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자동차용 CNG 충전니플의 밀봉접촉응력에 관한 유한요소해석
Finite Element Analysis on the Sealing Contact Stress of a CNG Fueling Nipple for Vehicles 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.16 no.6, 2012년, pp.67 - 72  

김청균 (홍익대학교 트리보.메카.에너지기술 연구센터) ,  유재욱 (홍익대학교 트리보.메카.에너지기술 연구센터)

초록
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본 연구에서는 압축천연가스 자동차용으로 사용하는 CNG 충전니플의 밀봉성과 밀봉내구 안전성에 관련된 접촉법선응력 및 등가진응력을 유한요소법으로 해석하였다. 기존의 원형 오링과 새로운 더블립 오링에 초기압축률 15%를 가한 상태에서 밀봉력을 해석한 결과에 의하면, 두 곳에서 밀봉작용을 하는 더블립 오링이 한곳에서 밀봉작용을 하는 기존의 원형 오링보다 41% 더 높게 나타남을 알 수 있다. 오링에 초기압축력 15%와 가스압축압력 8MPa을 작용한 상태에서 가스누출 차단 안전성을 비교하면, 기존의 원형 오링보다는 더블립 오링에서 5% 향상된 해석결과를 제시하고 있다. 또한, 오링의 밀봉내구 안전성을 비교한 FEM 해석결과에 의하면, 원형 오링보다는 더블립 오링에서 발생된 최대등가진응력이 10.2%나 더 높게 발생한 것으로 나타났다. 이것은 더블립 오링이 기존의 원형 오링보다는 장수명을 보장할 수 있다는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the leak-free performance and sealing endurance safety of CNG fueling nipple in which are related to the contact normal stress and equivalent true stress have been analyzed for CNG automobile using a finite element analysis. For the conventional circular o-rings and new double-lip o-r...

주제어

#CNG nipple   #compressed natural gas   #circular o-ring   #double-lip o-ring   #endurance safety  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 CNG 충전니플에 장착된 기존의 원형 오링에 대한 밀봉응력 안전성을 유한요소법으로 해석하고, 그 결과를 새롭게 설계된 더블립 오링(double lip O-ring)의 밀봉응력과 비교적으로 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • CNG 차량에 충전하는 CNG 압력은 20~25MPa로 초고압이지만, CNG 충전니플의 체크밸브에 장착된 오링에 작용하는 CNG의 가스압력을 8MPa로 가정하였다. 이것은 CNG 충전니플의 몸체에 경사지게 형성된 시일시트와 체크밸브의 시일링 경사면이 서로 금속간 접촉을 하면서 탄성거동성이 대단히 우수한 오링을 압착 밀봉하기 때문에 20MPa의 초고압 충전압력이 오링에 그대로 가해지지 않고 감압된 CNG 압력이 작용하기 때문에 니트릴부타디엔고무(NBR) 오링으로 기밀성을 확보할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CNG 자동차의 충전압력은 보통 얼마로 충전하는가? 그럼에도 불구하고, 연료가격이 상대적으로 저렴하기 때문에 CNG 자동차에 대한 관심은 나날이 높아지고 있다[1]. CNG 자동차의 충전압력은 경제적인 주행거리를 고려하여 보통은 20MPa을 넘도록 충전한다. 이렇게 높은 고압으로 내압탱크에 충전하려면, 내압용기는 강도안전성을 충분히 고려하여 설계해야 한다.
압축천연가스는 무엇인가? 천연가스(NC)를 20~25MPa 정도로 압축하여 내압용기에 충전한 것이 압축천연가스(CNG)이다. CNG를 자동차용 가스연료로 안전하게 사용하기 위해서는 고압충전과 고압저장이 가능한 내압용기를 자동차용 연료탱크로 설치해야 한다.
CNG 자동차의 충전압력을 20MPa을 넘도록 충전하려면 무엇을 고려하여 설계해야 하는가? CNG 자동차의 충전압력은 경제적인 주행거리를 고려하여 보통은 20MPa을 넘도록 충전한다. 이렇게 높은 고압으로 내압탱크에 충전하려면, 내압용기는 강도안전성을 충분히 고려하여 설계해야 한다. 가스연료로 가장 많이 사용하는 액화석유가스(LPG)의 경우는 LPG 자동차의 충전압력이 1MPa[2]로 대단히 낮다는 점을 고려할 때 CNG 자동차의 위험성은 상대적으로 높다는 것을 알 수 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Park, K.I, "Effectiveness debate of Daegu corporate taxi CNG remanufacturing cost supporting project", Newsis, (2012. 4. 26) 

  2. Kim, C.K., "A Study on the Stress Behavior Analysis of O-rings and Packings for a LPG fueling Nozzle", J. of the KSTLE, Vol. 22, No. 1, pp.23-28, (2006) 

  3. Yoo, J.H., "Not ending of Jeonbuk CNG bus explosion", Newsis, (2010. 8. 10) 

  4. Cho, S.H., Kim, C.K., Kim, Y.G, "Optimized Design of O-ring Profiles Using Taguchi's Experimental Method", Proceedings of the KSTLE, Vol. 37, pp.241-247, (2003. 11.) 

  5. KS B 2799, (2009) 

  6. MARC, MARC User's Manual Ver. 7.3, MARC Analysis Research Corp., CA USA, (1999) 

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