[논문]트로코이드 펌프의 시뮬레이션 방법론

김명식; 정원지; 정승원; 전주열

doi:10.7735/ksmte.2013.22.3.465

트로코이드 펌프의 시뮬레이션 방법론
Methodology for Simulation of Trochoid Pump 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.22 no.3, 2013년, pp.465 - 471

김명식 (School of Mechatronical Design Engineering, ChangWon National University) , 정원지 (School of Mechatronical Engineering, ChangWon National University) , 정승원 (School of Mechatronical Design Engineering, ChangWon National University) , 전주열 (School of Mechatronical Design Engineering, ChangWon National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Flow rate control is the uppermost concern for a trochoid hydraulic pump. Cavitation within the flow field of the pump has the greatest effect on the flow control during high-speed pump rotation of approximately 3500~4000 RPM. In this paper, based on AMESim$^{(R)}$ and Solid Works$^{(R)}$, we will present a method to simulate cavitation by analyzing the control factors of a trochoid pump, including the hydraulic pressure change at the outlet, flow rate based on the rotation speed of the inner rotor, leakage through the gap between the outer and inner rotors, and discharging angle of the outlet. The proposed methodology of the [cavitation simulation will enable field engineers to more easily design trochoid pumps, and will allow more concrete control over the flow rate of the pump by realizing an analysis model similar to the actual product model.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

13에 표시한 위치에서 출구으로부터 고립된 유동장으로 역류가 발생하게 된다. 고립된 유동장으로 역류된 유체는 로터가 회전하여 outlet으로 다시 송출될 때 송출 압력을 상승시켜 맥동을 증가시키게 되므로 본 연구에서는 송출 시점을 지연시키는 방법을 고려하고 경향을 파악 하고자 한다.
본 연구의 목적은 현장 엔지니어가 트로코이드 펌프의 설계를 보다 쉽게 접근 할 수 있고 해석 모델의 제어가 실제 제품의 제어와 가장 비슷하도록 구현하는 것이다. 우선 현장 엔지니어가 쉽게 해석 모델을 구축할 수 있도록 난해한 CFD^®가 아닌 인자들의 제어가 용이한 AMESim^®을 사용하였으며 필요한 데이터는 Solid Works^®를 통하여 구할 수 있는 방법을 소개하였다.
실제 제품의 제어와 해석 모델의 제어가 같은 수준이 되려면 가장 중요한 펌프의 체적효율 저하에 영향을 주는 인자인 펌프의 회전속도, 외부로터와 내부로터 사이의 간극으로 인한 누설, 펌프 몸체와 외부로터 간의 간극, 출구의 형상 등을 파악하고 고려해야 하며 이 모든 인자와 관련이 깊은 것이 캐비테이션이다. 캐비테이션의 펌프의 체적효율을 저하 시키지만 발생을 억제되도록 설계하는 것은 불가능 하므로 본 연구의 캐비테 이션 시뮬레이션을 통하여 펌프의 체적효율 저하에 영향을 주는 인자들의 현상을 규명하고 제어를 통하여 방지하므로써 펌프의 체적효율저하를 줄이고자 하였다.

제안 방법

Isolated flow field에 의한 역류현상을 방지하기 위해 Fig. 15과 같이 출구측의 송출시점을 지연하여 고립된 유동장의 압축시간을 늘리며 출구측과의 압력차를 최대한 줄이고자 하였다. 경향을 분석하기 위해 0, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° 간격으로 송출시점을 지연하였다.
경향을 분석하기 위해 0, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° 간격으로 송출시점을 지연하였다.
본문에서는 경험을 바탕으로 하는 실무기술자를 위해 Solid Works®를 사용하여 펌프를 모델링하고 AMESim®을 통하여 시스템 관점에서 캐비테이션 시뮬레이션을 실현하여 트로코이드 펌프의 설계 시 빠른 수정과 최적화가 가능하도록 하는 방법론을 언급할 것이다.
우선 현장 엔지니어가 쉽게 해석 모델을 구축할 수 있도록 난해한 CFD®가 아닌 인자들의 제어가 용이한 AMESim®을 사용하였으며 필요한 데이터는 Solid Works®를 통하여 구할 수 있는 방법을 소개하였다.
위와 같은 방법으로 단일 유동장에 대한 모델링이 필요하며 이를 위해 각각 블록으로 지정된 스케치를 식 (5)을 기반으로 회전하도록 하였다. 기준 축을 생성한 후 입구 및 출구 형상의 스케치를 고정한다.
회전각도와도 일맥상통하며 회전각을 식 (5)에 근거하여 내부 로터와 외부로터를 이동시켰다. 유동장의 넓이변화 확인을 위해 모델링을 하였다.
캐비테이션을 AMESim®에서 인자의 변화를 통해 나온 유량변화를 통해 캐비테이션에 영향을 주는지를 확인하였다.

