Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-14Bitstream added on 2014-06-13T18:55:42Z : No. of bitstreams: 1 guirao_vs_me_ilha.pdf: 3586237 bytes, checksum: 945e594528c1e4e71d8ddb43d3bc1001 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho trata do controle de vibrações em rotores utilizando mancais magnéticos ativos. Foram apresentadas simulações numéricas para o posicionamento ótimo de um atuador magnético utilizado para atenuar vibrações em rotor apoiado por mancais convencionais. O posicionamento ótimo do atuador foi implementado utilizando como função objetivo as normas H2 e H∞. Para modelar o rotor foi utilizado o método de elementos finitos (MEF) e a técnica de redução pseudo-modal para diminuir o esforço computacional durante o controle. As simulações mostraram que um bom posicionamento do atuador aliado ao controle LQR proporcionam grandes reduções dos níveis de vibração no rotor, quando comparado aos níveis de vibração do rotor original. Para a bancada de testes foram realizadas simulações adicionais, tendo em vista que o rotor experimental utiliza dois mancais magnéticos para levitar e controlar as vibrações. Foram apresentados os resultados de simulações de dois controladores LQR projetados com os dados da bancada de testes utilizada nos experimentos. O primeiro controlador considera modelo de rotor flexível modelado pelo método de elementos finitos e reduzido com a técnica de redução pseudo-modal. O segundo controlador foi modelado considerando o rotor como sendo um corpo rígido. Os resultados experimentais foram confrontados com os resultados de simulação e com os resultados obtidos do controlador do fabricante que forneceu a bancada / This paper deals with vibration control of rotors using active magnetic bearings. Numerical simulations were presented for the optimal positioning of a magnetic actuator used to attenuate vibrations in rotor supported by conventional bearings. The optimal positioning of the actuator was implemented using as objective function the norm H2 e H∞. To model the rotor was used finite element method (FEM) and the pseudo-modal reduction technique to reduce computational effort during the control. The simulations showed that a good positioning actuator combined to the control LQR provide great reductions in the levels of vibration in the rotor, compared the vibration of the original rotor. For the test rig were realized adittional simulations, in view of the rotor experimental uses two magnetic bearings for levitating and control the vibrations. Were present the results of two simulations designed LQR controllers with data from the test rig used in the experiments. The first controller model considers flexible rotor modeled by finite element method and reduced with the pseudo-modal reduction technique. The second controller is modeled considering the rotor as a rigid body. The experimental results were compared with simulation results and the results obtained from the controller manufacturer who supplied the test rig

Orientador: Ilmar Ferreira Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T17:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MelquisedecFrancisco_M.pdf: 4536587 bytes, checksum: cf5766b2de10c64f376962a4229e8c72 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O presente trabalho descreve detalhadamente as principais etapas e hipóteses simplificadas para se conseguir descrever matematicamente as características operacionais de mancais segmentados levando-se em consideração os efeitos térmicos. Utiliza-se um modelo computacional termohidrodinâmico que possibilita obter a distribuição de pressão, a espessura do filme de óleo, a variação tridimensional da viscosidade e temperatura e os perfis de velocidade. O primeiro passo no detalhamento matemático é a obtenção de uma equação analítica para descrever a folga radial em função das coordenadas do centro do rotor, do mancal e do ângulo de inclinação de cada segmento. A partir da equação de movimento dos fluidos (ou de Navier-Stokes) e da continuidade, obtém-se a equação de Reynolds, tendo como hipótese principal que o fluido em questão escoa de forma laminar na folga radial. Resolvendo-se a equação de Reynolds, obtém-se a distribuição da pressão hidrodinâmica. Integrando-se a distribuição da pressão sobre a superfície do segmento obtém-se as forças hidrodinâmicas responsáveis pela sustentação do rotor e redução do atrito entre as partes girantes e não girantes do sistema. Estas forças são calculadas iterativamente até que se encontre o ponto de equilíbrio rotor-mancal, o qual é resultante das forças existentes e do momento em torno dos apoios dos segmentos. A viscosidade varia nas três dimensões do problema físico considerado e depende somente da temperatura, a qual é obtida através da equação da energia para