A rotor dynamic analysis is implemented to confirm the vibration stability of the high speed centrifugal chiller coupled with gear system. As the rotating speed of the centrifugal chiller under investigation is increased up to 17605rpm at the pinion rotating part, the bearing instability is getting higher and, furthermore, the rotor-bearing system might experience a few critical speed which lead to system failure due to the excessive vibration. In this study, considering the loading capacity and stability conditions, offset journal bearings are adopted for the pinion rotating system and general cylindrical bearings are used for motor part. From the modal analysis, the system is found to be stable as the critical damping ratio which shows the damping characteristics of the system are positive over all operating ranges, and in addition, the synchronous rotating frequency does not come across with any whirl natural frequency. From these results the authors confirm the vibration stability of the rotor-bearing system suggested in this study.
A new foil bearing, ViscoElastic Foil Bearing(VEFB) is suggested with the need for a high damping foil bearing. Sufficient damping capacity is a key technical hurdle to super-bending-critical operation as well as widespread use of foil bearings into turbomachinery. The super-bending-critical operation of the conventional bump foil bearing and the VEFB is examined, as well as the structural dynamic characteristics. The structural dynamic test results show that the equivalent viscous damping of the VEFB is much larger than that of the bump bearing, and that the structural dynamic stiffness of the VEFB is comparable or larger than that of the bump bearing. The results of super-bending-critical operation of the VEFB indicate that the enhanced structural damping of the viscoelastic foil dramatically reduces the vibration near the bending critical speed. With the help of increased damping resulting from the viscoelasticity, the suppression of the asynchronous orbit is possible beyond the bending critical speed.
Gearboxes are often used in the petrochemical and electrical power plants to transmit mechanical power between two branches of a machinery train rotating at different speeds. When the gearboxes are connected with rotors supported by journal bearings, bearing loads vary in magnitude and direction with rotor speed and torque transmitted by the gearboxes. In this study, dynamic characteristics of the system which consists of gearboxes and a rotor supported by journal bearings are investigated analytically and experimentally by employing the polynomial transfer matrix method and modal analysis under different speeds and torque levels. Journal bearing loads due to the transmitted torque are claculated analytically and the stiffness and damping coefficient of the journal bearings are obtained using finite element method. Comparison of the analytical and experimental results shows that the cross coupled stiffness coefficients increase with increasing rotor speed, while the cross coupled damping coefficients decrease. This generates the oil whirl instability in the journal bearings. As the transmitted torque level goes up, the stiffness coefficients of the journal bearing and the first horizontal natural frequency increase. High levels of the transmitted torque produce high bearing stiffness since the contact loads of the mating gear teeth increase. The logarithmic decrement, which is a stability indicator, is shown to decrease with increasing speed and decreasing torque. Thus, at the low torque level, the system become unstable even at the low shaft speed.
In order to meet the growing demands for higher storage density as well as lower noise level, the spindles in hard disk drives are to be supported by hydrodynamic bearings in place of conventional ball-type ones. However, the existing models are inappropriate to apply to accurate prediction of vibration characteristics because the HDD spindle tends to take quite a complex shape to secure its performance and cost-effectiveness. In this context, this paper treats analysis of free and forced vibrations of such-designed HDD spindles based on more sophisticated models and validations via experiments. Remarkably, to this end all the components in the system are modeled as elastic adopting the finite element method.
The anisotropic pressure distribution of the hydrodynamic bearing may generate the unstable vibration phenomenon over a certain speed. These vibrations, known as whirl, whip or rotor instability, cannot be sustained over a wide range of rotational spees. Besides these vibrations not only perturb the normal operation of a rotating machine, but may also cause serious damage to the machinery system. And, it is really impossible to change one parameter without changing others, or difficult to fabricate the modified non-circular type bearing, with all the other cures used just now, In this study, hybrid bearing with magnetic exciter is designed for stability improvement of hydrodynamic bearing rotor system without changing mechanical parameters. For stability study, eigenvalue study of the bearing-rotor system is executed by finite element method and results of analyses and experiments show the possibilities of the stability improvement of the hydrodynamic bearing system by using the electricmagnetic force.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.255-260
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1998
A detailed rotordynamic design analysis is performed with a turbo-chiller compressor rotor-bearing system. A pinion is machined into a compressor shaft and the pinion is driven by a bull gear to a rated speed of 14,600 rpm. Utilizing a finite element method each bearing loads are calculated considering various gear loadings as well as the rotor weight itself. A Partial bearing and a 3-Lobe bearing are designed as the compressor impeller out-board bearing and in-board bearing, respectively. Finally a complex rotordynamic analysis of the compressor rotor-bearing system is carried out to evaluate the system whirl natural frequencies, stabilities, and unbalance responses.
In this paper, an active magnetic bearing-based motor-generator(M-G) system is designed and controlled using a digital PID control concept. The plant dynamics consisting of actuator and rigid rotor dynamics are described. And some experiments are conducted with each global control and local control concept. From the whirl test, the M-G set can be controlled within about ${\pm}10{\mu}m$ gap variation at the rotational speed of 6000rpm.
In order to meet the growing demands for higher storage density as well as lower noise level, the spindles In hard disk drives are to be supported by hydrodynamic bearings in place of conventional ones. However, the existing models are inappropriate to apply to accurate Prediction or vibration characteristics because the Inn spindle tends to take quite a complex shape to secure the performance of the new type bearings. In this context, this paper treats analysis of free and forced vibrations of such-designed HDD spindles based on more sophisticated models and validation by means of experiments. Remarkably, to this end each component in the system is modeled as elastic adopting the finite element method.
In this paper, a controller for a non-contact bearing-based motor-generator system is designed. The levitation control method is a digital PID control. The plant dynamics consisting of actuator and rigid rotor dynamics are described. And some experiments are conducted with each global control and local control concept. From the whirl test, the Motor-Generator System can be controlled within about ${\pm}10{\mu}m$ gap variation at the rotational speed of 600rpm and generate electric power of AC100V.
The paper presents the stability characteristics of a rotor-bearing system supported by actively controlled hydrodynamic journal bearing. The proportional and derivative controls including coupled motion are adopted for the control algorithm to control the hydrodynamic journal bearing with a circumferentially groove. Also, the cavitation algorithm implementing the Jakobsson-Floberg-Olsson boundary condition is adopted to predict cavitation regions in the fluid film more accurately than a conventional analysis which uses the Reynolds condition. The stability characteristics of a rotor-bearing system supported by actively controlled hydrodynamic journal bearing are investigated for various control gains with the Routh-Hurwitz criteria using the linear dynamic coefficients which are obtained from the perturbation method. It is found that the speed at onset of the instability is increased for both proportional and derivative control of the bearing. It is also found that the proportional and derivative control of the coupled motion is more effective than that of the uncoupled motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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