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회전체동역학 설계기술 개론 원문보기

소음진동 = Journal of KSNVE, v.26 no.3, 2016년, pp.25 - 29  

이안성 (한국기계연구원 시스템다이나믹스연구실)

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문제 정의

  • 이 글에서는 스팀터빈, 가스터빈, 압축기, 펌프, 발전기, 모터, 스핀들 등 다양한 회전기계 로터베어링 시스템의 동역학적 설계 건전성을 다루는 회전체동역학 설계기술을 개요적으로 살펴보 았다. 회전체동역학 설계 건전성 검토는 크게 로터-베어링 시스템의1) 위험속도, 2) 진동 수준(크기), 그리고3) 동적 안정성의 세 가지 설계특성에 주안을 둔다.
  • 특히, 비출력(로터 중량 대비 출력) 극대화 또는 고속 작업의 필요성으로 인해 로터가 위험속도에 근접하거나 위험속도를 넘어 운전하는 회전기계에 있어 회전체동역학적 설계 건전성검증은 필수 설계 요건이 된다. 이 글에서는 회전체동역학 설계기술의 전반적인 개요에 대하여 논하고자 한다. 회전기계 로터-베어링의 시스템의 보다 상세한 회전체동역학 설계 개념 및 절차는 API STD 684(1)와 이안성(2)을 참조하기 바란다.
  • 모든 회전기계 로터에는 불균형(unbalance)이 존재하며, 이 불균형은 로터-베어링 시스템에 1X(회전수 동기) 강제가진 외력으로 작용한다. 특히, 정격 연속 운전속도 및 위험속도를 통과할 때불균형에 따른 진동 수준(흔히, 불균형 진동응답)이 설계 검토된다. 정격 운전속도에서의 진동 크기는 베어링의 강성에 그리고 위험속도에서의 진동 크기는 베어링의 감쇠에 보다 의존한다.

가설 설정

  • 회전기계의 회전체동역학 설계해석 또는 건전성 검토는 크게 세 가지 설계특성에 주안을 두고 진행된다. 즉, 로터-베어링 시스템의 1) 위험속도, 2) 진동 수준(크기), 3) 동적 안정성이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
회전체동역학 설계기술이란 무엇인가? 스팀터빈, 가스터빈, 압축기, 펌프, 발전기, 모터를 비롯한 스핀들 등 다양한 회전기계 로터-베어링 시스템의 동역학적 설계 건전성을 다루는 기술 분야가 회전체동역학 설계기술이다. 특히, 비출력(로터 중량 대비 출력) 극대화 또는 고속 작업의 필요성으로 인해 로터가 위험속도에 근접하거나 위험속도를 넘어 운전하는 회전기계에 있어 회전체동역학적 설계 건전성검증은 필수 설계요건이 된다.
회전기계의 회전체동역학 설계해석 또는 건전성 검토는 어떠한 설계특성에 주안을 두는가? 회전기계의 회전체동역학 설계해석 또는 건전성 검토는 크게 세 가지 설계특성에 주안을 두고 진행된다. 즉, 로터-베어링 시스템의1) 위험속도, 2) 진동 수준(크기), 3) 동적 안정성이다.
설계 건전성검증이 필수 설계요건이 되는 분야는 어디인가? 스팀터빈, 가스터빈, 압축기, 펌프, 발전기, 모터를 비롯한 스핀들 등 다양한 회전기계 로터-베어링 시스템의 동역학적 설계 건전성을 다루는 기술 분야가 회전체동역학 설계기술이다. 특히, 비출력(로터 중량 대비 출력) 극대화 또는 고속 작업의 필요성으로 인해 로터가 위험속도에 근접하거나 위험속도를 넘어 운전하는 회전기계에 있어 회전체동역학적 설계 건전성검증은 필수 설계요건이 된다. 이 글에서는 회전체동역학 설계기술의 전반적인 개요에 대하여 논하고자 한다.
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참고문헌 (6)

  1. API 684 2nd Ed, 2005, API Standard Paragraphs Rotordynamic Tutorial: Lateral Critical Speeds, Unbalance Response, Stability, Train Torsional, and Rotor Balancing. 

  2. 이안성, 1998, 핵심 회전설비의 신뢰성 보장을 위한 로터다이나믹 설계감리, 한국소음진동공학회지, 제8권, 제5호, 소특집: 회전체 구조물의 진동, pp. 775-783. 

  3. Nicholas, J. C., 1996, Hydrodynamic Journal Bearings - Types, Characteristics and Applications, Mini Course Notes, 20th Annual Meeting, The Vibration Institute, Willowbrook, Illinois, pp. 79-100. 

  4. Nicholas, J. C., 1994, Tilting Pad Bearing Design, Proceedings of the 23rd Turbomachinery Symposium, Texas A&M Univ., pp. 179-194. 

  5. 이안성, 2013, 프로세스 고속 경량 원심 압축기의 로터다이나믹 안정성 강화를 위한 설계해석 - Part I: 베어링 설계의 영향, 한국윤활학회지, 제29권, 제6호, pp. 386-391. 

  6. 이안성, 2014, 프로세스 고속 경량 원심 압축기의 로터다이나믹 안정성 강화를 위한 설계해석 - Part II: 로터다이나믹 안정성 개선, 한국윤활학회지, 제30권, 제1호, pp. 9-14. 

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