Concepts for a theoretical and experimental study of lifting rotor random loads and vibrations. Phase 6-B: Experiments with progressing/regressing forced rotor flapping modes

A two bladed 16-inch hingeless rotor model was built and tested outside and inside a 24 by 24 inch wind tunnel test section at collective pitch settings up to 5 deg and rotor advance ratios up to .4. The rotor model has a simple eccentric mechanism to provide progressing or regressing cyclic pitch excitation. The flapping responses were compared to analytically determined responses which included flap-bending elasticity but excluded rotor wake effects. Substantial systematic deviations of the measured responses from the computed responses were found, which were interpreted as the effects of interaction of the blades with a rotating asymmetrical wake

A study of rotor eccentricities effects on brushless doubly fed machines performance

This paper studies the unbalanced magnetic pull (UMP) in the Brushless Doubly-Fed Machine (BDFM). Analytical study is performed to derive the UMP, then, Finite element (FE) analysis, which has been verified experimentally, is used to verify the analytical method. The BDFM with different types of rotor eccentricities including static and dynamic eccentricities, are also modeled in FE method and their resultant UMPs are obtained. The results are compared with the case at which a perfectly constructed rotor is considered. The study has been carried out on a prototype D400 250 kW BDFM

Heat and Hall Effect of an Oscillating Plate in a Porous Medium

An exact solution of the flow of heat and viscous fluid on a porous plate by using perturbation is obtained for the conjugate problem of an electrically conducting fluid in the presence of strong magnetic field by introducing the Hall currents. The fluid half-space is considered to be porous. Large time solution and effects of porous medium are discussed. It was shown that Hall Effect setup an opposing force which reduces the velocity. Temperature and velocity distributions have been obtained and the effect of various values of nondimensional physical parameters on streamline patterns and skin friction coefficient and Nusselt number are presented and discusse

A Review of Modeling and Diagnostic Techniques for Eccentricity Fault in Electric Machines

Research on the modeling and fault diagnosis of rotor eccentricities has been conducted during the past two decades. A variety of diagnostic theories and methods have been proposed based on different mechanisms, and there are reviews following either one type of electric machines or one type of eccentricity. Nonetheless, the research routes of modeling and diagnosis are common, regardless of machine or eccentricity types. This article tends to review all the possible modeling and diagnostic approaches for all common types of electric machines with eccentricities and provide suggestions on future research roadmap. The paper indicates that a reliable low-cost non-intrusive real-time online visualized diagnostic method is the trend. Observer-based diagnostic strategies are thought promising for the continued research

