors. Experiments are repeated to use one-way factorial design, and tool life is predicted by regression model.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.8
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pp.661-668
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2016
Oil deflector prevents oil leakage that occurs in thermoelectric power plant at operating lubricant facilities. Vibration of rotating rotor-induced wear of aluminum tooth in existing oil deflector leads to oil leakage as well as life shortening of the tooth. In this study, an advanced oil deflector was developed for shock absorption and prevention of wear by decreasing clearance (from 0.5 mm to 0.2 mm) between rotor and tooth to minimize oil leakage, and by replacing 2 aluminum teeth in outmost of the oil deflector with hi-performance seal made of engineering plastic. The CFD results were compared between advanced vs. existing oil deflector to determine the amount of oil loss. Structural safety was verified through impact analyses according to the three kinds of engineering plastics, considering cost efficiency, and optimal material of hi-performance seal was chosen.
In a spool valve analysis, the Reynolds equation is commonly used to investigate the lubrication characteristics. However, the validity of the Reynolds equation is questionable in a spool valve analysis because cavitation often occurs in the groove and the depth of the groove is much higher than the clearance in most cases. Therefore, the validity of the Reynolds equation in a spool valve analysis is investigated by comparing the results obtained from the Reynolds equation and the Navier-Stokes equation. Dimensionless parameters are determined from a nondimensional form of the governing equations. The differences between the lateral force, friction force, and volume flow rate (leakage) obtained by the Reynolds equation and those obtained by the Navier-Stokes equation are discussed. It is shown that there is little difference (less than 10%), except in the case of a spool valve with many grooves where no cavitation occurs in the grooves. In most cases, the Reynolds equation is effective for a spool valve analysis under a no cavitation condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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