This paper deals with the study on the rotordynamic and experimental analysis of turbine-generator system connected with a magnetic coupling. Although magnetic coupling has been used to torque transmission of chemical processing pump rotating at under 3,600rpm, magnetic coupling in this study is applied to high-speed turbine-generator system using a working fluid that is refrigerant such as ammonia or R-124a. Results of rotordynamic design analysis are as follows. The first, shaft diameter nearest to outer hub of magnetic coupling has a big effect on the $1^{st}$ critical speed of generator rotor. The second, if the $1^{st}$ critical speeds of turbine rotor and generator rotor have enough to separation margin in comparison to rated speed, the $1^{st}$ critical speed of turbine-magnetic coupling-generator rotor train has enough to separation margin regardless of connection stiffness of magnetic coupling. The analytical FE model is guaranteed by impact test on the prototype and condition monitoring such as measurements of vibration and bearing temperature is also performed.
Many machine failures are not detected well in advance due to the masking of background noise and attenuation of the source signal through the transmission mediums. Advanced signal processing techniques using adaptive filters and higher order statistics have been attempted to extract the source signal from the measured data at the machine surface. In this paper, blind deconvolution using the eigenvector algorithm (EVA) technique is used to recover a damaged bearing signal using only the measured signal at the machine surface. A damaged bearing signal corrupted by noise with varying signal-to-noise (s/n) was used to determine the effectiveness of the technique in detecting an incipient signal and the optimum choice of filter length. The results show that the technique is effective in detecting the source signal with an s/n ratio as low as 0.21, but requires a relatively large filter length.
회전기기의 고장 탐지에 있어 기존의 진단법과 달리 동적 하중조건 하에서 비접촉, 비파괴의 적외선 열화상 기법이 제안된다. 본 논문에서는 단열 깊은 홈 볼 베어링을 시편으로 하여, 회전기기의 기존의 고장 진단법 대신 수동형 열화상 기법을 이용한 시험을 수행하였다. 추가적으로, 제안된 방법의 효율성을 평가하기 위해 기존의 진동 스펙트럼 분석법을 적용하여 열화상 시험법을 비교하였다. 시혐의 결과로써, 동적 하중조건 하 볼 베어령의 온도분포 특성이 철저히 분석되었다.
This paper gives an overview of the various approaches to designing statistical pattern recognition scheme based on Bayes discrimination rule and the artificial neural networks for rotating machine condition classification. Concerning to Bayes discrimination rule, this paper contains the linear discrimination rule applied to classification into several multivariate normal distributions with common covariance matrices, the quadratic discrimination rule under different covariance matrices. Also we discribes k-nearest neighbor method to directly estimate a posterior probability of each class. Five features are extracted in time domain vibration signals. Employing these five features, statistical pattern classifier and neural networks have been established to detect defects on rotating machine. Four different cases of rotation machine were observed. The effects of k number and neural networks structures on monitoring performance have also been investigated. For the comparison of diagnosis performance of these two method, their recognition success rates are calculated form the test data. The result of experiment which classifies the rotating machine conditions using each method presents that the neural networks shows the highest recognition rate.
The monitoring and diagnostics of the rotating machinery have been received considerable attention for many years. The objectives are to classify the machinery condition and to find out the cause of abnormal condition. This paper describes a classification method of diagnosing the small reciprocating compressor for refrigerators using the artificial neural network and the wavelet transform. In order to extract salient features, the wavelet transform are used from primary noise signals. Since the wavelet transform decomposes raw time-waveform signals into two respective parts in the time space and frequency domain, more and better features can be obtained easier than time-waveform analysis. In the training phase for classification, self-organizing feature map(SOFM) and learning vector quantization(LVQ) are applied, and the accuracies of them ate compared with each other. This paper is focused on the development of an advanced signal classifier to automatize the vibration signal pattern recognition. This method is verified by small reciprocating compressors, for refrigerator and normal and abnormal conditions are classified with high flexibility and reliability.