um fluido incompressÍvel. As equações de Reynolds e da energia são resolvidas simultaneamente através do Método das Diferenças Finitas com o auxílio de um programa computacional desenvolvido em linguagem "C" e os resultados advindos foram comparados com outros verificados na literatura consultada / Abstract: This work details the principal steps and simplifying assumptions for describing mathematically the dynamical characteristics of tilting-pad journal bearings taking into account the thermal effects. One uses a thermohydrodynamic mo deI which allows the description of the pressure distribution over the pads, the tridimensional variation of the temperature of the oil together with its velocity profiles. The first step to obtain the mathematical model is the description of an equation that describe the radial clearence, which is obtained from the coordinate system of the shaft and the inclination angle of the pads. From the Navier-Stokes and continuity equations, we obtain the Reynols equation, having the hypothesis that the fluid flow is laminar. Solving the Reynolds equation, it is obtained the hydrodynamic pressure distribution. Then this pressure is integrated over the pad surface, to obtain the hydrodynamc forces that sustain the shaft and reduce the friction between the shaft and pads. This forces are calculated iteractively since the equilibrium point is reached, which is a function from the forces and moments. The viscosity vary in three dimensions and is a function from the temperature, which is obtained from the energy equation for an incompressible fluid. The Reynolds and energy equations are solved simultaneously through the Finite Difference Method with the use of a computational program in C language and the obtained results are compared with others from the bibliografy analised. / Mestrado / Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ilmar Ferreira Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:24:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_FlavioYukio_D.pdf: 7415241 bytes, checksum: 4a5579de8485e3be77c05870cf8f5913 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A estabilidade de sistemas rotativos suportados por mancais hidrostáticos radiais com múltiplos rebaixos está diretamente relacionada com as características dinâmicas do filme de fluido lubrificante do manca. Os problemas de instabilidade acentuam-se com o aumento da velocidade de rotação da máquina, devido à redução do amortecimento e ao aumento do efeito de acoplamentos cruzados inerentes a este tipo de manca. Um aumento da margem de estabilidade de mancais radiais pode ser obtido através da adaptação de sistemas hidráulicos de controles acoplados a mancais convencionais. As forças no filme de fluido lubrificante são geradas em mancais hidrostáticos por dois tipos de mecanismos principais de lubrificação: a lubrificação hidrostática nos rebaixos do mancal e a lubrificação bidrodinâmica nos ressaltos dos mancais, quando operando em rotação. A combinação destes dois tipos de mecanismos de lubrificação resulta do mancal híbrido radmI (MHR). Quando parte da pressão hidrostática é dinamicamente modificada por meio de sistemas de controle hidráulico, diz-se que o mancal possui lubrificação ativa. O objetivo principal deste trabalho é a IDvestjgação do mancal híbrido radial com lubrificação ativa (MHRA), combinando dinâmica de fluido computacional e técnicas de controle. A maior contribuição deste trabaIho é demonstrar teoricamente a capacidade de influenciar os coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento do mancal hibrido racüal por meio da iqjeção controlada de fluido nos rebaixas opostos do mancal. Empregando-se a lubrificação ativa torna- se possível reduzir os coeficientes crozados de rigidez acelevados de estabilidade. As limitações e a viabilidade de implementação da lubrificação ativa também são mscutidas, baseadas no comportamento característico do controlador hidráulico e do sistema rotor-mancaL / Abstract: The stability of rotating systems supported by multirecess hydrostatic journal bearings is closely reIated to the dynamic characteristics of the bearing lubricant fluid film. The instability problems arise with the increase of the machine rotational speed, due to the bearing damping reduction and the increase of the joW'Ilal cross coupling effect. An increase in this stability reserve can be achieved by adapting active servo control systems on the conventional bearings; Fluid fiJmforces are generated in hydrostatic journal bearings mainly by two types of lubrication mechanisms: the hydrostatic lubrication in the bearing recesses and hydrodynanúc lubrication in the bearing lands, when operating in rotation. The combination of both lubrication mechanisms leads to hybrid journal bearings (HJB). When part