Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.27
no.2
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pp.204-212
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2017
The rotor dynamics and balancing technic for rotating equipment during engineering and manufacture stage are to be carefully considered in order to minimize the operation troubles regarding vibration during commissioning stage. In this paper, the test rig, which includes the disks as balancing plane, is designed and manufactured, so that the characteristic of rotor dynamics can be analyzed such as critical speed and mode shape. The critical speed predicted through natural frequency analysis is verified by the actual measurement on bearing housing vibration during start-up condition of test rig. The low speed balancing and the operating speed balancing test are performed respectively with consideration of first critical speed, and the residual unbalance amounts are estimated in accordance with the relevant method described in API standard. In addition, the single and dual plane balancing are carried out on main disk and trim disk depended on phase information at each balancing step.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.289-290
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2002
Stainless steel ball bearings are used in the control element drive mechanism and driving mechanisms such as step motor and gear boxes for the integral nuclear reactor, SMART. The bearings operate in pressurized pure water (primary coolant) at high temperature and should be lubricated with only this water because it is impossible to supply greases or any additional lubricant since the whole nuclear rector system should be perfectly sealed and the coolant cannot contain ingredients for bearing lubrication. Temperature of water changes from room temperature to about 120 degree Celsius and pressure rises up to 15MPa in the nuclear reactor. It can be anticipated that the frictional characteristics of the ball bearings changes according to the operating conditions, however little data are available in the literature. It is found that friction coefficient of 440C stainless steel itself does not change sharply according to temperature variation from the former research, and the friction coefficient is about 0.45 at low speed range. In this research frictional characteristics of the assembled ball bearings are investigated. A special tribometer is used to simulate the axial loading and the bearing operating conditions, temperature and pressure in the driving mechanism in the nuclear reactor. Highly purified water is used as lubricant ‘ and the water is heated up to 120 degree Celsius and pressurized to 15MPa. Friction force is monitored by the torque transducer.
Iqbal, K. Y. Mohd;Segu, D. Z.;Pyung, H.;Kim, J. H.;Kim, S. S.
Tribology and Lubricants
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v.31
no.6
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pp.287-293
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2015
Laser surface texturing (LST), a surface engineering modification, has been considered as one of the new processes used to improve tribological characteristics of materials by creating artificially patterned microstructure on the contact surface of mechanical components. In LST technology, the laser is optimized to obtain or manufacture the dimples with maximum precision. The micro-dimples reduce the coefficients of friction and also improve the wear resistance of materials. This study investigates the effect of dimple density is investigated. For this purpose, a ball-on-disc type tester is used with AISI 52100 bearing steel as the test material. Discs are textured with a 5% and 10% dimple density. Experimental work is performed with normal loads of 5 N, 10 N, and 15 N under a fixed speed of 150 rpm at room temperature. The effect of the textured surface is compared to that of the untextured one. Experimental results show that the textured surface yields lower friction coefficients compared to those of untextured surfaces. Specifically, the 10% dimple density textured surface shows better friction reduction behavior than the 5% dimple density textured sample, and has an 18% improvement in friction reduction compared with the untextured samples. Microscopic observation using a scanning electron microscope (SEM) shows that the major friction mechanisms of the AISI 52100 bearing steel are adhesion, plastic deformation, and ploughing.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.2
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pp.170-177
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1998
The purpose of superconducting magnetic bearing flywheel energy storage system(SMB-FESS) is to store unused nighttime electricity as kinetic energy and convert it to electricity during daytime. The SMB-FESS is proposed as an efficient energy storage system because there is no mechanical problems, such as friction and wear The flywheel over SMB is rotated at a high speed, 50,000rpm. The major source of energy loss in the SMB-FESS is vibration of flywheel. Therefore, the vibration characteristics of SMB-FESS should be identified. In this study, the axial/radial stiffness and damping coefficient of SMB are measured by a vibration test. Natural frequencies and natural modes of flywheel and magnet are analyzed by a finite element method. The modal analysis of system is performed using the modal parameters of each component and the measured stiffness/damping coefficient. So, natural at frequencies and mode shapes of the joined system can be obtained. According to critical speed analysis, the system has two rigid conical modes in the low speed range. Nevertheless, the system has not been affected by the critical speed in the main operating range.
