In this paper, we designed Active Magnetic Bearing (AMB) for large scale Superconductor Flywheel Energy Storage System (SFESS) and PD controller for AMB. And we experimentally evaluated SFESS including hybrid type AMB. The radial AMB was designed to provide force slew rate that was sufficient for the unbalance disturbances at the maximum operating speed. The thrust AMB is a hybrid type where a permanent magnet carries the weight of the flywheel and an electromagnetic actuator generates the dynamic control force. We evaluated the design performance of the manufactured AMB through comparison of FEM analysis and the results of experimental force measurement. In order to obtain gains of PD controller and design a notch filter, the system identification was performed through measuring frequency response including dynamics for the AMBs, a power amp and a sensor using a sine swept test method after levitating the flywheel. Through measuring the current input of the AMBs and the orbit of a flywheel according to rotational speed, we verified excellent control performance of the AMBs with small amount current for the large scale SFESS.
Tapered roller bearings are widely used in equipment where high combined thrust and radial loads are experienced. A certain amount of tilting between the tapered rollers and the races always occurs because of bending moment load conditions and shaft deflection. It is now well understood that a coherent elastohydrodynamic lubrication (EHL) film separates the rollers and races. In spite of extensive study on EHL problems for over half a century, relatively few studies have focused on the finite line contacts problem. This study presents a complete numerical analysis of the effects of roller tilting on the EHL characteristics in a tapered roller bearing. We systematically analyze this highly nonlinear problem using finite differences with fully non-uniform grids and the Newton-Raphson method. Detailed EHL pressure distributions and film shapes are presented under moderate loads and material parameters. A very small roller tilting significantly affects the pressure distributions and film shapes near both ends of the roller. Moreover, the effect of tilting on the EHL characteristics at the small end is much greater than that at the large end. Therefore, in designing optimum profiles for tapered roller bearings, the profile radius should be larger at the small end.
Recently, according to the trend of small size in scale and high speed in rotation of turbomachinery, very low specific speed centrifugal pump is taking a growing interest because the pump is characterized by high head and low flow rate with convenience of manufacturing and maintenance compared with conventional positive displacement pump. However, the efficiency of the very low specific speed centrifugal pump drops rapidly with the decrease of specific speed. The purpose of this study is nor only to examine the influence of casing type on the performance of centrifugal pump in the range of very low specific speed but also to determine the proper casing type for the improvement of pump performance. The results show that circular casing is suitable for the centrifugal pump in the range of very low specific speed and the influence of impeller configuration on the pump performance is very small. Radial thrust in the circular and volute casings is considerably small in the range of very low specific speed.
Cho Lee-Sang;Yoon Jae-Min;Han Cheol-Heui;Cho Jin-Soo
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.10
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pp.1753-1764
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2006
A U-80 propeller and its modified version, U-75 propeller, are used for a micro air vehicle. The performance characteristics of a U-80 propeller and a U-75 propeller have not much known in the published literature. Thus, their aerodynamic characteristics are investigated using a lifting surface numerical method. The lifting surface method is validated by comparing computed results with measured data in a wind tunnel. From the computed results, it is found that the U-75 propeller produces larger thrust with higher efficiency than the U-80 propeller. To enhance the performance of these propellers, a new propeller is designed by following the sequential design procedures with the design parameters such as hub-tip ratio, maximum camber and its position, and chord length distribution along the radial direction. The performance of the designed propeller is shown to be improved much comparing with those of both the U-80 and U-75 propellers.
This paper presents the design and characteristics analysis of axial-flux permanent-magnet (PM) synchronous generator of two air-gap. Dual axial-flux type PM synchronous generator commonly appears in applications where the generator axial dimension is more limited than the radial dimension. The strengths of dual axial-flux generator include ; (1) by employing two air-gaps, the rotor-stator attractive forces are balanced and no net axial or thrust load appeals on the generator hearings ; (2) heat produced by the stator windings appears on the outside of the generator, making it relatively easy to remove, and so on. In this paper, the simple magnetic equivalent circuit approach is used for initial design iteration, and the finite-element method is applied to analyze the detailed characteristics. The test results of driving characteristics are presented as well. The results are very similar to predicted performance of design.
