This paper presents an optimum design of rotor-bearing system using a hybrid method to compute the solutions of optimization problem. The present hybrid algorithm, namely Enhanced Artificial Life Algorithm(EALA), is a synthesis of an artificial life algorithm(ALA) and the random tabu search(R-tabu) method. We applied EALA to the optimum design of rotor-shaft system supported by the floating ring journal bearings. (omitted)
The static and dynamic performances of a floating ring journal bearing with central circumferential grooves at the inner and outer films are obtained numerically with isothermal lubrication theory. Elrod algorithm implementing Jakobsson-Floberg-Olsson cavitation boundary condition is adopted to predict cavitation regions in the inner and outer films more accurately than conventional analyses using half Sommerfeld or Reynolds conditions. The pressure drop in the circumferential groove of the inner film due to the rotation of the journal and ring is taken into account. It is shown that the lubricant supply pressure has significant influence on the load capacity and dynamic coefficients of the bearing. When the supply pressure is low and the journal speed is high, the pressure drop results in severe starvation of lubricant in the inner film and varies the overall performance of the bearing remarkably.
The small turbocharger for the automotive application is designed to operate up to 200,000 rpm to increase system efficiency. Because of high rotation speed of turbocharger, floating ring bearing are widely adopted due to its low friction loss and high rotordynamic stability. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a semi-floating ring bearing. The rotordynamic model for the turbocharger rotor was constructed based on the finite element method and fluid film forces were calculated based on the infinitely short bearing assumption. In linear analysis, we considered fluid film force as stiffness and damping element and in nonlinear analysis, the fluid film force was calculated by solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed theoretical model by comparing to modal test results of test rotors. The analysis results show that there are two unstable modes, which are conical and cylindrical modes. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis, frequency jump phenomenon demonstrated when vibration mode is changed from conical mode to cylindrical one. This jump phenomenon was also demonstrated in the test. However, the natural frequency measured in the test differs from those obtained using nonlinear analysis.
In this paper, the effect of oil conditions in rotor dynamic behaviors of a FFRB (Fully-Floating Ring Bearing) is investigated. Through the characteristic of a FFRB has two films, it has several advantages such as less friction loss and better stability over a wide speed range. However, it is difficult to supply a oil to the inner film. Thus, turbocharger makers have been paid significant attention to the lubrication of a FFRB because of its importance. This work focuses on the influence of oil inlet pressure and temperature. The methodologies of computational simulation and experimental test were used to estimate the rotor dynamic behaviors. In experimental test, the single-scroll turbocharger for the 1.4L diesel engine was used. The results show that the oil inlet pressure and temperature will place considerable influence on the rotor response. Oil conditions affect RSR (Ring Speed Ratio) which is cause of sub-synchronous vibrations, which also cause of oil whirling and whip even a critical speed. At higher speed range, the phenomenon of self-excited vibrations which is cause of instability of fluid whirl is investigated through the orbit shapes that consist of small orbit and large amplitude orbit. It is shown that some performance of a FFRB can be controlled by the conditions of oil supply. Finally, it was revealed that the oil induced operating conditions will strongly affect the turbocharger rotor dynamics behaviors.
In order to improve the instability of plane journal bearing, it is introduced the leaf spring damper(LSD). The effects of dynamic characteristics of LSD on the stability of a plane Journal bearing were investigated theoretically. The improvements on the stability of a plane journal bearing with LSD are compared with the results of a floating ring journal bearing and of journal bearing without LSD. It found that a plane journal bearing with LSD will be an effective way in the improvement on the stability of rotor system.
In order to improve the instability of Plane journal bearing, it is introduced the leaf spring damper(LSD). The effects of dynamic characteristics of LSD on the stability of a plane journal bearing were investigated theoretically. The improvements on the stability of a plane journal bearing with LSD. are compared with the results of a floating ring journal bearing and of journal bearing without LSD. It found that a plane journal bearing with LSD will be an effective way in the improvement on the stability of rotor system.
A turbo pump unit provides high pressure oxygen and fuel in a space shuttle main engine (SSME). This paper focused on rotordynamics, investigating its characteristics based on a numerical simulation of turbo pump finite element model. Speeds up to 50,000 rpm are considered, as well as the special problems related to elastic-ring, seal hydrodynamic force, shroud force and clearance-excitation farce. The rotordynamic prediction shows that the elastic-ring which is inserted between the casing and the outer race of ball bearing allows far an acceptable separate margin of first critical speed. Additionally, the results show that the floating ring seal, which have a peculiar ring, adds substantial stiffness and damping to the system as well as exhibits superior performance in terms of rotordynamic stability of system compared to the plain seal.
The use of turbocharger in internal combustion engines has increased as it is a key components for improving system efficiency without increasing engine size. Because of increasing demand, many studies have evaluated rotordynamic performance so as to increase rotation speed. This paper presents a linear and nonlinear analysis model for a turbocharger rotor supported by a floating ring bearing. We constructed rotor model by using the finite element method and approximated bearings as being infinitely short. In the linear model, we considered fluid film force as stiffness and damping element. In nonlinear analysis, calculation of the fluid film force involved solving the time dependent Reynolds equation. We verified the developed model by comparing the results to those of previous research. The analysis results show that there are four unstable modes, which are rigid body modes combining ring and rotor motion. As the rotating speed increases, the logarithmic decrement shows that certain unstable modes goes into the stable area or the stable mode goes into the unstable area. These unstable modes appear as sub-synchronous vibrations in nonlinear analysis. In nonlinear analysis frequency jump phenomenon demonstrated in several experimental studies appears. The analysis results also showed that frequency jump phenomenon occurs when the vibration mode changes and the sequence of unstable mode matches the linear analysis result. However, the natural frequency predicted using linear analysis differs from those obtained using nonlinear analysis.
An epicyclic gearing system is compact and lightweight. However, it is difficult to share the driving force equally because the system has closed gear trains with multiple driving points, and it always has geometrical errors in the elements. Thus, in the case of planetary gears, the first problem is how to distribute the load evenly to the numerous planets. The method widely used abroad for this purpose is to utilize the elastic deformation of the components of the structure. However, the deflection is very complicated, and it is very easy for vibration problems to occur because of the decrease in the natural frequencies. Therefore, to equalize the load on the planets, this paper discusses the principle and theory behind the functioning of a floating intermediate ring. This magnifies the displacement of a planet's center arising from the equilibrium of the load and the lubricating film pressure, which improves the compliance of the planets. The results show that load equalization of the planets is possible through this improvement in their compliance.
축추력의 효과적인 제어는 터보펌프의 작동 안정성을 확보하는 데 중요한 기술 중 하나이다. 현재 개발 중인 75톤급 로켓엔진용 연료펌프에 대한 축추력 측정을 상온의 물을 매질로 하여 실시하였다. 시험 결과, 연료펌프의 축추력은 펌프 베어링의 축방향 하중 조건을 만족하는 것으로 예상되었다. 또한 연료펌프의 축추력은 대체로 유량이 작을수록 커졌다. 그리고 플로팅 링 실과 임펠러 사이의 간극이 바뀌었을 때, 연료펌프의 축방향 하중과 후방 누설 유량이 변화하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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