of hydrostatic pressure is also dynamically modified by means of hydraulic control systems, one refers to the active lubrication. The main objective in this work is the investigation of an active hybridjournal bearing (AHJB), combining computational fluid dynamics and control tecbniques. The main contribution of the present work is reIated to the feasibility of influencing the hybrid joumal bearing stiffuess and damping coefficients by controlling the fluid injection into opposed bearing recesses. One shows that is possible to reduce cross-coupling stiffuess and increase the direct damping coefficients by means of the active lubrication, what leads to rotor-bearing systems with Jarger threshold of stability. The active lubrication limitations and implementation capabilityare al so discussed, based on the hydraulic controller and rotor-bearing system characteristic behaviors / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Mauro Hugo Mathias / Coorientador: Willy Roger de Paula Mendonça / Banca: José Elias Toamzini / Banca: Everaldo de Barros / Resumo: Os estudos relacionados a máquinas rotativas são muito importantes no apoio e manutenção da operação de máquinas de grande porte, tais como turbo compressores ou turbinas. Modelos analíticos e numéricos têm sido aplicados por anos, entretanto, eles nem sempre apresentam as condições reais dessas máquinas. Por isso, o uso de procedimentos experimentais para a avaliação e validação de resultados de máquinas rotativas é importante para a etapa de projeto mecânico. O uso de modelos em escala, por exemplo, turbinas hidráulicas ou turbinas a vapor, tem sido comum nesta área. Um rotor é dividido em várias partes, sendo uma delas os elementos de suporte, mais especificamente os mancais. Os mancais podem ser divididos em vários tipos, os mais utilizados são os do tipo rolamento e tipo hidrodinâmico. Devido este último ser o mais encontrado em máquinas pesadas, seu estudo é muito importante. Este trabalho objetiva apresentar o projeto de um protótipo de um mancal hidrodinâmico e sua avaliação experimental. O mancal desenvolvido consiste de uma bucha de bronze montada sobre uma casa de mancal de alumínio e sistemas de vedação para o óleo lubrificante. As geometrias das buchas e as propriedades dos fluidos foram analisadas pela medição do comportamento dinâmico de um rotor apoiados por esses mancais. Esta avaliação foi baseada na medição de uma bancada do tipo Jeffcott apoiada em um par de mancais hidrodinâmicos em condições diversas, incluindo combinações entre mancais do tipo rolamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Studies related to rotary machines are very important to support and keep the operation of large machines such as turbochargers or turbines. Analytical and numerical models have been applied for years, however, they do not always present the real condition of these machines. Therefore, the use of experimental procedures for the evaluation and validation of rotating machine results is important for mechanical design step. The use of scale models, for example, hydraulic turbines or steam turbines, has been very common in this area. A rotor is divided into several parts, one of which is the support elements, more specifically the bearings. The bearings can be divided into several types, the most common are the ball/roller bearing and the hydrodynamic bearing. Due to the latter be the most applied in heavy machinery, his study is very important. This work aims to show the design of a prototype of a hydrodynamic bearing and its experimental evaluation. The developed bearing consists of a bronze bushing mounted on an aluminum bearing housing and sealing systems for lubricating oil. The bushing geometries and the properties of the fluids are analyzed by measuring the dynamic behavior of a rotor supported by these bearings. This evaluation was based on the measurement of a Jeffcott rotor test bench supported by hydrodynamic bearings under a variety of conditions, including combinations of rolling and hydrodynamic type bearings,variation of the internal geometry of the bronze bushing ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissertação (mesrtado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T19:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:02:02Z : No. of bitstreams: 1 180083.pdf: 4127493 bytes, checksum: d04edc2a62ad8a150334c5548380bd76 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-16T22:58:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:31:01Z : No. of bitstreams: 1 183261.pdf: 2375964 bytes, checksum: adfeb585d19e175732b43a55ec997fea (MD5) / Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de mancais aerostáticos cilíndricos de baixo custo, para utilização em máquinas ferramentas de ultraprecisão ou instrumentos metrológicos.

