Various type of rotary unions are widely used to provide fluids between rotating parts. To prevent fluid leakage, most of the rotary unions adopt mechanical seals which is highly reliable but too expensive and complicate. In this paper, a simple lip seal system made of PTFE is adopted in designing of a compact rotary union. Using MARC, the behavior characteristics of lip seal are investigated for seal mounting process, and obtained variations of contact pressure distribution and contact width with interferences and fluid pressures. The results showed that contact width are increased with interference and pressure. The maximum contact pressure are also increased up to a certain interference and pressure, however, then decreased. The numerical methods and results can be applied in designing and performance improvement of lip seal adopted rotary union, and further extensive studies are required.
In this research, the rotordynamic characteristics of the labyrinth seal with and without swirl brake were predicted using the computational fluid dynamic (CFD) model. Based on previous studies, a simple swirl brake consisting of square vanes without stagger angle is designed and placed in front of the seal inlet. The rotating frame of reference is utilized to consider the whirling motion of the rotor in the steady-state analysis since the whirling motion is transient behavior in nature. CFD analysis was performed in the range of -1 to 1 pre-swirl ratio for a given seal and swirl brake design and operating conditions. The CFD analysis result shows that the swirl brake effectively reduces the pre-swirl since the circumferential fluid velocity of labyrinth seal with swirl brake was lower than that without swirl brake. The cross-coupled stiffness coefficient, which is greatly affected by the circumferential fluid velocity, increased with an increasing pre-swirl ratio in a seal without a swirl brake but showed a low value in a seal with a swirl brake. The change in the damping coefficient was relatively small. The effective damping coefficient of the labyrinth seal with swirl brake was generally constant and showed a higher value than the labyrinth seal without swirl brake.
In this study a general Galerkin FE lubrication analysis method is utilized to analyze the complex lubrication performance of a spiral groove seal, which is being designed and developed for a high-speed flying object application operating at a high-speed of over 50,000 rpm. As at the equilibrium seal clearance the axial stiffness of the seal is predicted to have almost such a constant high value of $1.04\times10^8\;N/m$ regardless of a rotating speed, the seal is expected to maintain a stable thickness of lubrication film under a certain external excitation acting. Also, as even at an ultra high-speed of 80,000 rpm the axial damping of the seal is shown to have a rotatively high value of 5,775 N-s/m, the dynamic stability of the seal system at the axial degree of freedom is assured well enough.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.11
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pp.85-91
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2009
A lip seal is widely used not only to prevent leakage of fluids from an actuator or a rotating shaft but also to exclude outside substances. Recently, TPU(Thermoplastic Polyurethane), which is one of the sealing materials, has been frequently used due to its excellent mechanical properties and wear resistance. The material constants for finite element analysis through the experiment on stress relaxation are presented. The reaction forces of a shaft as well as the contact pressures of a lip seal under condition before and after stress relaxation using finite element analysis were obtained, The results show that stress relaxation has not a little effect on the performance of a lip seal.
A face seal comprising a metal ring and acrylonitrile butadiene rubber (NBR) was installed in the driving part and suspension unit. The seal serves as a bearing and simultaneously prevents entry of foreign matter from external environment as well as internal oil leakage. Subsequently, the rubber-rod ring generates axial pressure owing to rubber elasticity (hardness), performs static sealing function between housing details and outer diameter of seal, and transmits rotational torque to the rotating support ring. In order to improve the durability of NBR, which performs the above tasks, and to effectively use it in tracked-vehicle applications at extreme temperatures, this study reports a mixing design approach to enhance cold and oil resistances of NBR.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.442-447
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2007
A very abnormal vibration was occurred at the LP(low pressure) turbine continuously during the pre-operation for a 550MW class USC(ultra super critical) steam turbine. This vibration was initiated at the rotating speed of about 3,450rpm and then the vibration amplitude was highly increased the number by $2{\sim}3$ times with the increase of the rotating speed to the rated speed(3,600rpm). In this paper, this abnormal vibration named spike vibration. This spike vibration was caused by the rubbing between the rotating bucket tip seal and the Lower Half of spill strip. Also, this paper presents the mechanism of the spike vibration and the proper method to eliminate this abnormal vibration problem. This result would be good practice to find the solution of similar high vibration in the USC steam turbines for power plant as well as industrial rotating machineries.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1238-1245
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2007
