Design and simulation of squeeze film dampers in test rig
Parviainen, Topias (2019)
Diplomityö
Parviainen, Topias
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112744500
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112744500
Tiivistelmä
The goal of the research was to design Squeeze Film Dampers (SFDs) into the test rig and study their behavior in virtual model of the rig. The test rotor was modelled with MATLABs RoBeDyn-toolbox, first without the dampers. At this point, there are six mass points and 21 nodes in model. The model was verified by comparing the results from numerical model to results from done measurements from the test rotor. Measurements were done with 1D piezo sensors and they were used to measure accelerations in time domain on test rotor while it was stationary. Gained results were converted from time domain to frequency with FFT-method and the results were compared to numerical model’s same situation results.
Dampers were added into the numerical model. There are, at this point, eight mass points and 23 nodes in model. Damping and stiffness of dampers was adjusted so that, vibration amplitude reached its minimum value. With these parameters, the designing of the dampers began. From designed dampers, model with four-springs was found out the most suitable. It’s stiffness, damping and dimensions were close to the ones from numerical model. Designed dampers fit into the original bearing housing, they are modular unit and they are easy to assemble or disassemble, which supports the modular design view.
The designed SFDs clearly lowered the amplitude in resonance frequencies, and they spread the resonance spike into wider range of Revolutions Per Minutes (RPMs) with their damping ability. By comparing the Campbell diagram of the test rig without and with SFDs, we noticed that the SFDs are lowering resonance frequencies on the test rig. The SFDs are working in model as they were expected to work. Tutkimuksen tavoitteena oli suunnitella roottorin testauslaitteeseen öljykalvovaimentimet ja tutkia niiden käyttäytymistä virtuaalimallissa. Testiroottori mallinnettiin MATLAB:in Rotor-Bearing Dynamics-paketin (RoBeDyn-paketin) avulla, aluksi ilman vaimentimia. Mallissa on tässä vaiheessa kuusi massapistettä ja 21 solmua. Malli verifioitiin vertaamalla sen avulla saatuja tuloksia testiroottoriin tehtyihin mittauksiin. Mittaukset tehtiin 1D-piezoantureilla ja niiden avulla mitattiin kiihtyvyyksiä aikatasossa testiroottorista sen ollessa pyörimättä. Saadut tulokset muunnettiin Fast Fourier Transform-muunnoksella (FFT-muunnoksella) aikatasosta taajuustasoon ja niitä verrattiin numeerisen mallin vastaaviin tuloksiin.
Tehtyyn numeeriseen malliin lisättiin öljykalvovaimentimet. Mallissa oli tässä vaiheessa kahdeksan massapistettä ja 23 solmua. Vaihtelemalla vaimentimien jäykkyyttä ja vaimennusta, etsittiin arvot, joilla värähtelyamplitudi ennalta valitussa kolmessa pisteessä oli mahdollisimman pieni. Näiden saatujen numeeristen arvojen avulla alettiin suunnitella 3D-osia vaimentimille. Suunnitelluista öljykalvovaimentimista, sopivimmaksi todettiin nelijousinen vaimennin. Sen jäykkyys, vaimennus ja fyysiset mitat vastasivat numeerisen mallin avulla etsittyjä lukuarvoja. Suunnitellut vaimentimet mahtuvat alkuperäiseen laakeripesään, ovat modulaarinen yksikkö ja ne on helppo vaihtaa tai ottaa pois, mikä tukee työhön kuuluvaa modulaarista suunnittelua.
Suunnitellut vaimentimet pienensivät selvästi resonanssin aiheuttamaa äkillistä muutosta värähtelyamplitudissa, ja resonanssin aiheuttama värähtelypiikki vaimeni leviten laajemmalle alueelle. Vertaamalla Campbell diagrammia testiroottorista ilman vaimentimia ja vaimentimien kanssa huomattiin, että vaimentimet laskevat roottorin resonanssitaajuuksia. Suunnitellut vaimentimet toimivat odotetulla tavalla.
Dampers were added into the numerical model. There are, at this point, eight mass points and 23 nodes in model. Damping and stiffness of dampers was adjusted so that, vibration amplitude reached its minimum value. With these parameters, the designing of the dampers began. From designed dampers, model with four-springs was found out the most suitable. It’s stiffness, damping and dimensions were close to the ones from numerical model. Designed dampers fit into the original bearing housing, they are modular unit and they are easy to assemble or disassemble, which supports the modular design view.
The designed SFDs clearly lowered the amplitude in resonance frequencies, and they spread the resonance spike into wider range of Revolutions Per Minutes (RPMs) with their damping ability. By comparing the Campbell diagram of the test rig without and with SFDs, we noticed that the SFDs are lowering resonance frequencies on the test rig. The SFDs are working in model as they were expected to work.
Tehtyyn numeeriseen malliin lisättiin öljykalvovaimentimet. Mallissa oli tässä vaiheessa kahdeksan massapistettä ja 23 solmua. Vaihtelemalla vaimentimien jäykkyyttä ja vaimennusta, etsittiin arvot, joilla värähtelyamplitudi ennalta valitussa kolmessa pisteessä oli mahdollisimman pieni. Näiden saatujen numeeristen arvojen avulla alettiin suunnitella 3D-osia vaimentimille. Suunnitelluista öljykalvovaimentimista, sopivimmaksi todettiin nelijousinen vaimennin. Sen jäykkyys, vaimennus ja fyysiset mitat vastasivat numeerisen mallin avulla etsittyjä lukuarvoja. Suunnitellut vaimentimet mahtuvat alkuperäiseen laakeripesään, ovat modulaarinen yksikkö ja ne on helppo vaihtaa tai ottaa pois, mikä tukee työhön kuuluvaa modulaarista suunnittelua.
Suunnitellut vaimentimet pienensivät selvästi resonanssin aiheuttamaa äkillistä muutosta värähtelyamplitudissa, ja resonanssin aiheuttama värähtelypiikki vaimeni leviten laajemmalle alueelle. Vertaamalla Campbell diagrammia testiroottorista ilman vaimentimia ja vaimentimien kanssa huomattiin, että vaimentimet laskevat roottorin resonanssitaajuuksia. Suunnitellut vaimentimet toimivat odotetulla tavalla.