This study proposes a procedure for designing a labyrinth seal that meets both leakage flow rate and rotordynamic performance criteria (effective damping, amplification factor, separation margin, logarithmic decrement, and vibration amplitude). The seal is modeled using a one control volume (1CV) bulk flow approach to predict the leakage flow rate and rotordynamic coefficients. The rotating shaft is modeled with the finite element (FE) method and is assumed to be supported by two linearized bearings. Geometry, material and operating conditions of the rotating shaft, and the supporting characteristics of the bearings were fixed. A single labyrinth seal is placed at the center of the rotor, and the linearized dynamic coefficients predicted by the seal numerical model are inserted as linear springs and dampers at the seal position. Seal designs that satisfy both leakage and rotordynamic performance are searched by modifying five seal design parameters using the multi-grid method. The five design parameters include pre-swirl ratio, number of teeth, tooth pitch, tooth height and tooth tip width. In total, 12500 seal models are examined and the optimal seal design is selected. Finally, normalization was performed to select the optimal labyrinth seal designs that satisfy the system performance requirements.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.464-469
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2012
In the electric power plant, the shaft vibration is one of the very important point for successful long-term operation, because the high reliability unit needs stable rotor dynamic system. However, in the one combined cycle power plant, the abnormal high level shaft vibration analyzed 1 X on the journal bearing has been several times suddenly tripped of Gas turbine due to the accumulated oil carbide. This paper describes how to countermeasure the abnormal shaft vibration in the journal bearing of Gas turbine exhaust bearing in the field.
Kim, In Chul;Kim, Seung Bong;Jung, Jae Won;Kim, Seung Min
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2001.11a
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pp.315-321
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2001
The shaft system of turbine is composed of rotating shaft, blades, bearings which support the shaft, packing seal which prevent the leakage of steam, and couplings which connect the shaft. Shaft system component failure, incorrect assemblage or deflection by unexpected forces causes vibration problem. And every turbine has its own characteristics in dynamic response. In this paper we propose the three-bearing supported type rotor which is real equipment and being operated this time as commercial operation. From 1996 it has a high vibration problem and there are many kinds of trial to solve this problem. In resent outage we performed a special diagnosis and carried out appropriate work. We would like to introduce and explain about this case history.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.15
no.4
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pp.29-45
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1991
Lip type stern tube sealing systems have used in almost all the middle or large ships which are being constructed in these days. It seems that the pressure fluctuation of the seal ring interspace, the cross-section profile and the materials quality of the seal rings have great effects on the sealing fuction of this sealing system. In this paper, the mechanical movement of lip seal ring which plays the most important role in stern tube sealing system and the possibility of leakage caused by pressure fluctuation are studied by theory and experiment. Using the finite element method for the axi-symetric object which receives the torsional load, the displacement and stress analysis of the seal rings, and also the possibility of crack occurance is checked by theoretical analysis. If the force which seal ring lip periphery receives is too small, there will be the possibility of leakage caused by the pressure fluctuation of the seal ring interspace, and if this force is too large, the frictional force between the seal ring and the liner will become problematical. The possibility of leakage caused by hardening of seal ring materials and creep phenomena of tested seal rings are also examined. The trial seal rings were designed and manufactured using the program of displacement and stress analysis developed in this study and the experimental apparatus to test the trial seal rings was also designed and manufactured. This trial seal rings were fitted in the experimental apparatus which was made in the same form as an actual stern tube. The one side of this apparatus was filled with sea water and the other side of it was filled with the lubricating oil. The leakage of oil and sea water was checked and the temperature was measured, rotating the propeller shaft at the constant velocity by D.C. motor. It was proved that the trial seal rings made in Viton rubber functioned excellenty but the trial seal rings made in N.B.R. rubber had problem in its durability.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.311-312
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2006
선박의 추진축은 선박의 기관실 최말단부에서 바깥의 프로펠러까지 선체를 관통하여 설치되고 회전하기 때문에 선외로부터의 해수유입을 쳐대한 차단하는 역할을 하는 독특한 메커니즘을 가진 축밀봉장치(Shaft Sealing System)를 필요로 하는데 이것을 스턴튜브 씰(Stem Tube Seal)이라고 한다. 본 연구는 국내 중소형 선사들이 저렴한 가격대비 우수 품질의 씰 및 하우징을 사용할 수 있고 3차원 형상화를 통하여 선박의 운용자가 쉽고 정확하게 스턴튜브 씰을 이해 및 신속 정비가능, 해외업체 생산 규격을 선박 축에 맞게 절단, 접합의 씰 성능저하 관행을 고쳐 선주가 원하는 사양과 규격대로 제작된 우수한 씰 제품을 공급할 수 있고, 선박용 기자재에 대한 기초지식, 씰링 메카니즘, 구조 및 유동 해석 결과를 제공하여 국내 최초의 무접착 원형 메인 씰 개발 및 씰 하우징 제작 및 독자설계 기술을 확립하고자 한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.13
no.1
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pp.69-76
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1989