A very abnormal vibration was occurred at the LP(low pressure) turbine continuously during the pre-operation for a 550MW class USC(ultra super critical) steam turbine. This vibration was initiated at the rotating speed of about 3,450 rpm and then the vibration amplitude was highly increased the number by $2{\sim}3$ times with the increase of the rotating speed to the rated speed (3,600 rpm). In this paper, this abnormal vibration named spike vibration. This spike vibration was caused by the rubbing between the rotating bucket tip seal and the lower half of spill strip. Also, this paper presents the mechanism of the spike vibration and the proper method to eliminate this abnormal vibration problem. This result would be good practice to find the solution of similar high vibration in the USC steam turbines for power plant as well as industrial rotating machineries.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.15
no.4
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pp.29-45
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1991
Lip type stern tube sealing systems have used in almost all the middle or large ships which are being constructed in these days. It seems that the pressure fluctuation of the seal ring interspace, the cross-section profile and the materials quality of the seal rings have great effects on the sealing fuction of this sealing system. In this paper, the mechanical movement of lip seal ring which plays the most important role in stern tube sealing system and the possibility of leakage caused by pressure fluctuation are studied by theory and experiment. Using the finite element method for the axi-symetric object which receives the torsional load, the displacement and stress analysis of the seal rings, and also the possibility of crack occurance is checked by theoretical analysis. If the force which seal ring lip periphery receives is too small, there will be the possibility of leakage caused by the pressure fluctuation of the seal ring interspace, and if this force is too large, the frictional force between the seal ring and the liner will become problematical. The possibility of leakage caused by hardening of seal ring materials and creep phenomena of tested seal rings are also examined. The trial seal rings were designed and manufactured using the program of displacement and stress analysis developed in this study and the experimental apparatus to test the trial seal rings was also designed and manufactured. This trial seal rings were fitted in the experimental apparatus which was made in the same form as an actual stern tube. The one side of this apparatus was filled with sea water and the other side of it was filled with the lubricating oil. The leakage of oil and sea water was checked and the temperature was measured, rotating the propeller shaft at the constant velocity by D.C. motor. It was proved that the trial seal rings made in Viton rubber functioned excellenty but the trial seal rings made in N.B.R. rubber had problem in its durability.
Nam Kyu Kim;Yeongchae Song;Tae Ho Kim;Jeonggi Hong;Kyungdae Kang
Tribology and Lubricants
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v.40
no.2
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pp.54-60
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2024
This study experimentally identifies the effects of end shape, clearance, total damper length, journal eccentricity ratio, oil supply pressure, and oil flow rate on the damping coefficient of a squeeze film damper (SFD) with piston ring seal ends and a central groove. The SFD is composed of a lubricating fluid flowing between the outer race of a rolling element bearing and cartridge, along with an anti-rotation pin to prevent the rotation of the outer race. The device provides additional viscous damping to a rotating system. Additionally, piston ring seals attached at both ends of the damper increase the damping coefficient of the rotating system by reducing oil leakage. Because these different design conditions affect the damping coefficient of an SFD, we perform experiments including different conditions. Tests show that the damping coefficient increases significantly in the SFD with piston ring seal ends compared with the SFD with open ends. The damping coefficient also increases with increasing total damper length and journal eccentricity ratio, and decreases with increasing clearance. Additionally, in contrast to the trend observed for the SFD with open ends, the damping coefficient for the SFD with piston ring seal ends increases with increasing supply pressure and flow rate as the frequency decreases but shows consistent results as the frequency increases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.2989-2994
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2000
A mechanical face seal is a tribo-element intended to control leakage of working fluid at the interface of a rotating shaft and its housing. Leakage of working fluid decreases drastically as the clearance between mating seal faces gets smaller. But the very small clearance may result in an increased reduction of seal life because of high wear and heat generation. Therefore, in the design of mechanical face seals a compromise between low leakage and acceptable seal life is important, ant it present a difficult and practical design problem. A fluid film or sealing dam geometry of the seal clearance affects seal lubrication performance very much, and thereby is optimization is one of the main design consideration. in this study the Reynolds equation for the sealing dam of mechanical face seals is numerically analyzed, using the Galerkin finite element method, which is readily applied to various seal geometries, to give lubrication performances, such as opening force, restoring moment, leakage, and axial and angular stiffness coefficients. Then, to improve the seal performance an optimization is performed, considering various design variables simultaneously. For the tested case the optimization ha successfully resulted in the optimal design values of outer and inner seal radii, coning, seal clearance, and balance radius while satisfying all the operation subjected constraints and design variable side-constraints, and improvements of axial and angular stiffness coefficients by 16.8% and 2.4% respectively and reduction of leakage by 38.4% have been achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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