Use of Piezoelectric Actuators as Means of Active Stabilisation of a Rotating Shaft Under Follower Load

• Autorzy: Przybyłowicz P. M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie piezoelektrycznych elementów wykonawczych do stabilizacji wirującego wału obciążonego siłą śledzącą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is concerned with problem of stability of a flexible rotor subjected to follower force with piezoelectric elements attached to it. The piezoelements are to stabilise the system, i.e. to increase the critical values of rotating speed and follower load at which self-excited vibration occurs. In engineering practice rotors undergoing follower load are known as Jeffcott rotor. They reflect working conditions of e.g. high-efficient fans and turbines, where flowing medium is source of the follower force. The paper takes up linear Jeffcott rotor problem, and the main goal is to assess the efficiency of application of piezoelectric elements to stabilise the system. The piezoelectric actuators work in a control system with velocity feedback. The analysis has proved the method be effective, especially for higher rotation speeds where the critical threshold related to the folower load is considerably increased. A few of diagrams disclosing behaviour of the eigenvalues versus the operating parameters of the rotor as well as versus parameters of the stabilising system such as gain factor, length of the piezoactuators and their position have been presented. To conclude a two-dimensional map stretched over the operating parameters with stability and non-stability regions marked for disabled and enabled control system has been shown.

PL

Praca poświęcona jest zagadnieniu stateczności podatnego wirnika obciążonego siłą śledzącą z zamocowanymi elementami piezoelektrycznymi. Elementy te mają zadanie stabilizować układ, tj. zwiększać krytyczne wartości prędkości kątowej wału i obciążenia śledzącego, przy którym następuje samowzbudzenie. W technice wirniki pracujące pod obciążeniem śledzącym znane są jako wirniki Jeffcotta. Najczęściej odzwierciedlają one pracę wysokowydajnych wentylatorów i sprężarek, gdzie przepływający czynnik jest źródłem siły śledzącej. W pracy sformułowano liniowy problem wirnika Jeffcotta, gdzie głównym celem było oszacowanie skuteczności zastosowania elementów piezoelektrycznych do stabilizacji układu. Piezoelektryczne elementy wykonawcze pracują w pętli z prędkościowym sprzężeniem zwrotnym. Analiza pokazała, że proponowana metoda jest efektywna, zwłaszcza dla większych prędkości kątowych, kiedy to próg krytyczny związany z obciążeniem śledzącym został znacznie podwyższony. Przedstawiono wykresy, dla których zamieszczono przebiegi trajektorii wartości własnych układu równań ruchu w funkcji parametrów eksploatacyjnych wirnika oraz parametrów układu stabilizacji takich jak współczynnik wzmocnienia w pętli sprzężenia wzrotnego, długość oraz położenie piezoelektrycznych elementow wykonawczych. Na koniec zaprezentowano diagram z zaznaczonym obszarem statecznej i niestatecznej pracy wirnika rozpięty w dwuwymiarowej przestrzeni parametrów eksploatacyjnych układu przy wyłączonym i włączonym układzie stabilizacji.

Słowa kluczowe

EN

stability; rotor; angular velocity; follower force; piezoelectric elements

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Machine Dynamics Problems
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. 23, No. 4
• Strony: 75--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Przybyłowicz P. M.

• Instytut Podstaw Budowy Maszyn PW, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa, Poland