This paper presents a method of the optimum design for rotating shaft of centrifugal pump. That is, the object is to optimize the system in stability at the operating speed, unbalance response in the vicinity of the rotor critical speed, leakage flow of the seals. The objective function is composed of these three elements and is minimized by changing seal cleareance, diamoters, and lengths. A typical double suction centrifugal pump is analyzed and its objective function is presented. Then the optimum dimensions of seals are obtained, and vibration characteristics at both initial and optimum conditions are investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.1
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pp.85-93
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2019
Oil seals are most essential parts in mechanical lubrication system to maintain the close gaps between stationary and high rotating components, and to help prevent oil leakages. Oil seals also can prevent harmful contaminants entering from outside to machinery, especially in severe environments. Therefore, the oil seals have an important performance in the machinery components. The performance of the oil seals are influenced by the design variables such as amount of interference gap between the main lip and shaft, the angle of main lip at air and oil sides and the distance between the garter spring and main lip. In the present study, a finite element analysis was performed to evaluate the oil seal performance with the considerations of number of oil seal dust lips and angle of the lip at oil side with the different design variables. As a result from the FEM analysis, the stress and contact pressure distributions was derived, based on this, performance of the sealing and durability were determined.
Park, Chul-Jin;Han, Kee-Soo;Lee, Cheol-Sin;Kim, Hee-Cheol;Lee, Sang-Keun
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.745-750
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1996
An analysis of a loss of residual heat removal system (RHRS) event during midloop operation after reactor shutdown was performed using the RELAP5/MOD3 thermal-hydraulic computer code. The experimental data of a 5% cold leg break test conducted at the ROSA-IV Large Scale Test Facility (LSTF) to simulate a main coolant pump shaft seal removal event during midloop operation of a Westinghouse-type PWR were used in the analysis. The predicted core boiling time and the peak primary system pressure showed good agreements with the measured data. Some differences between the calculational results and the experimental results were, however, found in areas of the timing of loop seal clearing and the temperature distribution in a pressurizer. Other calculational problems identified were discussed as well.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.3
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pp.194-204
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2016
Floating ring seals offer an opportunity to reduce leakage flows significantly in rotating machinery. Accordingly, they have been applied successfully to rotating machinery within the last several decades. For rocket turbopump applications, fundamental behavior and design philosophy have been revealed. However, further work is needed to explore the rotordynamic characteristics associated with rotor vibrations. In this study, rotordynamic forces for floating ring seals under rotor's whirling motions are calculated to elucidate rotordynamic characteristics. Comparisons between numerical simulation results and experiments demonstrated in our previous report are carried out. The three-dimensional Reynolds equation is solved by the finite-difference method to calculate hydrodynamic pressure distributions and the leakage flow rate. The entrance loss at the upstream inlet of the seal ring is calculated to estimate the Lomakin effect. The friction force at the secondary seal surface is also considered. Numerical simulation results showed that the rotordynamic forces of this type of floating ring seal are determined mainly by the friction force at the secondary seal surface. The seal ring is positioned almost concentrically relative to the rotor by the Lomakin effect. Numerical simulations agree quite well with the experimental results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.4
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pp.31-40
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1986
With the tendency toward high speed and high pressure in centrifugal pumps, the problem of sub-synchronous vibration has arisen, caused by the hydraulic forces of the working fluid, such as wearring, balance piston, impeller, etc.. These forces can drastically alter the rotor critical speeds and stability characteristics, and can be acted significant destabilizing forces. For preventing such self-excited vibration, the desing of the rotor system needs, which would secure the stability of the machine. In this paper, a procedure is presented for dynamic modeling of rotor-bearing-seal-impeller systems which consist of rigid disks, distributed parameter finite rotor elements and discrete bearings, seals and impellers. A finite element model including the effects of rotatory inertia and gyroscopic moments is developed using the consistent matrix approach. The technique of dynamic matrix reduction is applied to the shaft matrices to reduce them to a set of matrices of dynamic of significantly fewer degrees of freedom. The representation of bearing, seal and impeller elements is in term of linearized stiffness and damping matrices by reasonably small perturbations from equilibrium. The stability behavior of a typical double suction centrifugal pump is presented. Results show the influence of clearance and flow conditions on running speeds and stability characteristics.
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