Dynamic Characteristics and Stabilization of Hybrid Foil/Magnetic Bearings for High Speed Turbomachinery
- 주제(키워드) Active magnetic bearing , Air foil bearing , Dynamic characteristic , Stabilization , Turbomachinery
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 전도영
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063420
- UCI I804:11029-000000063420
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
포일 베어링과 마그네틱 베어링을 결합한 하이브리드 베어링은 각 베어링의 약점을 보완하여 장점을 극대화 할 수 있는 구동 알고리즘을 갖고, 스마트 베어링으로 운용되어 회전기의 우수한 진동 억제 성능을 발휘할 수 있다. 반면, 하이브리드 베어링 시스템의 동적 특성이 규명되지 않았고, 아직 응용 기기로 적용 사례가 없다. 따라서, 유체 동압에 의해 운용되는 포일 베어링과 기자력에 의해 운용되는 마그네틱 베어링의 상호 작용에 의한 베어링 동적 특성을 분석하여 두 베어링의 조합을 효율적으로 운용할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 포일/마그네틱 하이브리드 베어링이 적용된 로터 모델을 제시하고, 동적 특성을 식별하였다. 또한, 포일 베어링과 마그네틱 베어링 사이의 하중 분배 관계를 명확히 하기 위한 실험 방법을 제시하였고, 실험 결과를 바탕으로 최적의 로터 편심과 베어 변수를 도출하였다. 마지막으로 하이브리드 베어링을 장착한 225 kW 급 터보 압축기롤 설계하였으며, 베어링 모드 및 공력 부하를 포함한 진동을 모사할 수 있는 시뮬레이터를 구축하였다. 실험을 통해 저속의 베어링 진동 모드와 고속의 공력 불안정성을 저감하였고, 다양한 속도 범위의 진동 모드 혹은 외란에서도 우수한 진동 성능을 가지고 있음을 실험적으로 검증하였다. 결과적으로, 하이브리드 베어링의 동적 특성을 식별하고, 고속의 오일 프리 터보 기기로의 응용을 성공적으로 실현하였다.
more초록/요약
As a smart bearing, foil/magnetic hybrid bearings has a good performance of vibration suppression in rotating system. However, there are no reports of dynamic prediction using parameter identification based on vibration control. This study presents simulation results of rotor model supported by foil/magnetic hybrid bearings and identifies dynamic performance of hybrid bearings through experimental identification. Experiments were conducted to clarify the proper load distribution relationship between the magnetic bearing and the foil bearing. This can provide the control parameters to optimize the performance of the hybrid bearings and the backup performance at high speed can be examined. Lastly, experimental analyses of the vibration stability of a 225 kW class turbo compressor with a hybrid bearings were performed. As the rotor speed increased, excessive rotor motion attributable to aerodynamic and bearing instability became evident. As a result, it improves the dynamic performance of the rotor by rectifying unstable vibrations at low speeds, and suppresses asynchronous vibrations due to aerodynamic instability using magnetic bearings with vibration control. By applying vibration control of the hybrid bearing-rotor system, it is expected that oil-free turbo machines will achieve excellent performance.
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