[논문]Orifice Type의 유압실린더 유동해석에 관한 연구

배강열; 전진성

doi:10.9726/kspse.2015.19.6.054

Orifice Type의 유압실린더 유동해석에 관한 연구
Study on the hydraulic cylinder flow analysis of Orifice Type 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.19 no.6, 2015년, pp.54 - 59

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is a numerical study on the correlation of leakage by the variation of operating temperature and orifice diameter applying to hydrostatic bearing in hydraulic actuator. Compared with Brackbill and Kandlikar experimental paper to verify the validity of the numerical analysis technique of the present study, we derive the result that the results of experiments and numerical analysis to match very well. CFD analysis program were analyzed using a commercial code FLUENT V14.5. Inlet and outlet, were applied pressure conditions, the main variables of the analysis is temperature and the orifice inner diameter. The analysis results, pressure value has decreased as the oil temperature and the orifice diameter increases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

오리피스형(Orifice type)의 정압베어링은 기존방식의 문제점인 습동 저항 현상을 해결할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 오리피스형(Orifice type)에 대한 실험 및 유동해석을 진행하여 오리피스 직경변화 및 온도에 따른 압력변화를 도출하여 실제 산업현장 적용에 목적이 있다.

제안 방법

본 연구에서는 오리피스형(Orifice type)의 유압실린더를 제작하여 실험과 수치해석을 비교 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

3은 증기 터빈밸브 작동용 유압실린더의 개념도를 나타내었다. 실제 제작 모델인 5inch, 10inch 모델에 앞서 모형(Mock-up)모델을 제작하여 실험하였다. 실험환경조건은 상온 25℃, 작동유체는 ISO VG 46 Oil을 사용하였다.

데이터처리

본 연구를 위해 Brackill과 Kandlikar³⁾의 좁은 사각채널에서 길이방향의 압력값 실험 결과와 동일한 조건을 적용한 수치해석 기법에 대한 비교검증을 실시하였다. 적용유체 및 유체온도는 실험과 같은 조건인 물 26.

이론/모형

전산유체역학해석을 위하여 상용 CAD 프로그램인 CatiaV5R20을 이용하여 모델링하였다. 또한 범용 유동해석 프로그램인 Fluent V15를 사용하였다. 초기경계 조건으로는 유체가 유입되는 입구에 유속을 입력할 수 있는 Velocity-inlet 조건을 사용하고 유체의 출구에는 출구 압력을 입력할 수 있는 Pressure-outlet 조건을 적용하였다.
여기에서 p는 유체의 밀도, v는 동점성계수이며, u, v, w 는 각각 x, y, z방향의 속도 성분이다. 지배방정식의 해법을 위해서 ANSYS-FLUENT에서 제공하는 공간차분은 2차 정확도의 상류도식(Second order upwind)을 사용하였다. 수렴판정 조건은 운동량 및 연속방정식의 Residual이 10-3 이하일 때로 지정 하였다.

성능/효과

1. 온도가 상승할수록 해석영역의 압력은 감소하고 누설량은 증가하였다.
2. 동일 누설량에서 오리피스 직경이 증가할수록 압력값은 감소하였다. 0.
3. 유체가 래비린드 시일(Labyrinth seal)을 통과하며 와류가 형성되고 압력이 감소하게 된다. ;

후속연구

본 연구에서는 온도 및 오리피스 직경에 따른 압력값 및 누설량을 도출하였다. 다음을 참고하여 각 발전소의 환경에 따른 정압베어링의 적절한 구조 변경이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오리피스형(Orifice type)의 정압베어링은 기존방식의 어떤 문제현상을 해결할 수 있는가?	이러한 제품의 짧은 수명주기 때문에 발전소 시스템의 효율성이 저하된다는 문제점이 지적되고 있다. 오리피스형(Orifice type)의 정압베어링은 기존방식의 문제점인 습동 저항 현상을 해결할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 오리피스형(Orifice type)에 대한 실험 및 유동해석을 진행하여 오리피스 직경변화 및 온도에 따른 압력변화를 도출하여 실제 산업현장 적용에 목적이 있다.
	유압실린더의 사용이 날로 증가하고 있는 이유는?	최근 유압실린더(Hydraulic cylinder)는 대형 기계들의 사용이 증가하고, 이러한 대형 기계들의 정밀한 제어에 대한 요구가 증가됨에 따라 그 사용이 날로 증가하고 있는 실정이다1). 특히, 제품의 품질 기준이 높은 발전소(원자력, 화력)들에서 사용되는 유압 실린더는 거의 전량 수입에 의존하고 있는 실정이기 때문에 제품의 보수 및 교체에도 많은 어려움이 있으며, 해외 업체의 부품 생산중단에 의한 부품 조달의 어려움도 수시로 발생되고 있는 실정이다2).
	기존의 유압실린더의 짧은 수명 때문에 나타나는 문제는?	또한 기존의 유압실린더의 경우, 내부 피스톤과의 접촉 부위가 Seal 형태로 되어있어 표면마찰에 따른 열마모 발생 및 습동저항에 의해 정밀제어가 불가능할 뿐만 아니라, 내구성이 저하되어 2년 주기로 대부분 교체하고 있는 상황이다. 이러한 제품의 짧은 수명주기 때문에 발전소 시스템의 효율성이 저하된다는 문제점이 지적되고 있다. 오리피스형(Orifice type)의 정압베어링은 기존방식의 문제점인 습동 저항 현상을 해결할 수 있다.

참고문헌 (9)

J. W. Jung, H. S. Jeon, Y. S. Bae, 2001, "A Motion control of Hydraulic System using variable orifice", Korea ADAMS User Conference, Vol. 11, No. 8-9, pp. 1-8.
Korea Research Council for Industrial Science and Technology, "Development of intelligent servo actuator for steam control of nuclear/thermal power plants", Korea Institute of Machinery and Materials.
T. P. Brackbill and S. G. Kandlikar, 2007, "Effect of Sawtooth Roughness on Pressure Drop and Turbulent Transition in Microchannels", Heat Transfer Engineering, Vol. 28, No. 8-9, pp. 662-669.

상세보기
Korea Institute Of Nuclear Safety, 2013, "Thermal-Hydraulic Detailed Analysis inside Pipe and Tube by Using CFD Techniques", Annual Research Report.
M. T. Islam and Y. W. Lee, 2007, "Effect of Aspect Ratio On Gas Microchannel Flow", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 11, No. 3, pp. 16-21.

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M. T. Islam and Y. W. Lee, 2009, "Influence of Aspect Ratio on Friction Characteristics in Rectangular Gas Microchannel Flow", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 18-29.

원문보기 상세보기
J. H. An, 2009, "Comparison of the Leakage Flow Rate between Two Shapes of Labyrinth Seal in a Steam Turbine", Hanyang university Master's thesis.
D. S. Bae , 2009, "Numerical Study of Unsteady Mixed Convection in a Cavity with High Viscous Fluid", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 13, No. 5, pp. 11-17.
H. S. Kang, 2008, "A Study on the Characteristic of the Hydrostatic Bearing in the Hydraulic Cylinder", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 32, No. 4, pp. 522-527.

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