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수계소화시스템 버터플라이 밸브의 성능해석에 관한 연구
A Study on the Performance Analysis of Butterfly Valve in Water Fire Extinguishing System 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.21 no.3, 2007년, pp.91 - 96  

이동명 (경민대학 소방안전시스템과)

초록
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수계소화시스템 버터플라이 밸브의 성능해석에 대한 연구를 수행하였다. 버터플라이 밸브의 성능해석으로는 토크특성, 압력손실과 캐비테이션을 고찰하였다. 밸브의 토크특성은 토크 이론식에 밸브 디스크의 개도각이 보정되었고, 보정식이 추가되었다. 밸브의 열림각에 대한 압력손실계수는 Carnot 방정식을 응용하여 수식화하였다. 버터플라이 밸브의 토크특성, 압력손실과 캐비테이션은 디스크의 두께와 직경 비에 대해 해석하였다. 캐비테이션은 밸브의 압력손실계수로부터 해석하였다. 압력손실과 캐비테이션 해석은 밸브의 열림각에 대한 두께 비의 변화에 따라 수행하였다. 이들 해석 데이터는 버터플라이 밸브를 개발하는데 필요한 엔지니어링 데이터로 활용하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Performance analysis of the butterfly valve in water fire extinguishing has been carried out. Performance analysis of the butterfly valve are investigated for torque characteristics, pressure loss and cavitations. The torque characteristics of disc are corrected for the angles of attack of valve dis...

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  • Weisbach')는 평판 밸브에 대해 Carnot 방정식과 실험으로 수축인자를 구하고 압력손실계수를 예측하였다. Tullis 등기과 Ball 등3)캐비테이션의 발단, 슈퍼 캐비테이션과 임계 슈퍼 캐비테이션으로 캐비테이션의 단계를 정의하고, 캐비테이션 인자사이의 관계를 실험으로 고찰하였다.
  • 그리고 실제 버터플라이 밸브의 디스크 두께는 통상 밸브직경에 약 15~30% 정도이고 이보다 커지면 밸브 열림이 작게 된다. 두께비에 대한 토크특성 예측계수 Cdp 및 압력손실계수와캐비테이션인자는 디스크의 직경과 두께비율 t/d= 0.1-0.3 범위에서 예측하였다.
  • 따라서본 연구에서는 유동특성으로 유량계수 Cv 대신 압력손실계수 G을 사용하기로 한다.
  • 이들 특성은 밸브가 저개도 상태일 때 주로 발생한다. 밸브 열림각에 대한 두께 비에 따른 토크특성 및 압력손실과 캐비테이션의 상관관계를 해석하였다.
  • 버터플라이 밸브에 대한 압력손실계수와 캐비테이션인자는 밸브 디스크의 두께와 직경 비(t/d)에 대한 밸브의 열림각(0) 변화에 따라 구하였고, 해석에 사용된디스크는 Figure 2와 같이 본 연구에서 개발한 원형허브의 편심형 디스크를 이용하였다.
  • 수계소화시스템에서 사용되고 있는 버터플라이 밸브의 성능과 운전특성을 좌우하는 디스크의 토크특성 및 압력손실과 캐비테이션에 대한 해석을 실시하였다. 이들 특성은 밸브가 저개도 상태일 때 주로 발생한다.
  • 0r*>과 75.02。의 규정과 버터플라이 밸브를 지나는 유동유체는 2차원 비압축성 유동으로 간주하였으며, 기존 연구를 바탕으로 밸브의 성능을 해석할 수 있는 인자들을 수식화하였다. 이를 바탕으로 밸브의 열림각에 대한 두께비에 따라 토크특성, 압력손실과 캐비테이션을 해석하였다.
  • 02。의 규정과 버터플라이 밸브를 지나는 유동유체는 2차원 비압축성 유동으로 간주하였으며, 기존 연구를 바탕으로 밸브의 성능을 해석할 수 있는 인자들을 수식화하였다. 이를 바탕으로 밸브의 열림각에 대한 두께비에 따라 토크특성, 압력손실과 캐비테이션을 해석하였다. 해석데이터는 국내 제작사들이 버터플라이 밸브를 개발하는데 필요한 엔지니어링 데이터나 제품의 성능을 향상시키는 데이터로 활용하고자 한다.

대상 데이터

  • 이를 바탕으로 밸브의 열림각에 대한 두께비에 따라 토크특성, 압력손실과 캐비테이션을 해석하였다. 해석데이터는 국내 제작사들이 버터플라이 밸브를 개발하는데 필요한 엔지니어링 데이터나 제품의 성능을 향상시키는 데이터로 활용하고자 한다.
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참고문헌 (10)

  1. S. D. Cohn, 'Performance Analysis of Butterfly Valves', Instruments, Vol. 24, pp.800-884(1951) 

  2. T. Sarpkaya, 'Torque and Cavitation Characteristics of Butterfly Valves', ASME J. of Applied Mechanics, Dec. pp.511-518(1961) 

  3. M. Obata, N. Satofuka and T. Tanaka, 'Numerical Solution of 2-dimensional Flows Through Butterfly Valve Using Overset Grid Technique', Transections of the JSME, Japen Society of Mechanical Engineering, Vol. 59(B), pp.220-226(1993) 

  4. Instrument Society America, 'ANSI/ISA S75.01, Flow Equation for Sizing Control Valves', Instrument Society America, Research Training Park, North Carolina(1985) 

  5. Instrument Society America, 'ANSI/ISA S75.02, Flow Equation for Sizing Control Valves', Instrument Society America, Research Training Park, North Carolina(1981) 

  6. 이동명, 박승옥, '소화용 버터플라이 밸브 디스크의 토크특성에 관한 연구', 한국화재소방학회, 제16권, 제2호, pp.33-37(2002) 

  7. 이동명, 김엽래, '소화용 버터플라이 밸브의 유동특성에 관한 연구', 한국화재소방학회, 제16권, 제4호, pp.59-64(2002) 

  8. J. W. Hutchison, 'ISA Handbook of Control Valves', Instrument Socety of America, 2n Edition, pp.123-130(1976) 

  9. T. Kimura and K. Ogawa, 'Hydrodynamic Characteristics of a Butterfly Valve-Prediction of Pressure Loss Characteristics', ISA Transaction, Vol. 34, pp.319-326(1995) 

  10. H. D. Baumann, 'A Practical Guide for the Cavitation Prevention of Throttling Butterfly Valve', ISA paper 1984-10-C, 1-84-R777(1984) 

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