No contexto industrial atual, no qual a máxima disponibilidade dos equipamentos ligados ao processo produtivo representa um fator crítico de sucesso, a manutenção industrial passa a desempenhar função estratégica, uma vez que se mostra necessário trabalhar pela prevenção e detecção antecipada das falhas. O constante desenvolvimento das técnicas de análise de vibração tem representado um diferencial na manutenção preditiva de equipamentos rotativos. A detecção de defeitos cada vez menores é constantemente demandada, a fim de possibilitar a ação planejada das equipes de manutenção. O acompanhamento de valores globais de velocidade não é totalmente eficaz nesta situação, e a análise do espectro em baixas freqüências do sinal de vibração nem sempre fornece indícios com a antecipação necessária. Nos equipamentos rotativos, a análise espectral do envelope de aceleração tem sido a alternativa mais precisa para a detecção de defeitos nos mancais de rolamento. O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade de uma análise simplificada do envelope de aceleração através do estabelecimento de um valor numérico único, dotado de referenciais práticos que permitam o diagnóstico de pequenos defeitos com a antecedência adequada. Parte-se da análise de sinais de vibração reais obtidos a partir de uma amostra de conjuntos motor – bomba centrífuga, no instante em que as intervenções de manutenção corretiva nos mancais de rolamento foram recomendadas. A obtenção de um valor global a partir do espectro do envelope de aceleração representa a simplificação desejada, uma vez que se conhece o valor correspondente a detecção efetiva de um defeito. O resultado da análise espectral é confirmado pela desmontagem dos mancais de rolamento danificados e determinação de seu estágio de falha. As conclusões apontam para a viabilidade técnica e econômica de um modelo otimizado de monitoramento preditivo de conjuntos motor – bomba centrífuga, a partir da medição combinada do Valor Global de velocidade RMS e do Valor Global do envelope de aceleração. Ao final do trabalho, uma proposta prática para aplicação na amostra de equipamentos estudada é apresentada. / In the current industry, in which the maximum availability of equipment connected to the production process is a critical factor for success, the industrial maintenance has a strategic role to play, since it appears to work for prevention and early detection of equipment failures. The constant development of the vibration analysis techniques has represented a spread in predictive maintenance of rotating equipment. The detection of smaller defects is constantly becoming possible, in order to enable the planned action of the maintenance teams. The monitoring of overall velocity values is not fully effective in this situation, and the analysis of the low frequencies vibration spectrum not always provides evidence with the required anticipation. In rotating equipment, the analysis of the acceleration envelope spectrum has been the more accurate alternative to the detection of defects in rolling bearing. The purpose of this study is to assess the feasibility of a brief analysis of the acceleration envelope through the establishment of a single numerical value, with practical benchmarks that allow the diagnosis of small defects with the appropriate notice. This study is the analysis of real vibration signals, obtained from a sample of electrical motors and centrifugal pumps, in the moment which the corrective maintenance of the rolling bearing was requested. Achieving the overall value from the envelope acceleration spectrum is the desired simplification, because the analyzed data corresponds to effective detection of a bearing defect. The result of the spectral analysis is confirmed by the disassembly of the damaged rolling bearing, and the determination of their failure stage. The optimized predictive technique composed by the overall envelope spectrum, and the overall velocity has its technical and economic feasibility confirmed. The proposed model can be successfully applied to the electrical motor and centrifugal pumps studied sample.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 95663.pdf: 2618891 bytes, checksum: 12b40b0cbbbeecb3a800c7249131432b (MD5) Previous issue date: 1994 / Esta dissertação de mestrado tem por objetivo aumentar o conhecimento sobre mancais aerostáticos esféricos. Para isso, um mancal aerostático duplo-esférico foi projetado, fabricado e qualificado. São descritos detalhes pertinentes às atividades de projeto, fabricação, montagem, ajustes, experimentos, resultados e as conclusões do trabalho. A análise do mancal contruído foi feita através dos resultados experimentais obtidos, quando se verificou a influência de fatores específicos: número de restritores, número de carreiras de restritores, pressão de alimentação, número de entradas de ar por carreira e excentricidade relativa axial inicial. Estes fatores foram analisados sob o ponto de vista de carregamento axial, radial e de momento. Os resultados obtidos fornecem informações para um projeto otimizado de mancais aerostáticos duplo-esféricos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:11:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 103066.pdf: 2161413 bytes, checksum: 968c97fdb5f4c3e79e894efd4a2acf07 (MD5) Previous issue date: 1995

