DynamicsR4
러시아의 Alfa-Tranzit社에서 개발된 dynamicsR4는 다양한 회전기계(터보기계들인 가스터빈, 발전기, 압축기, 펌프, 모터등)의 설계, 해석, 문제해결을 위한 전용소프트웨어로서, 복잡한 로터다이나믹스시스템(다단 및 다축으로 구성), 모델기반의 설비진단모델, 그리고 로터다이나믹스해석에 사용할 수 있습니다.
DynamicsR4 구성
DynamicsR4는 사용자 친화적인 인터페이스로 되어 있는데, 크게 시스템 구성 및 히스토리창, 모델링창, 그리고 시스템을 구성하는 시스템 엘리먼트창(라이브러리 컴포넌트)으로 구성이 되어 있습니다. DynamicsR4의 로터다이나믹스 시스템은 submodel, assembly, subsystem, 그리고 link로 구성이 되어있습니다. submodel은 외부파일을 별도로 불러올 수 있고, assembly는 해당시스템을 서브로컬시스템으로 구성할 수 있습니다. subsystem은 로터축을 구성하는 beam, disk, mass등으로 구성 되어있습니다. link는 subsystem간 연결요소입니다. 그리고 축계를 지지하는 support는 각종 bearing 및 seal로 구성할 수 있습니다.
DynamicsR4 따라하기
DynamicsR4를 이용하여 Two support rotor model을 생성 및 해석을 수행하는 간단한 예제입니다. 로터시스템계 중 shaft 및 disk 구성하기 위하여 beam을 선택하고, 구속조건으로 Rigid link와 link를 선택합니다. 해석은 기본으로 모달해석, 고유진동수, 고유진동수맵, 위험속도, 불평형응답등 선형 로터다이나믹스을 수행한 후 결과를 확인할 수 있습니다.
로터시스템의 모델링, 해석 및 진단평가
복잡한 로터다이나믹 시스템의 경우는 다단과 다축으로 구성이 되어 있으며, 케이스, 마운트, 그리고 파운데이션을 포함한 모델링을 수행해야 정확한 결과를 얻을 수 있습니다. 구속조건의 구성(선형지지 혹은 비선형지지요소)에 따라서 선형, 과도 및 비선형 로터다이나믹스 해석을 수행할 수 있습니다. 그리고 모델기반의 설비진단 모델을 생성하여 로터불평형, 블레이드 손실, 기계적 헐거움, 정렬 불일치, 러빙현상, 그리고 베어링 결함등에 이용할 수 있습니다. 최종적으로는 로터다이나믹 시스템의 설계, 개발, 운용의 단계에서 이용이 됩니다. DynamicsR4의 장점 중 하나는 다양한 컴포넌트 라이브러리를 제공하는 것인데, 특히 베어링의 다양성에 있습니다. transient analysis을 위해서 제공되는 베어링 모델링 요소에는 Plain journal bearing, Squeeze film damper support, Clearance, Rolling bearing, AMB(Active Magnetic Bearing), Nonlinear support, 그리고 User's link가 있습니다. 또한 Quasi-nonlinear analysis를 위한 고정된 형상과 틸팅패드 저널 베어링의 다양성을 제공하는데 그 종류는 Plain sleeve bearings, Multi-lobe sleeve and Lemon bearings, Partial arc, Pressure dam, Tilting pads 등입니다.
로터다이나믹스 설계 기준
로터다이나믹스의 설계기준은 먼저, 회전기계형식, 도면, 그리고 운전조건을 결정해야합니다. 여기서, line diagram이나 lateral stiffness diameter값을 이용하여 간략화하는 것이 필요합니다. 다음으로 로터시스템구성 및 지지구조의 경우는 rpmparameter study를 통하여 베어링 강성 및 댐핑의 변화에 따른 rpm을 찾아낼 수 있으며 critical speed의 변화를 확인할 수 있습니다. 로터축계 상세설계해석을 위해서는 베어링이나 seal을 선정하는 것이 중요한데, DynamicsR4는 각종 베어링이나 seal에 대한 컴포넌트 라이브러리를 제공하고 있으며, 이에 대한 값을 입력하게 되어 있습니다. 그 다음으로 로터축계 상세설계해석을 수행하게 되며, 마지막으로 API 기준을 적용할 수 있습니다. API 610은 펌프기준이고, API617은 가스압축기 기준입니다. API610의 경우 Critical speed기준, damping기준, 그리고 unbalance기준, unbalance mass 인가 기준이 있습니다. API 617의 경우, API610과 비교하여 Unbalance mass인가 기준이 다르며, Unbalance response 판단기준에 차이가 있습니다. API617은 Lateral vibration과 Torsional vibration으로 나누어지게 됩니다.
DynamicsR4를 이용한 로터다이나믹스 사례연구
로터다이나믹스 설계기준에 따라서 DynamicsR4를 이용한 터빈발전기 로터, 능동 자기베어링 지지에 대한 모델링 및 해석을 수행한 사례연구들입니다.
1. 터빈발전기의 로터다이나믹스
2. 능동 자기 베어링 지지의 로터다이나믹스
