압전 제어가 가능한 가스포일 베어링 개발 및 실험 연구 :Development and Experimental Feasibility Study on Piezoelectric Controllable Gas Foil Bearings

김동희

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 김동희 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 심규호

발행연도: 2021

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

압전 제어가 가능한 가스포일 베어링 개발 및 실험 연구

김동희 기계디자인금형공학과 2021.01 학위논문

2019

압전제어 가스포일 베어링의 실시간 프리로드 제어를 통한 성능 실험 평가

김동희 , 박지수 , 심규호 한국유체기계학회 학술대회 논문집 2019.07 학술대회자료

2018

가스포일 베어링의 실시간 압전제어 성능에 대한 실험적 타당성 연구

김동희 , 박지수 , 심규호 한국유체기계학회 학술대회 논문집 2018.11 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

본 연구에서는 기존 가스 포일 베어링(Gas foil bearing, GFB)의 프리로드를 수동으로 조절하는 문제를 극복하기 위해 GFB에 압전스택(Piezoelectric stack, PZT)을 삽입해 외부 전원회로로 프리로드를 제어할 수 있는 새로운 메커니즘의 제어 가능한 가스 포일 베어링(Controllable-gas foil bearing, C-GFB)을 개발하였다. C-GFB의 설계는 베어링 포일구조와 하우징 사이에 세 개의 PZT가 위치되어 PZT 변형에 의해 프리로드가 발생하도록 설계되었다. 또한 PZT는 별도의 PZT 모듈로 구성되어 베어링 하우징에 쉽게 탈부착 및 정확한 프리로드 구현이 가능하다. 설계된 C-GFB을 제작하였으며, 제작된 베어링에 대해서 특성 측정 및 구동 실험을 수행하였다.
C-GFB의 특성 측정을 통해서 베어링 반경방향 간극과 입력전압에 대한 총 PZT 변형량을 알 수 있었다. 베어링 반경방향 간극은 153 μm로 측정되었고 총 PZT 변형량은 100 μm로 측정되었다. 즉, 본 연구에서 제작된 C-GFB은 베어링 간극 대비 충분한 프리로드를 가해줄 수 있음을 확인하였다.
구동실험을 통해 C-GFB의 입력전압 변화에 따른 회전체 동역학 특성을 파악하였다. PZT의 전압은 -10 V, 50 V, 140 V씩 인가하였으며, 이는 베어링 프리로드 0 μm, 40 μm, 80 μm를 의미한다. PZT 입력전압이 증가할수록 위험속도는 27% 지연되었고 위험속도에서 진폭은 51% 감소되었다. 또한 고속에서 비동기 진동이 작게 발생하였다. 즉, C-GFB의 PZT 입력전압을 증가시킬수록 베어링 프리로드 효과가 발생됨을 확인하였다.
위험속도와 비동기 진동이 발생하는 고속 구동 중 C-GFB의 프리로드 실험을 수행하여 C-GFB의 제어 성능을 검증하였다. 위험속도인 8.8 krpm에서 C-GFB의 PZT 입력전압을 증가시켰을 때 동기 진폭은 76% 감소되었다. 고속영역인 52 krpm에서 C-GFB의 PZT 입력전압을 증가시켰을 때 비동기 진폭은 78% 감소되었다. 즉, 회전체 구동 중 C-GFB의 PZT 입력전압을 제어할 때 베어링 프리로드 효과에 의해 회전체 안정성이 향상됨을 확인하였다.
결과적으로 C-GFB의 PZT 입력전압 증가에 따라 베어링 프리로드 효과가 발생되어 위험속도을 안정적으로 통과 가능하고 안정적인 고속구동이 가능하다. 또한 실시간 프리로드 제어가 가능해 실제 사용조건에서 발생하는 다양한 회전체 불안정에 대하여 즉각적인 안정성 향상을 기대할 수 있다.

This study presents the development and real-time control performance of a new mechanism controllabe gas foil bearing(C-GFB) that can control mechanical preload by inserting piezoelectric stack(PZT) into gas foil bearing(GFB). In the design of C-GFB, three PZTs are located between the bearing foil structures and the bearing housing, and mechanical preload occurs due to PZT deformation. In addition, PZTs are compoed of a separate PZT module, so it can be easily detached/attached to the bearing housing and accurate preload. Therefore, the designed C-GFB was manufactured, and was subjected to characteristics measurement and rotordynamic test, real-time control test.
Firstly, the radial clearance of C-GFB and the total amount of PZT deformation according to input voltage were measured. The radial clearance of C-GFB was measured to be 153 μm and the total amount of PZT deformation according to input voltage was measured to be 100 μm. That is, the manufactured C-GFB can apply a sufficient preload compared to the bearing clearance.
Second, it present the rotordynamic performance according to the input voltage of C-GFB through the rotordynamic test. The input voltage of C-GFB were applied by ?10 V, 50 V and 140 V each, which means mechanical preload 0 μm, 40 μm and 80 μm. As the input voltage of C-GFB increased, the critical speed was delayed by 27% and the synchronous amplitude at the critical speed decreased by 51%. Also sub-synchronous amplitude was small at high speed where sub-synchronous motion occurred. That is, As the input voltage of C-GFB increased, the mechanical preload effect occurred.
Finally, it present the real-time control performance of C-GFB through the real-time control test at critical speed and high speed where sub-synchronous motion occurred. When the input voltage of C-GFB was increased at the critical speed of 8.8 krpm, the synchronous amplitude decreased by 76%. Also when the input voltage of C-GFB was increased at the high speed of 52 krpm, the sub-synchronous amplitude decreased by 78%.
As a result, since the C-GFB can control real-time preload, it can immediately improve stability in response to rotordynamics instability that occurs during actual use.

#Gas foil bearing

요약 ⅰ
표목차 ⅲ
그림목차 ⅲ
기호설명 v
I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 대상 소개 4
II. C-GFB 개발 6
1. C-GFB 설계 6
2. C-GFB 제작 12
III. 특성 측정 14
1. PZT 변형량 측정 14
2. 베어링 간극 측정 16
3. 포일구조 제작성 측정 18
IV. 구동 실험 20
1. 회전체 동역학 성능 실험 20
2. C-GFB 제어 실험 26
V. 결 론 28
참고문헌 30
영문초록(Abstract) 32

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)