Modern super-tall buildings are more sensitive to strong winds. The evaluation of wind loads for the design of these buildings is of primary importance. A direct monitoring of wind forces acting on super-tall structures is quite difficult to be realized. Indirect measurements interpreted by inverse techniques are therefore favourable since dynamic response measurements are easier to be carried out. To this end, a Kalman filtering based inverse approach is developed in this study so as to estimate the wind loads on super-tall buildings based on limited structural responses. The optimum solution of Kalman filter gain by solving the Riccati equation is used to update the identification accuracy of external loads. The feasibility of the developed estimation method is investigated through the wind tunnel test of a typical super-tall building by using a Synchronous Multi-Pressure Scanning System. The effects of crucial factors such as the type of wind-induced response, the covariance matrix of noise, errors of structural modal parameters and levels of noise involved in the measurements on the wind load estimations are examined through detailed parametric study. The effects of the number of vibration modes on the identification quality are studied and discussed in detail. The made observations indicate that the proposed inverse approach is an effective tool for predicting the wind loads on super-tall buildings.
In this study an output-only system identification technique for civil structures under ambient vibrations is carried out, mainly focused on using the Stochastic Subspace Identification (SSI) based algorithms. A newly developed signal processing technique, called Singular Spectrum Analysis (SSA), capable to smooth a noisy signal, is adopted for preprocessing the measurement data. An SSA-based SSI algorithm with the aim of finding accurate and true modal parameters is developed through stabilization diagram which is constructed by plotting the identified system poles with increasing the size of data matrix. First, comparative study between different approaches, with and without using SSA to pre-process the data, on determining the model order and selecting the true system poles is examined in this study through numerical simulation. Finally, application of the proposed system identification task to the real large scale structure: Canton Tower, a benchmark problem for structural health monitoring of high-rise slender structures, using SSA-based SSI algorithm is carried out to extract the dynamic characteristics of the tower from output-only measurements.
Vibration-based damage detection methods are popular for structural health monitoring. However, they can only detect fairly large damages. Usually impact pulse, ambient vibrations and sine-wave forces are applied as the excitations. In this paper, we propose the method to use the chaotic excitation to vibrate structures. The attractors built from the output responses are used for the minor damage detection. After the damage is detected, it is further quantified using the Kalman Filter. Simulations are conducted. A 5-story building is subjected to chaotic excitation. The structural responses and related attractors are analyzed. The results show that the attractor distances increase monotonously with the increase of the damage degree. Therefore, damages, including minor damages, can be effectively detected using the proposed approach. With the Kalman Filter, damage which has the stiffness decrease of about 5% or lower can be quantified. The proposed approach will be helpful for detecting and evaluating minor damages at the early stage.
Tong, K.H.;Bakhary, Norhisham;Kueh, A.B.H.;Yassin, A.Y. Mohd
Smart Structures and Systems
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제13권3호
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pp.389-406
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2014
Optimal sensor placement techniques play a significant role in enhancing the quality of modal data during the vibration based health monitoring of civil structures, where many degrees of freedom are available despite a limited number of sensors. The literature has shown a shift in the trends for solving such problems, from expansion or elimination approach to the employment of heuristic algorithms. Although these heuristic algorithms are capable of providing a global optimal solution, their greatest drawback is the requirement of high computational effort. Because a highly efficient optimisation method is crucial for better accuracy and wider use, this paper presents an improved simulated annealing (SA) algorithm to solve the sensor placement problem. The algorithm is developed based on the sensor locations' coordinate system to allow for the searching in additional dimensions and to increase SA's random search performance while minimising the computation efforts. The proposed method is tested on a numerical slab model that consists of two hundred sensor location candidates using three types of objective functions; the determinant of the Fisher information matrix (FIM), modal assurance criterion (MAC), and mean square error (MSE) of mode shapes. Detailed study on the effects of the sensor numbers and cooling factors on the performance of the algorithm are also investigated. The results indicate that the proposed method outperforms conventional SA and Genetic Algorithm (GA) in the search for optimal sensor placement.
The modal parameters of the deck of Runyang Suspension Bridge (RSB) as well as their relationships with wind and temperature are studied based on the data recorded by its Structural Health Monitoring System (SHMS). Firstly, frequency analysis on the vertical responses at the two sides of the deck is carried out to distinguish the vertical and torsional vibration modes. Then, the vertical, torsional and lateral modal parameters of the deck of RSB are identified using Hilbert-Huang Transform (HHT) and validated by the identified results before RSB was opened to traffic. On the basis of this, the modal frequencies and damping ratios of RSB during the whole process of Typhoon Masta are obtained. And the correlation analysis on the modal parameters and wind environmental factors is then conducted. Results show that the HHT can achieve an accurate modal identification of RSB and the damping ratios show an obvious decay trend as the frequencies increase. Besides, compared to frequencies, the damping ratios are more sensitive to the environmental factors, in particular, the wind speed. Further study on configuring the variation law of modal parameters related with environmental factors should be continued.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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