A simplified calculation method of natural vibration characteristics of high-speed railway multi-span bridge-longitudinal ballastless track system is proposed. The rail, track slab, base slab, main beam, bearing, pier, cap and pile foundation are taken into account, and the multi-span longitudinal ballastless track-beam-bearing-pier-cap-pile foundation integrated model (MBTIM) is established. The energy equation of each component of the MBTIM based on Timoshenko beam theory is constructed. Using the improved Fourier series, and the Rayleigh-Ritz method and Hamilton principle are combined to obtain the extremum of the total energy function. The simplified calculation formula of the natural vibration frequency of the MBTIM under the influence of vertical and longitudinal vibration is derived and verified by numerical methods. The influence law of the natural vibration frequency of the MBTIM is analyzed considering and not considering the participation of each component of the MBTIM, the damage of the track interlayer component and the stiffness change of each layer component. The results show that the error between the calculation results of the formula and the numerical method in this paper is less than 3%, which verifies the correctness of the method in this paper. The high-order frequency of the MBTIM is significantly affected considering the track, bridge pier, pile soil and pile cap, while considering the influence of pile cap on the low-order and high-order frequency of the MBTIM is large. The influence of component damage such as void beneath slab, mortar debonding and fastener failure on each order frequency of the MBTIM is basically the same, and the influence of component damage less than 10m on the first fourteen order frequency of the MBTIM is small. The bending stiffness of track slab and rail has no obvious influence on the natural frequency of the MBTIM, and the bending stiffness of main beam has influence on the natural frequency of the MBTIM. The bending stiffness of pier and base slab only has obvious influence on the high-order frequency of the MBTIM. The natural vibration characteristics of the MBTIM play an important guiding role in the safety analysis of high-speed train running, the damage detection of track-bridge structure and the seismic design of railway bridge.
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.
This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
The height of laser bumps has been considered as the limit of the minimum flying height in the contact start-stop (CSS) of hard disk drives. In this paper, tribological interactions at flying height under laser bumps are investigated in a spin stand for development of ultra-low flying head-disk interface. With the reduction of the spinning speed in a spin stand, the flying height is decreased under the height of laser bumps and, then, head-disk interactions are investigated using AE and stiction/friction signals. During seek tests and 20000 cycle-sweep tests, AE and stiction/friction signals are not significantly changed and there are no catastrophic failures of head-disk interface. Bearing analysis and AFM analysis show that there are signs of wear and plastic deformation on the disks. It is suggested that flying height could be as low as and, sometimes, lower than laser bump height.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.6
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pp.452-457
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2016
Single screw compressors are widely used in the fields of air/gas compression, refrigeration, and chemical fluid transportation systems. A single-screw compressor is composed of a screw rotor and two gate rotors located at both sides. This simple construction enables low rotational speed of the rotor, efficient compression with low noise, low vibration, and long bearing life. Despite these merits, the design method of single-screw compressors is not well known. To accelerate the industrial application of single-screw compressors, a design method using coordinate transformation is presented in this paper, and a tool trajectory is established for machining. Finally, the screw rotor, which is machined using the proposed method, is presented.
In the paper, the prototype development of a 75kW class microturbine for the distributed generation market is partly presented which has continued with the government funding. In the introduction, an overview of the development of microturbines in the world is presented. A series of development procedures are shown with design, manufacture and self-sustaining tests. During the first year, aerodynamic and structural design/analysis, mechanical design are performed for the compressor, the turbine and the combustor. A premixed lean burn combustor technology is used fur the low emission requirements. Foil air bearings and high-speed motors are employed for higher reliability. The self-sustaining conditions have been successfully achieved with the prototype manufactured engine as a preceding operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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