This paper predicts the unbalance and transient (start-up) response of a 5MW industrial gas turbine by using commercial rotordynamic tool, DYNAMICS 4.3. The gas turbine is operated at 12,975rpm on squeeze film dampers or tilting pad bearings. The stiffness and damping coefficients of the squeeze film dampers and tilting pad bearings are estimated. It is seen that the vibration amplitude of the gas turbine rotor is sufficiently small around the critical speeds and at the rated speed.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2000.04a
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pp.697-703
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2000
In design step of an active vibration control system, the stability analysis is required for obtaining a stable control region so that the system is protected from it violent natural vibration. This paper describes the procedure of stability simulation for the active magnetic bearing-main spindle of a machine tool. The characteristic equation of the overall system is derived by assembling the dynamic equation of a flexible shaft and the transfer functions of feedback components. And the stable region is obtained by calculating the eigenvalues of the characteristic equation. The simulated control stable region is good agreement by comparing the experiment. Therefore the stable control gain is selected in this paper.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.764-765
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2011
In this paper, rotordynamic analyses of the Campbell diagram, critical speeds, and harmonic responses for a TMP rotor system are performed. Since the finite element model of the TMP rotor system has a very large number of degrees of freedom because of its complex geometry, and dynamic analyses for investigating the critical speeds, stability, and harmonic response are repeated for various design parameters, model order reduction (MOR) is necessary to reduce the computational cost. The Krylov-based model order reduction via moment matching significantly speeds up the rotordynamic analyses for the TMP rotor system.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2003.11a
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pp.193-200
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2003
In this study a general Galerkin FE formulation of the incompressible Reynolds equation is derived for lubrication analyses of noncontacting mechanical face seals. Then, the formulation is applied to analyze the flexibly mounted stator-type reactor coolant pump seals of local nuclear power plants, which have deep straight grooves or plane coning on their primary seal ring faces. Their various lubrication performances have been predicted. Results show that the analyzed deep straight groove seal should have a net coning of less than $0.6\;{\mu}m$ to satisfy the leakage limit. And for the same amount of equilibrium opening force the plane coning seal requires to have a 3 times higher dimensionless coning than the deep straight groove seal.
As the speed of rotating machines increases and also their weight decreases, the coupling between lateral and torsional vibrations must be considered. In the past, rotordynamics and geardynamics have tended to treat the lateral and torsional vibrations of the system elements as separate and decoupled mechanisms. In the paper, the coupled lateral-torsional free and forced vibration of rotors trained by gears is analyzed using finite element method. Also the complicated variation of the meshing stiffness as a function of contact point along the line of action is estimated correctly. The gear mesh model is assumed to be linear with constant average mesh stiffness.
Experiment on the modal balancing of a flexible rotor supported on two kinds of fluid film bearings is performed to verify the modal balancing theory. The fluid film bearings are a tilting pad bearing and a two axial grooved journal bearing. One is inherently stable, but the other is not. The experimental result shows that the modal balancing method is effective for balancing of a high speed flexible rotor system. Besides, the critical speeds and mode shapes measured experimentally are in good coincidence with the results of rotordynamic analysis. Oil whip, which is the instability phenomenon due to fluid film force, is also observed during the experiment.
A rotordynamic analysis is performed with a motor-bull gear rotor system supported on two partial bearings, which is intended to drive a high-speed turbo-chiller compressor impeller shaft through its built-in pinion gear. The motor-bull gear rotor system has a rated speed of 3,600 rpm, and is modeled utilizing the finite element method for analysis. As loadings on the bearings due to the gear action are significant in the system considered, each resultant bearing load is calculated statically by considering the generalized forces of the gear action as well as the rotor itself. The two support partial bearings are designed to take their varying loads along with their varying load angles, and they are also analyzed to give their rotordynamic coefficients. Then, a complex rotordynamic analysis of the motor-bull gear rotor-bearing system is carried out to evaluate its whirl natural frequencies and mode shapes and unbalance responses under various loading conditions. Results show that the bearings and entire rotor system are well designed regradless of operating conditions, i.e., loads and operating speeds.
This paper deals with the detail rotordynamic analysis for the assembly rotor composed of turbine wheel, turbine shaft, connecting arbor, and flange & spindle in order to perform the spin test of turbocharger turbine. Prior to rotordynamic analysis, the 1st spin test was performed but the test was failed by excess vibration in the neighborhood rated speed. It is the reason for this fail that the separation margin between the rated speed and critical speed is not enough, confirmed by rotordynamic analysis results. Since then, the dimension of turbine shaft was modified and the critical speeds were again reviewed for modified assmebly rotor. In results, the separation margin between the rated speed and critical speed is over 20% and then the 2nd spin test was performed successfully. In preparing spin test for turbine, compressor wheels and etc., the geometry design of connecting arbor and dimension of rough machining should be reviewed by considering rotordynamic results, and the separation margin should be enough for successful spin test.
This paper focuses on a model order reduction (MOR) for large-scale rotordynamic systems by using finite element discretization. Typical rotor-bearing systems consist of a rotor, built-on parts, and a support system. These systems require careful consideration in their dynamic analysis modeling because they include unsymmetrical stiffness, localized nonproportional damping, and frequency-dependent gyroscopic effects. Because of this complex geometry, the finite element model under consideration may have a very large number of degrees of freedom. Thus, the repeated dynamic analyses used to investigate the critical speeds, stability, and unbalanced response are computationally very expensive to complete within a practical design cycle. In this study, we demonstrate that a Krylov subspace-based MOR via moment matching significantly speeds up the rotordynamic analyses needed to check the whirling frequencies and critical speeds of large rotor systems. This approach is very efficient, because it is possible to repeat the dynamic simulation with the help of a reduced system by changing the operating rotational speed, which can be preserved as a parameter in the process of model reduction. Two examples of rotordynamic systems show that the suggested MOR provides a significant reduction in computational cost for a Campbell diagram analysis, while maintaining accuracy comparable to that of the original systems.
This paper deals with the detail rotordynamic analysis for BB5 eight stages pump as development of API 610 BB5 type pump. Dry-run analytical model, not considering operating fluid, and wet-run analytical model, considering operating fluid are established. In addition, plain circular and pressure dam bearings are chosen and it was discussed that each bearing has an effect on dynamic characteristics of pump rotor system. A rotordynamic analysis includes the critical speed map, Campbell diagram, stability, and unbalance response. As results, it was predicted that rated speed of the pump rotor passes through 1st critical speed in dry-run condition regardless of bearings, however, it was verified that, in wet-run condition, the rotor system doesn't have critical speeds even if more than twice rated speed. Hence the resonance problem caused by the critical speeds does not happen since actual operating is in wet-run condition including operating fluid. As a result of unbalance response analysis, the pump rotor has stable vibration response at rated speed, regardless of operating fluid and the proposed bearing types.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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