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선박용 3/2-Way 밸브의 역설계 및 구조 안전성 평가에 관한 연구 A Study on the Reverse Engineering and the Structure Safety Evaluation of 3/2-Way Valve for a Ship 기계공학과 박 시 범 지 도 교 수 강 정 호 최근 수입에 의존하던 선박용 특수밸브는 국내 업체의 기술개발 및 품질향상 등으로 점진적으로 국내 제품으로 대체되고 있다. 그러나 현재의 국내기술수준에서 밸브의 기술은 부가가치가 낮은 일반 밸브류에 집중되어 있으며, 선박이나 ...

선박용 3/2-Way 밸브의 역설계 및 구조 안전성 평가에 관한 연구 A Study on the Reverse Engineering and the Structure Safety Evaluation of 3/2-Way Valve for a Ship 기계공학과 박 시 범 지 도 교 수 강 정 호 최근 수입에 의존하던 선박용 특수밸브는 국내 업체의 기술개발 및 품질향상 등으로 점진적으로 국내 제품으로 대체되고 있다. 그러나 현재의 국내기술수준에서 밸브의 기술은 부가가치가 낮은 일반 밸브류에 집중되어 있으며, 선박이나 플랜트 등에 사용되는 초고유압용 밸브는 핵심부품에 대한 자체기술의 확보가 되지 않아 독일제품이 시장의 80% 이상을 차지하고 있다. 따라서 현재 초고유압용 밸브의 국산화 기술 개발이 절실히 요구된다. 본 연구는 선박의 메인엔진의 고압의 공기를 공급하는 3/2-Way 방향전환밸브에 관한 것이다. 선박 엔진용 고압 3/2-Way 방향전환밸브는 선박의 메인엔진을 시동(starting)시키기 위해 시동신호를(starting signal)를 받으면 입력단에 대기하고 있던 30bar의 공기를 starting air-distributor로 공급하여 메인엔진을 동작시키는 중요한 역할을 한다. 이 밸브의 주요한 특징은 공기가 흐르는 방향의 제어수단은 디스크 시트(disc-seat)를 사용한다. 보통 상태(closed state)에서는 밸브 내의 스프링이 디스크 시트에 기계적인 압력을 가해 닫혀있으며, 유입구와 연결된 유체 방향 제어 디스크에 30bar의 압력이 가해지면 디스크가 자동으로 개도가 된다. 그 이하의 압력에서는 작동하지 않는다. 밸브의 구동환경은 상용온도 -20℃~80℃ 이며, 최대 흐를 수 있는 유량은 13620Nl/min (약 0.227m3/s)이다. 본 논문에서는 상기 밸브의 국산화를 위해 독일의 ‘Bosch Rexroth'사의 선박용 3/2-Way 밸브를 역설계하고, 안전성 평가(safety evaluation)를 위해 단방향 유동구조 연성해석(one way fluid-structure analysis;이하 FSI 해석)을 실시하였다. 밸브의 역설계는 밸브의 분해 및 절단하여 직접 치수를 측정하고, 최대 오차범위 ±10㎛를 가지는 정밀3D 스캐너를 사용하여 각각의 단품의 치수를 비교한 뒤 도면을 작성하였다. FSI 해석은 ANSYS WORKBENCH Ver 13.0의 CFX와 Static structure의 연성 해석을 이용하였으며, 이를 통하여 밸브 내의 유동특성과 밸브를 구성하는 구조물의 안전성 평가를 실시하였다. 주요어 : 3/2-Way Valve (3포트2웨이 밸브), Safety Evaluation (안전성 평가), Fluid-Structure Interaction Analysis(유체-구조 연성해석), Reverse Engineering(역설계)

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