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다구찌 실험법을 이용한 액화석유가스 용기용 밸브의 최적설계에 관한 연구
Optimization Design of a Gas Valve for a LPG Cylinder Using a Taguchi's Experimental Method 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.10 no.4 = no.33, 2006년, pp.23 - 28  

김청균 (홍익대학교 기계.시스템디자인공학과) ,  오경석 (홍익대학교 기계.시스템디자인공학과)

초록
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본 연구에서는 LPG 용기용 가스밸브의 강도 안전성과 몸체의 경량화 해석을 9개의 밸브모델에 대하여 유한요소해석 프로그램 MARC 및 다구찌의 실험적 설계법을 사용하였다. 가스밸브의 몸체에 작용하는 Von Mises 최대응력은 밸브에 작용하는 최대가스압력 $91kg/cm^2$을 적용하여 황동밸브 구조물의 안전성을 고찰하였다. 여기서 최대압력 $91kg/cm^2$은 LPG 가스용기안전계수를 고려한 것으로 안전성 해석이나 최적설계를 수행하는데 충분한 작동압력이다. 밸브몸체의 자중량을 줄이기 위해 수행된 해석은 LPG가스의 유동손실을 줄이고, 최적설계에 따라 소재가격을 낮출 수 있기 때문에 설계단계에서 고려해야 할 하나의 주요변수이다. 계산결과에 따르면, 최적설계 밸브모델은 9번이고, 이때의 최적설계 변수는 가스가 통과하는 밸브의 아래쪽 A의 반경 r=10mm, 위쪽 B의 반경 r=6mm, A와 B의 연결부 파이프 길이 l=2 mm로 결정되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the strength safety and the weight reduction analysis of nine gas valve models for a LPG cylinder using a finite element analysis program, MARC and Taguchi's experimental method. The maximum Von Mises stress of a gas valve body represents a safety of a brass valve structure for t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 경량화 연구의 중요성을 제기하였다. 따라서 본 연구에서는 LPG 용기에 공급된 압력을 기준으로 용기용 밸브 구조물의 기계적 강도를 안정적으로 검증할 수 있는 유한요소법 프로그램 MARC를 이용하여 해석하고, 밸브의 사용조건에 적합한 최적의 용기용 밸브를 다 구찌 실험법으로 최적화 설계를 추구하여 LPG 용기용 가스 밸브의 강도 안전성과 경 량화에 대한 연구를 함께 추진하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 용기용 밸브 구조물의 안전계수를 3배나 높여 가스압력 91 kg/cm2(9.1 MPa)에 대한 밸브 구조물의 응력을 해석하고 설계하였다[1]「
  • 본 연구에서는 가스밸브 구조물에서 발생하는 Von Mises 응력, 변형률과 같이 특성치가 작으면 밸브의 강도 안전성 측면에서 우수하다는 SN비를 사용하는 망소특성과 접촉수직응력과 같이 특성치가 클수록 우수한 밀봉성능을 나타내는 경우의 망대특성을 선정하는 두 가지가 있다. SN비가 클 경우 그 때의 설계 파라미터들이 응력과 변형률 측면에서 안정되고, 우수한 밀봉성능에 효과적이라고 생각한다.

가설 설정

  • 가스압력은 Fig. 2에서 보여주는 것처럼 가스의 유출을 차단하는 시일기구와 가스의 이상압력 상승을 최대한 안전하게 허용하는 안전밸브의 시일, 가스의 유출구에는 동일한 가스압력이 작용하지만 완벽하게 밀봉되었다고 가정한다. 여기서 밸브의 구조적 안전성을 확보하기 위해 사용된 압력은 안전계수를 고려한 91 kg/cm2 이다.
  • 수 있다. 이때에 FTTE 밸브시트나 NBR 안전 변에 가한 가스압력은 완벽하게 차단되었다고 가정한다.
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