No contexto industrial atual, no qual a máxima disponibilidade dos equipamentos ligados ao processo produtivo representa um fator crítico de sucesso, a manutenção industrial passa a desempenhar função estratégica, uma vez que se mostra necessário trabalhar pela prevenção e detecção antecipada das falhas. O constante desenvolvimento das técnicas de análise de vibração tem representado um diferencial na manutenção preditiva de equipamentos rotativos. A detecção de defeitos cada vez menores é constantemente demandada, a fim de possibilitar a ação planejada das equipes de manutenção. O acompanhamento de valores globais de velocidade não é totalmente eficaz nesta situação, e a análise do espectro em baixas freqüências do sinal de vibração nem sempre fornece indícios com a antecipação necessária. Nos equipamentos rotativos, a análise espectral do envelope de aceleração tem sido a alternativa mais precisa para a detecção de defeitos nos mancais de rolamento. O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade de uma análise simplificada do envelope de aceleração através do estabelecimento de um valor numérico único, dotado de referenciais práticos que permitam o diagnóstico de pequenos defeitos com a antecedência adequada. Parte-se da análise de sinais de vibração reais obtidos a partir de uma amostra de conjuntos motor – bomba centrífuga, no instante em que as intervenções de manutenção corretiva nos mancais de rolamento foram recomendadas. A obtenção de um valor global a partir do espectro do envelope de aceleração representa a simplificação desejada, uma vez que se conhece o valor correspondente a detecção efetiva de um defeito. O resultado da análise espectral é confirmado pela desmontagem dos mancais de rolamento danificados e determinação de seu estágio de falha. As conclusões apontam para a viabilidade técnica e econômica de um modelo otimizado de monitoramento preditivo de conjuntos motor – bomba centrífuga, a partir da medição combinada do Valor Global de velocidade RMS e do Valor Global do envelope de aceleração. Ao final do trabalho, uma proposta prática para aplicação na amostra de equipamentos estudada é apresentada. / In the current industry, in which the maximum availability of equipment connected to the production process is a critical factor for success, the industrial maintenance has a strategic role to play, since it appears to work for prevention and early detection of equipment failures. The constant development of the vibration analysis techniques has represented a spread in predictive maintenance of rotating equipment. The detection of smaller defects is constantly becoming possible, in order to enable the planned action of the maintenance teams. The monitoring of overall velocity values is not fully effective in this situation, and the analysis of the low frequencies vibration spectrum not always provides evidence with the required anticipation. In rotating equipment, the analysis of the acceleration envelope spectrum has been the more accurate alternative to the detection of defects in rolling bearing. The purpose of this study is to assess the feasibility of a brief analysis of the acceleration envelope through the establishment of a single numerical value, with practical benchmarks that allow the diagnosis of small defects with the appropriate notice. This study is the analysis of real vibration signals, obtained from a sample of electrical motors and centrifugal pumps, in the moment which the corrective maintenance of the rolling bearing was requested. Achieving the overall value from the envelope acceleration spectrum is the desired simplification, because the analyzed data corresponds to effective detection of a bearing defect. The result of the spectral analysis is confirmed by the disassembly of the damaged rolling bearing, and the determination of their failure stage. The optimized predictive technique composed by the overall envelope spectrum, and the overall velocity has its technical and economic feasibility confirmed. The proposed model can be successfully applied to the electrical motor and centrifugal pumps studied sample.