Unlike stationary structures, rotating machinery has unique features due to the rotation so that the conventional modal testing methods often fail in clear explanation of the dynamic characteristics of such machines. To identify the modal parameters of rotating machinery, the complex modal testing has been developed. However, the complex modal testing methods are based on complex inputs and outputs, new excitation and measurement techniques are required.
The objective of this work is the development of an effective complex modal testing system for rotating machines using a newly developed magnetic exciter equipped with hall sensors. Hall sensor is used to measure the excitation force instead of force transducer. The on-line software for complex modal testing is also developed for fast processing of direction spectrum. Finally, the excitation and measurement techniques developed for asymmetric rotors are experimentally verified for practicality and realization. The experimental results suggest that the one exciter-two sensor method is most effective.
회전체는 일반 구조물과 달리 회전하는 특성에 의해 모드의 방향성, 즉 전방 모드 및 후방 모드가 존재하며, 또한 자이로 효과에 의해 상반정리가 적용되지 않는 등 일반 구조물과는 그 특성이 매우 상이하여 기존의 모드 시험법으로는 효과적인 모드 변수 추출이 어려웠다. 회전체의 모드 매개 변수를 효과적으로 구하기 위하여, 복소 입력과 복소 출력으로 정의된 방향성 주파수 응답 함수를 사용한 복소 모드 시험법이 최근에 개발되었다. 이를 통해 모드의 방향성 구분 및 회전 기계의 비대칭성 또는 비등방성과 같은 회전 기계의 특성을 효과적으로 규명할 수 있게 되었다. 하지만 복소 모드 시험은 복소 입력과 복소 출력으로 정의 되기 때문에 일반적인 구조물의 가진 및 측정 방법과는 다르다.
본 연구의 주 목적은 효율적인 회전 기계의 복소 모드 시험을 위한 가진기의 개발과 해석 프로그램의 개발, 그리고 이를 이용하여 제시된 방법의 실험적 검증으로 크게 세 부분으로 구성되어 있다. 첫째, 기존의 가진기의 단점을 극복한 새로운 형태의 전자석 가진기를 개발했다. 본 가진기는 조립 및 이동이 간편하고, 또한 기존의 하중계를 대신하여 홀센서를 사용하여 힘을 측정하여 넓은 주파수 대역폭을 가지게 되었고 제작 비용을 크게 절감할 수 있게 되었다. 또한 홀센서 힘교정 실험을 통하여 홀센서가 기존의 하중계를 대체하여 쓸 수 있음을 보였다. 둘째, 실시간으로 복소 모드 해석이 가능한 소프트웨어를 개발하였다. 이를 통해 현장에서 현재의 기계상태를 바로 확인할 수 있고 복소 모드 시험의 효율성이 크게 향상되었다. 마지막으로, 개발된 시스템을 이용하여 실험을 통하여 회전체의 등방성 및 비대칭성을 규명했으며 비대칭 회전체의 여러 가진 및 측정 방법 즉 센서 및 가진기의 개수 관점의 이론을 실험적으로 검증해보았다. 실험을 통하여 한 개의 가진기- 두 개의 센서가 가장 효율적인 방법임을 알 수 있었다.