Design Of New Type High Efficiency Magnetic Gear

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015Elektrik makinelerinin tasarımında moment/hacim veya güç/hacim oranının yüksek olması beklenir. Elektrik makinaları, yük momentini karşılamada yetersiz kaldıklarında ara eleman olarak dişliler kullanılır. Sanayide yoğun olarak kullanılan dişliler momenti veya hızı belli oranda arttırabilir veya azaltabililler. Böylece elektrik makinesiyle yük arasındaki dengeyi sağlarlar. Mekanik dişliler akustik gürültüsü, sıkça yağlama ve bakım gerektirmesi ve aynı zamanda bakım maliyetinin yüksek olması gibi dezavantajlara sahiptir. Manyetik dişliler ise dişliler arasında fiziksel temas olmadığından hem sessiz çalışırlar hem de yağlama ve bakım gerektirmezler. Maynetik dişliler klasik dişlilere göre daha yüksek güç/hacim oranına sahiptir, dolayısıyla mekanik dişlilere iyi bir alternatif . olma potansiyeline sahiptir. Manyetik dişliler birden çok tasarımlara sahiptir; bunlara örnek olarak yüzeysel mıknatıslı, spur, planetary, spoke tipleri verilebilir. Bunlardan en çok bilineni yüzey mıknatıslı manyetik dişlilerdir. Manyetik dişlilerde farklı çeşitte mıknatıslar kullanılmaktadır. Bunlar arasında Neodyum-Demir-Bor (NdFeB), Samarium Kobalt(SmCo) ve Alüminyım-Nikel-Kobalt (Alnico) sayılabilir. NdFeB mıknatıslar hem yüksek akı sağlaması hem de ters manyetik alana dayanma kabiliyeti çok iyi olması nedenleriyle elektrik makinelerinin tasarımında sıklıkla kullanılırlar. SmCo mıknatıslarının en belirgin özelliği ise sıcaklık arttışına karşı performanslarını koruyabilmeleridir. Fakat NdFeB’lardan pahalıdırlar. Bundan dolayı askeri ve tıbbi sanayinin özel uygulamalarında kullanılırlar. Alnico ticari bakımdan en eski mıknatıslardan biridir ve manyetik çeliklerin ilk versiyonlarından geliştirilmişlerdir. İçeriğinde barındırdığı ilk elementler: isminden anlaşıldığı gibi; alüminyum (Al), nikel (Ni) ve kobalt (Co) elementleridir. Kalıcı mıknatısiyetleri yüksek olmasına karşın, görece düşük akı değerlerine sahiptirler ve en büyük dezavantajları kolayca demanyetize olmalarıdır. Fakat, ısıya dirençlidirler ve iyi mekaniki özelliklere sahiptirler. Klasik manyetik dişliler üç adet dönebilen kısmdan oluşmaktadır. İki parçası hareketli ve bir parçası sabittir. Hareketli kısma rotor ve sabit olan kısma stator denir. Bazı uygulamalarda, dış kısım stator görevini görürken orta kısm ve iç kısım rotor görevini görür. Diğer uygulamalarda ise orta kısım sabit tutulurken iç ve dış kısımlar döndürülür. Bu tezde, manyetik dişlilerin kullanılagelen klasik konfigürasyonlarına nazaran daha yüksek moment ve verim elde edilebilen yeni bir manyetik dişli konfigürasyonu önerilmiş ve analizi yapılmıştır. Birinci bölümde, giriş yapmakla birlikte manyetik dişlinin tarihi başlangıcından günümüze kadar incelenmiştir. Manyetik dişlilerin gelişmesinde ve yaygınlaşmasında etkin rolü olan çalışmalar ve yayınlar değerlendirmiştir. Yine bu bölümde, bu çalışmanın yapılmasındaki amaç ve hedeflerden bahsedilmiştir. Buna ek olarak, birinci bölümün son kısmında, proje boyunca kullanılan analiz programı tanıtılmıştır. İkinci bölümde, manyetik dişliler ile ilgili matematiksel eşitlikler ve parametrelerin anlamları verilmiştir. Daha sonra, manyetik dişlilerin modellenmesinde kullanılabilecek basit eşdeğer devre açıklanmıştır. Genel olarak manyetik dişlinin rotorlarındaki toplam çift kutup sayısı statordaki kutup sayısına eşit alınır. Üçüncü bölümde, farklı konfigürasyonların tasarım kriterleri, simulasyon şartları ve sonuçları sunulmuştur. Öncelikle klasik manyetik dişli olarak kabul edilen yüzeysel mıknatıslı manyetik dişlinin geometrik ve manyetik özellikleri referans bir kaynaktan elde edilmiş ve statik analizi yapılmıştır. Statik analizde rotorun biri sabit bir hızda döndürülürken diğer rotor hareketsiz bırakılır. Moment grafiği sinüs şeklindedir. Statik analiz tamamlandıktan sonra sonuçlar referans kaynaktaki sonuçlar ile karşılaştırılmştır. Sonuçların tutarlı olduğu görülmüştür. İkinci aşama olarak yüzeysel mıknatıslı manyetik dişlinin analiz sonuçları referans kabul edilip farklı konfgürasyonlar ile elde edilebilecek iyileştirmeler araştırılmıştır. Farklı konfigürasyonlar denenirken mıknatıs hacminin aynı kalmasına dikkat edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre V şeklinde gömülü mıknatıslı manyetik dişli klasik manyetik dişliye göre en yüksek momenti sağlamıştır. Statik analiz sonuçlarına göre momentte %9.5’luk bir artış sağlanmıştır. Daha sonra yeni konfigürasyonun kararlı ve geçici hal analizi yapılmıştır. Kararlı hal analinde iç ve dış rotor çevirme oranına göre belirlenen hızlarda döndürülerek elde edilir. Geçici hal analizinde ise manyetik dişlinin rotorlarından birine yük bağlanarak yapılmıştır. Diğer rotor belirli bir hızda döndürüldüğünde yükün bağlı olduğu rotorun hızına bakılır. Böylelikle yük, eylemsizlik ve sönümleme katsayısının manyetik dişli davranışına etkisi incelenir. Yapılan anlizde moment ve hız başlangıçta osilasyon yapsa bile yük momenti, eylemsizlik ve sönümleme katsayısına göre belirli bir değere oturmuştur. Gerek kararlı hal gerekse de farklı yüklerde için yapılan geçici hal analiz sonuçları tutarlı bulunmuştur. Çevirme oranı her iki durumda da teorik çevirme oranı olan 5.5’a yakın bulunmuştur. Sonraki analizlerde, yeni tip (IPM) manyetik dişlinin analizlerine geçilecek ve farklı yüklerde elde edilen analiz sonuçları verilecektir. Son olarak V şeklinde gömülü mıknatıslı manyetik dişlinin verimlilik analizleri yapılmıştır ve klasik manyetik dişli ile karşılaştırılmıştır. Bunun için kararlı hal analizinden yararlanılmıştır. Verim analizinde histerezis ve girdap akımı kayıpları hesaba katılırken kayıpların hıza bağlı olarak nasıl değiştiği araştırılmıştır. Son bölümde ise sayısal sonuçlar değerlendirilmiş ve ilerde yapılacak çalışmalar için bazi onerilerde bulunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre V şeklinde gömülü mıknatıslı manyetik dişli klasik manyetik dişliye göre herhangi bir maliyet artışına neden olmamıştır. Önerilen manyetik dişlinin verimi çevirme oranı 5,5 kalacak şekilde belirlenen üç faklı hız için hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, klasik manyetik dişli verimine göre 60/330 min-1 de %2’lik bir artış, 1200/6600 min-1 de %6’lık bir artış, % 2400/13200 min-1 de ise %15’lik bir artış sağlanmıştır. Önerilen yeni konfigürasyon özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisi dönüşüm sistemleri için uygundur. Çünkü rüzgar hızı genellikle generatörün (özellikle asenkron generatör) anma hızına göre düşüktür ve dolayısıyla generatör verimli çalışabilmesi için dişli kutusu gereklidir. Manyetik dişlilerin mekanik dişlilere göre zaten mevcut olan pek çok avantajın yanısıra ve önerilen konfigürasyonun veriminin 1500 min-1 de %90 civarı olması önemli bir gelişmedir. Bu da önerilen konfigürasyonun rüzgar türbinlerinde kullanılagelen mekanik dişlilere iyi bir alternatif olabileceğini göstermektedir. Bu çalışma daha sonra yapılması planlanan manyetik dişli gömülü motor/generatör çalışmalarına önayak olacaktır. Manyetik dişli ile sürekli mıknatıslı generatörü ayrı ayrı kullanmak yerine birleştirilerek hem maliyet azaltılabilecek hem de yerden tasarruf sağlanabilecektir. Böylece rüzgar türbinlerinin yaygınlaşmasına ve termik santrallerin neden olduğu hava kirliliğinin azaltılmasına katkıda bulunulabileceği düşünülmektedir.In the field of electric machine design, increasing torque density and efficiency is one of important aims. When machines fail to meet torque density requirements or are simply incapable of matching load torque, gears are commonly used. Gears are used abundantly in industry, because they can change speed and torque according to application requirements. However, mechanical gears have some disadvantages such as acoustic noise, high cost of maintenance, frequently maintenance needed and also low reliability. Consequently, Magnetic Gears (MG) have been proposed as a means of increasing torque density within electromechanical systems, while avoiding problems associated with traditional mechanical gears. Magnetic gears have many advantages in comparison with mechanical gears that will be discussed in following sections. In this thesis, a newly configured magnetic gear will be proposed which has higher torque capability and better efficiency in compared with other magnetic gears. In the first chapter, a brief introduction is given and history of magnetic gear will be explained, also, objectives of using magnetic gears will be discussed. Then background knowledge about gears which can help us to have better understanding about principles of magnetic gears will be presented. In the second chapter, mathematical computation and formulation of flux generation in magnetic gear will be explained. Moreover, equivalent circuit of Magnetically Geared Permanent Magnet Generator (MGPMG) will be explained. In the third chapter, design technics, simulation results of newly configured magnetic gear with new capability and also efficiency analyses will be presented. First of all, analyses which have been done on conventional form are presented. Then, proposed configuration will be introduced, additionally; result of static, steady state and transient analyses will be presented. Lastly, result of efficiency calculations and comparison will be given also in this chapter. In the last chapter, new and recommended ideas which are better to be done in further works is discussed.Yüksek LisansM.Sc