이론/모형

트로코이드 펌프의 유량을 계산하기 위해 1회전시의 넓이 변화 데이터가 필요하며 CAD적인 방법을 위해 Solid Works®를 사용하였다.

후속연구

하지만 간극사이의 누설보다는 캐비테이션에 의한 유량효율 저하가 영향이 크다고 할 수 있어 역류에 의한 유량 손실은 완화 시킬 수 있다. 이러한 송출시점에 대한 최적화도 앞으로 수행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트로코이드 오일펌프의 효율을 감소시키는 원인으로는 무엇이 있는가?	트로코이드 오일펌프의 효율을 감소시키는 원인으로는 가공 오차, 작동 조건이 있으나, 유동상의 문제로는 주기성을 띠는 비정상 맥동 유동으로써 송출오일의 맥동 유동이 송출압의 맥동을 유발하는데 있다. 이러한 맥동은 소음과 진동의 원인이 되며, 또한 고속 회전 시 로터 내부에 발생되는 캐비테이션으로 체적효율을 저하시키게 되어 효율감소를 증대 시키고 소음과 진동으로 인하여 펌프의 결함을 초래한다.
	윤활 공급 장치 중 트로코이드 오일펌프의 특징은 무엇인가?	윤활 공급 장치로 다양한 종류의 펌프들이 있지만 그 중에 트로코이드 오일펌프(Oil Pump)가 보편화되어 사용되고 있다. 트로코이드 오일펌프는 구조가 간단하고 같은 크기의 다른 펌프에 비해 1회전당 송출 유량이 많고 정량적인 유량 제어가 용이하고, 소형화에 유리하기 때문에 공간의 효율성 좋으며, 외부로터(Outer Rotor)와 내부로터(Inner Rotor) 사이의 상대적 운동이 작기 때문에 장시간 사용에도 효율 변화가 적어 자동차의 엔진과 변속기에 매우 적합하다.
	보편화되어 사용되고 있는 윤활 공급 장치에는 무엇이 있는가?	이것은 변속기의 역할과 성능 수준의 상승으로 윤활 공급 장치의 개선과 성능향상이 필수적이다. 윤활 공급 장치로 다양한 종류의 펌프들이 있지만 그 중에 트로코이드 오일펌프(Oil Pump)가 보편화되어 사용되고 있다. 트로코이드 오일펌프는 구조가 간단하고 같은 크기의 다른 펌프에 비해 1회전당 송출 유량이 많고 정량적인 유량 제어가 용이하고, 소형화에 유리하기 때문에 공간의 효율성 좋으며, 외부로터(Outer Rotor)와 내부로터(Inner Rotor) 사이의 상대적 운동이 작기 때문에 장시간 사용에도 효율 변화가 적어 자동차의 엔진과 변속기에 매우 적합하다.

참고문헌 (8)

Kim, B. J, Seong, S. H, Yoon, S. H, 2005, Flow Analysis Port Optimization of GeRotor Pump Using Commercial CFD Code, Journal of the KSME, 709-714.
Yang, S. Y, Cha, S. J, 2006, Simulation of Cavitating Flow in a Gerotor Oil Pump, The Korean Society of Automotive Engineers, Autumn Conference, 599-604.
Nam, K. W, Jo, S. H, Park, J. I, 2006, Numerical Simulation in the IC Engine Lubricating Gerotor Oil Pump, Journal of the KSME, 30:10 1019-1025.

원문보기 상세보기
Won, C. S, Hur, N, Kwon, S. H, 2005, Flow Analysis of Automotive Oil Pump of Gerotor Type, Journal of Fluid Machinery, 6:4 7-13.
Seo, J. S, Chung, H. S, Jeong, H. M, 2006, A Study on Gerotor Design with Optimum Tip Clearance for Low Speed High Torque Gerotor Hydraulic Motor, Journal of KSMTE, 10:4, pp. 119-126.
Moom, H. K, Jang, S. J, Kim, C, Cho, H. Y, 2009, Port Configurations on CFD Analysis in Gerotor Pump, Proc scientific presentations of KSPE, 277-278.
Chong, T. H, Ha, Y. W, 2001, A Study on Automatic Generation for 3-Dimensional Geometry of Gerotor and its Hob, The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, 10:3 43-49.
Kim, J. C, Shin, J. H, Kwon, S. M, 2006, A Study on Gear Tooth Profile of a Positive Displacement Rotor Pump, Transaction of the KSMTE, 106-111.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증