In this paper, we present a hydrostatic bearing design and rotordynamic analysis of a pump-and-drive turbine module for a 250-kW supercritical CO2 cycle application. The pump-and-drive turbine module consists of the pump and turbine wheel, assembled to a shaft supported by two hydrostatic radial and thrust bearings. The rated speed is 21,000 rpm and the rated power is 143 kW. For the bearing operation, we use high-pressure CO2 as the lubricant, which is supplied to the bearing through the orifice restrictor. We calculate the bearing stiffness and flow rate for various orifice diameters, and then select the diameter that provides the maximum bearing stiffness. We also conduct a rotordynamic analysis based on the design parameters of the pump-and-drive turbine module. The predicted Campbell diagram shows that there is no critical speed below the rated speed, owing to the high stiffness of the bearings. Furthermore, the predicted damping ratio indicates that there is no unstable mode. We conduct the operating tests for the pump and drive turbine modules within the supercritical CO2 cycle test loop. The pressurized CO2, at a temperature of 136℃, is supplied to the turbine and we monitor the shaft vibration during the test. The test results show that there is no critical speed below the rated speed, and the shaft vibration is controlled to below 3 ㎛.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.4
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pp.70-75
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2006
The performance of a turbopump system composed of an inducer, an impeller, a volute and seals has been computationally analyzed. To save the computational time, only one flow passage of the inducer and impeller is considered for the computations. A steady mixing-plane method is used on the impeller/volute interface for simulating the unsteady interaction phenomena. The axial thrust is predicted from the turbopump calculation in its entirety, which is necessary for such estimation. Moreover, the effects of each component on the pump performance are investigated at a design condition through the analysis of flow structures. The predicted performance is in good agreement with experimental data in terms of head rise, efficiency and volute wall pressure distributions despite of highly complex flow structures being present. The computational results also show that the axial and radial thrusts are within the design limit although corresponding experimental measurements were not taken.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.10
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pp.1269-1278
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2013
The cutting area changes periodically in the end-milling process because of its form generation mechanism. In this study, the effects of the cutting area on end-milled side walls are studied by developing a cutting area model that simulates the area formed by engagement between a workpiece and a cutting edge of the end mill. To do this, the straightness profile of the side wall in the axial direction is investigated. Models for estimating the cutting area and the transition point, where the slope of the straightness profile changes suddenly, are verified from real end-milling experiments under various radial and axial depth of cut conditions. Through this study, it is confirmed that the final end-milled side wall is generated in the regions where cutting areas are constant and decreasing in the down-cut. Similarly, in stable up-cut, it is also generated in the regions where cutting areas are increasing and constant. It is found that the transition point appears when the region changes.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.2
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pp.92-97
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2005
A series of combustion test was done to verify the optimization result of a gas generator for a 10 ton thrust liquid rocket engine. An injector element is F-O-F impinging type injector and the test was conducted with kerosene/LOX propellants. Test results of combustion temperature and pressure show a very good agreement with optimal design result and verify that the design method was properly established. And turbulence ring revealed its effectiveness in enhancing combustion gas mixing and temperature difference in the radial direction showed only less than 15K. Also turbulence ring induced only 3.2% pressure loss in the combustion chamber, which is far less than conventional level observed in a gas turbine engine. Axial temperature distribution also shows that turbulence ring could effectively reduce about 10% or more in gas generator length if its location is properly selected.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1999.10a
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pp.33-33
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1999
The Coanda effect is the tendency for a fluid jet to atach itself to an adjacent surface and follow its contour without causing an appreciable flow separation. The jet is pulled onto the surface by the low pressure region which develops as entrainment pumps fluid from the region between the jet and the surface. Then the jet is held to the wall surface by the resulting radial pressure gradient which balance the inertial resistance of the jet to turning. The jet may attach to the surface and may be deflected through more than 180 dog, when the radius of the Coanda surface is sufficiently large compared to the height of the exhaust nozzle. However, if the radius of curvature is small, the jet turns through a smaller angle, or may not attach to the surface at all. In general, the limitations in size and weight of a device will limit the radius of the deflection surface. Thus much effort has been paid to improve the jet deflection in a variety of engineering fields. The Coanda effect has long been applied to improve aerodynamic characteristics, such as the drag/lift ratio of flight body, the engine exhaust plume thrust vectoring, and the aerofoil/wing circulation control. During the energy crisis of the seventies, the Coanda jet was applied to reduce vehicle drag and led to drag reductions of as much as about 30% for a trailer configuration. Recently a variety of industrial applications are exploiting another characteristics of the Coanda jets, mainly the enhanced turbulence levels and entrainment compared with conventional jet flows. Various industrial burners and combustors are based upon this principle. If the curvature of the Coanda surface is too great or the operating pressure too high, the jet flow will break away completely from the surface. This could have catastrophic consequences for a burner or combustor. Detailed understanding of the Coanda jet flow is essential to refine the design to maximize the enhanced entrainment in these applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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