Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.239-246
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2005
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.
In this study rotordynamic characteristics of an air turbo-compressor (ATC) used in oxygen plant are analyzed and its operating-speed balancing is performed to solve the vibration trouble caused by rotor unbalance. Three dimensional model of the ATC rotor is completed and then analytical FE (finite element) model, which is verified by experimental modal testing, is developed. A rotordynamic analysis includes the critical map, Campbell diagram, and unbalance response, especially considering the pedestal housings supporting tilting pad bearings. A test run of operating-speed, using tilting-pad bearing of actual use, showed that the vibration level increased very sharply as approaching the rated speed. The operating-speed balancing specified by API 684 was carried out by using influence coefficient method. The results showed that the vibrations at the bearing pedestal housings represented good levels of 0.1 mm/s. From the test run and operating-speed balancing, the analytical results, that is, critical speeds are in good agreement with the test results and unbalance responses introducing the correction masses are similar to the as-is test responses in its aspect.
A rotordynamic analysis is performed with a centrifuge rotor-bearing system for the raing speed of 100,000 rpm. The system is composed of a centrifuge rotor(or simply the rotor), flexible shaft, motor rotor and shaft, and two support rolling element bearings of the motor shaft. Design goals are to achieve wide separation margins of critical speeds and favorable unbalance responses of the rotor at the associated critical speeds. The latter requirements are especially important as the system crosses multiple numbers of critical speeds and as the system may not have enough separaton margins around the rating speed. As the system adopts an extra-flexible shaft, it is shown that the rotor has satisfactory small unbalance responses over higher criticals while having an unsatisfactory large one at the first critical. To supress this a bumper ring or guide bearing needs to be installed at a suitable location of the flexible shaft. It is also shown that even with the flexible shaft the dynamics of the motor must be incoporated into the full system model to accurately identify the fourth critical speed, which is close to the rating speed, and higher ones. The analysis is based on the finite element method.
Baek, Doo San;Hwang, Sung Ho;Kim, Tae Ho;Lee, Jong Sung;Kim, Tae Young
Tribology and Lubricants
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v.38
no.2
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pp.53-62
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2022
This study presents experimental measurements of the rotordynamic performance of a motor-driven small turbocompressor supported by gas beam foil journal bearings (GBFJBs) and compares the test results with the predictions of a computational model. The experiments confirmed that the rotational synchronous frequency component dominates the behavior of the overall rotor vibrations, whereas the nonsynchronous components are insignificant, indicating the rotor-bearing system remains stable up to 100 krpm. The undamped natural frequency and imbalanced response of the rotor-bearing system are predicted when integrating the finite element model of the rotor-bearing system with the predictions of the bearing dynamic coefficients. The results are in good agreement with the experimental results. In addition, base excitation test results show that the small turbocompressor can endure large external forces and demonstrate limited rotor amplitudes. A simple single degreeof-freedom rotor model using the nonlinear stiffness of the GBFJBs can effectively predict the test results.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.11-15
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2012
A rotordynamic analysis is performed for a 7 ton class turbopump applied to the third stage LRE(Liquid Rocket Engine) of the KSLV(Korea Space Launch Vehicle). Based on the heritage of the developed experimental 30 ton class turbopump and developing 75 ton class turbopump for the KSLV first and second stage LRE, the 7 ton class turbopump is designed as an one-axis rotor turbopump. Two rotor systems comprised of one oxidizer pump assembly and the other fuel pump-turbine assembly are connected each other using a spline shaft and operating at a design speed. Through the rotordynamic analysis, it is investigated that the turbopump acquires sufficient separate margin of critical speed as a sub-critical rotor.
A LOX pump rotordynamic design was performed for a 75 ton thrust liquid rocket engine. Axial positions of an inducer, an impeller and bearings on a shaft are decided on the basis of the experience achieved by previously developed turbopump which has the similar layout. The result of pump hydraulic design was reflected in the present study to decide axial length of the inducer and impeller. A distance from the rear bearing to the impeller was considered as a design parameter for load distribution of the bearings. Asynchronous eigenvalue analysis was performed as a function of rotating speeds and bearing stiffness to investigate critical speed of the LOX pump. From the numerical analysis, it is found that the LOX pump with the proper bearing loads safely operates as a sub-critical rotor of which critical speed is high enough compared to the operating speed 11,000 rpm.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.6
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pp.92-97
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2006
A critical speed analysis is performed for a 30 ton thrust turbopump considering the casing structural flexibility. A full three-dimensional finite element method including rotor and casing is used to predict rotordynamic behavior. Rotor alone model and rotor-casing coupled model with fixed-fixed and free-free boundary conditions are calculated to investigate the effects of the casing structural flexibility. The stiffness of ball bearings are applied as unloaded and loaded values to consider rotor operating conditions in vacuum and real engine respectively. From the results of the numerical analyses, it is found that the effect of the casing structural flexibility reduces the critical speeds of the turbopump. Especially, the loaded rotor condition with higher bearing stiffness is affected dramatically rather than the unloaded rotor condition with lower bearing stiffness.
Park, Hyo-Keun;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe;Lee, Young-Hwan;Yang, Seung-Un;Kim, Dong-Hyun
Composites Research
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v.19
no.6
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pp.8-15
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2006
In this study, computational rotor dynamic analyses of a composite roller used for large LCD panel manufacturing process have been conducted. The present computational method is based on the general finite element method with rotating gyroscopic effects of rotor systems. General purpose commercial finite element code, SAMCEF which has special rotordynamics analysis module is applied. For the purpose of numerical verification, comparison study for a benchmark dual rotor model with support bearings is also presented. Detailed finite element models for composite roller with optimized lamination angles are constructed and analyzed considering gravity effect in order to investigate vibration characteristics in actual operation environment. As results of the present study, rotor stability diagrams and mass unbalance responses are presented for different rotating conditions.
A rotordynamic system consists of components that undergo rotational motion. These components include shafts, impellers, thrust collars, and components that support rotation, such as bearings and seals. The motion of this type of rotating system can be modeled as two-dimensional motion and, accordingly, the equation of motion for the rotordynamic system can be represented using complex coordinates. The directional frequency response function (dFRF) can be derived from this complex coordinate system and used as an effective analytical tool for rotating machinery. However, the dFRF is not widely used in the field because most previous studies and commercial software are based on real coordinate systems. The objective of the current study is to introduce the dFRF and show that it can be an effective tool in rotordynamic analysis. In this study, the normal frequency response function (nFRF) and dFRF are compared under rotordynamic analysis for isotropic and unisotropic rotors. Results show that in the nFRF, the magnitude of the response is the same for both positive and negative frequencies, and the response is similar under all modes. Consequently, the severity of the mode cannot be identified. However, in the dFRF, the forward and backward modes are clearly distinguishable in the frequency domain of the isotropic rotor, and the severity of the mode can be identified for the unisotropic rotor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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