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Type: Tese
Title: Identification of annular gas seal coefficients, rotorstator contact, and nonlinear analysis of a rotordynamic system
Other Titles: Identificação coeficientes de selos de gás anulares, contato rotor-estator e analise não-linear de um sistema rotodinâmico
Author(s)/Inventor(s): Maldonado, David Julián González
Advisor: Ritto, Thiago Gamboa
Abstract: Nesta tese são realizadas investigações teóricas e experimentais de uma bancada usada para a identificação de coeficientes de gás anulares. O trabalho é dividido em três partes: (i) a identificação dos coeficientes de um selo anular; (ii) a simulação do movimento de um modelo de contato rotor-estator; (iii) a análise de um sistema rotodinâmico com mancais e eixo anisotrópicos, e um selo com rigidez e amortecimento cúbicos. Na primeira parte, os coeficientes são calculados excitando o rotor com atuadores magnéticos e medindo o deslocamento rotor-estator com sensores de proximidade. A Rigidez Dinâmica Complexa (RDC) é obtida como a função de transferência entre a forca magnética e o deslocamento do rotor. Os coeficientes são diretamente obtidos da parte real e imaginária da RDC. Para o contato rotor-estator, modelos simplificados para o rotor e estator são usados. O contato é modelado como forças normais e tangenciais com atrito de Coulomb. Três simulações foram realizadas e diferentes formas de movimento foram observadas: direta, retrógrada, subsíncrona, supersíncrona e caótica. Os tipos de vibração são analisados usando gráficos de órbitas, mapas de Poincaré, espectros de potência e espectrogramas. A última parte da tese considera um rotor anisotrópico com mancais anisotrópicos e um selo anular com amortecimento e rigidez cúbica. Primeiro, o sistema é analisado mediante a teoria de Floquet e mostra o comportamento da combinação de ressonâncias com grau de anisotropia dos mancais e eixo. Depois, os pontos fixos do sistema são calculados usando um método semi-analítico conhecido como método das formas normais. Os resultados são comparados com uma integração numérica simples das equações.
Abstract: This thesis deals with theoretical and experimental investigations of a test rig used for identification of annular gas seal coefficients. The work is divided in three parts: (i) the identification of coefficients from an annular seal; (ii) the simulation of the motion from a rotor-stator contact model; (iii) the analysis of rotordynamic system with anisotropic bearings and shaft, and a seal with cubic stiffness and damping. In the first part, the coefficients are computed by exciting the rotor with magnetic actuators and measuring the rotor-stator displacement with proximity sensors. The Complex Dynamic Stiffness (CDS) matrix is obtained as the transfer function between forces and displacements. The coefficients are obtained from the real and imaginary parts of the CDS matrix. For the rotor-stator contact, simplified models of the rotor and stator are used. The contact is modeled as tangential and normal forces with Coulomb friction. Three simulations are performed and different motion patterns are observed: forward, backward, subsynchronous, supersynchronous and chaotic vibration. The types of vibration are analyzed by orbits plots, Poincar´e maps, full spectra and full spectrograms. The last part of thesis considers a simplified anisotropic rotor with anisotropic bearings and an annular seal with cubic damping and stiffness coefficients. First, the system is analyzed by the Floquet theory, showing the behavior of the combination resonances with the degree of anisotropy from the bearings and rotor. Then, the fixed points of the system are computed by a semi-analytical method known as the Normal Forms method. The results are compared with a simple numerical integration of the equations.
Keywords: Rotordinâmica
Vedantes anulares de gás
Fricção da vedação do rotor
Formas normais
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Nov-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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