SIRM 2017

This volume contains selected papers presented at the 12th International Conference on vibrations in rotating machines, SIRM, which took place February 15-17, 2017 at the campus of the Graz University of Technology. By all meaningful measures, SIRM was a great success, attracting about 120 participants (ranging from senior colleagues to graduate students) from 14 countries. Latest trends in theoretical research, development, design and machine maintenance have been discussed between machine manufacturers, machine operators and scientific representatives in the field of rotor dynamics. SIRM 2017 included thematic sessions on the following topics: Rotordynamics, Stability, Friction, Monitoring, Electrical Machines, Torsional Vibrations, Blade Vibrations, Balancing, Parametric Excitation, and Bearings. The papers struck an admirable balance between theory, analysis, computation and experiment, thus contributing a richly diverse set of perspectives and methods to the audience of the conference

Study on longitudinal vibrations in turbomachinery coupled with skewed slotted bar cage induction motors

The present paper discusses the study of longitudinal vibrations in turbomachines coupled with skewed slotted bar cage induction motors and which are of the typical configurations in refinery industries. Based on vibration data, the severe longitudinal vibrations in tilting pad thrust bearing assembly and its failure mechanism during start up transient and steady-state operations has been observed. The excitation sources for these longitudinal vibrations originates from asymmetric air gaps in cage induction motors. Hereby, the study of longitudinal vibrations in turbomachines with thrust bearing is found to be necessary. A simplified Single degree freedom (SDOF) analytical model is proposed to estimate the peak response based on tuned variable stiffness method. Uniform air gap with rotor skew causes fixed thrust and is proportion to square of the load current. Static eccentricity across the rotor motor air gap causes variations in gap length and intern creates the torque fluctuations. This value is proportional to variance in square of the load current. In the proposed model evaluates the cascade effect of preloaded thrust due to rotor motor skewness and followed by compressor thrust due to differential pressure across the impeller in the form of the variable stiffness. This model has advantage in analysing the coupled motor and turbomachinery system response in longitudinal direction in a simple manner. The longitudinal vibrations estimate at thrust bearing and compared with experimental vibration data obtained from the field machinery. There is a good convergence between results of the analytical model and experimental field vibration data