유입·유출구가 일직선상인 C형 스트레이너 개발을 위한 유동특성 비교 Comparison of Flow Characteristics for the Development of a C-Type Strainer with Its Inlet and Outlet on a Straight Line원문보기
본 연구의 목적은 산업설비나 건축설비의 배관에서 불순물 유입을 막아 유동 시스템을 보호할 수 있는 스트레이너를 개발하기 위함에 있다. 스트레이너는 청수 또는 기름, 가스가 유입되는 배관라인의 밸브, 기기, 펌프 전단에 설치되는 장치로 형태에 따라 Y형, U형, T형이 있다. 본 연구에서는 Y형 스트레이너의 문제점을 파악하고 그 보다 개선된 새로운 모델 "유입․유출구가 일직선상에 있는 C형 스트레이너"를 개발하여 실물 시험을 통해 그 성능을 비교하였다. 시험은 기존 Y형과 C형 스트레이너 50A 실물을 한국표준과학연구원(KRISS) 유동실험실에서 4가지 상황별 실물시험으로 유동특성을 고찰하였다. 실험결과 C형 스트레이너가 Y형 보다 여과망이 없을 때는 74.9%, 여과망에 불순물이 없을 때는 54.5%, 불순물이 15% 쌓였을 때는 54.2%, 불순물이 30% 쌓였을 때는 52.4%가 용량계수(Kv)값이 높았다. 실물제작의 한계로 50A 한 종류만 시험했지만 결과로 볼 때 Y형보다 C형 스트레이너가 유동특성이 우수한 것으로 입증되어 향후 건축, 산업현장에서 유용하게 사용될 것으로 판단되었다.
본 연구의 목적은 산업설비나 건축설비의 배관에서 불순물 유입을 막아 유동 시스템을 보호할 수 있는 스트레이너를 개발하기 위함에 있다. 스트레이너는 청수 또는 기름, 가스가 유입되는 배관라인의 밸브, 기기, 펌프 전단에 설치되는 장치로 형태에 따라 Y형, U형, T형이 있다. 본 연구에서는 Y형 스트레이너의 문제점을 파악하고 그 보다 개선된 새로운 모델 "유입․유출구가 일직선상에 있는 C형 스트레이너"를 개발하여 실물 시험을 통해 그 성능을 비교하였다. 시험은 기존 Y형과 C형 스트레이너 50A 실물을 한국표준과학연구원(KRISS) 유동실험실에서 4가지 상황별 실물시험으로 유동특성을 고찰하였다. 실험결과 C형 스트레이너가 Y형 보다 여과망이 없을 때는 74.9%, 여과망에 불순물이 없을 때는 54.5%, 불순물이 15% 쌓였을 때는 54.2%, 불순물이 30% 쌓였을 때는 52.4%가 용량계수(Kv)값이 높았다. 실물제작의 한계로 50A 한 종류만 시험했지만 결과로 볼 때 Y형보다 C형 스트레이너가 유동특성이 우수한 것으로 입증되어 향후 건축, 산업현장에서 유용하게 사용될 것으로 판단되었다.
The purpose of this study was to develop a strainer that could protect a flow system by blocking the introduction of foreign substances into the pipe of industrial or architectural facilities. Strainers are installed at the front tip of valves, machines, or pumps in the piping line of clean water, o...
The purpose of this study was to develop a strainer that could protect a flow system by blocking the introduction of foreign substances into the pipe of industrial or architectural facilities. Strainers are installed at the front tip of valves, machines, or pumps in the piping line of clean water, oil, or gas. There are Y-type, U-type, and T-type strainers. The study identified problems with the Y-type strainers, develop a "C-type strainer with its inlet and outlet on a straight line" as a more improved new model, and compared them in functions in a full-scale strainer test. The study conducted a full-scale strainer test according to four situations at the flow laboratory of Korea Research Institute of Standards and Science by using the old Y-type strainer and C-type strainer 50A. The test results show that the C-type strainer had a higher capacity coefficient(Kv) than the Y-type one, recording 74.9% when there was no screen, 54.5% when there were no foreign substances in the screen, 54.2% when there was a 15% accumulation of foreign substances, and 52.4% when there was a 30% accumulation of foreign substances. The investigator conducted a test only with the 50A type due to the limitations of life-size strainers, but the results demonstrate that the C-type strainer had better flow characteristics than the Y-type one.
The purpose of this study was to develop a strainer that could protect a flow system by blocking the introduction of foreign substances into the pipe of industrial or architectural facilities. Strainers are installed at the front tip of valves, machines, or pumps in the piping line of clean water, oil, or gas. There are Y-type, U-type, and T-type strainers. The study identified problems with the Y-type strainers, develop a "C-type strainer with its inlet and outlet on a straight line" as a more improved new model, and compared them in functions in a full-scale strainer test. The study conducted a full-scale strainer test according to four situations at the flow laboratory of Korea Research Institute of Standards and Science by using the old Y-type strainer and C-type strainer 50A. The test results show that the C-type strainer had a higher capacity coefficient(Kv) than the Y-type one, recording 74.9% when there was no screen, 54.5% when there were no foreign substances in the screen, 54.2% when there was a 15% accumulation of foreign substances, and 52.4% when there was a 30% accumulation of foreign substances. The investigator conducted a test only with the 50A type due to the limitations of life-size strainers, but the results demonstrate that the C-type strainer had better flow characteristics than the Y-type one.
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제안 방법
스트레이너의 여과망은 유동시스템을 보호하도록 구멍크기가 설계되어야하고 유체역학적으로 작동 유체가 흐를 때 압력강하가 적게 발생하도록 설계되어야 한다. 그러므로 불순물을 설계기준까지 걸러내면서 보다 적은 압력 강하를 일으키게 하고 배관시스템의 효율을 높일 수 있도록[6] 여과면을 C자형으로 설계 하였다. 그리고 여과망 보호를 위해 여과구멍을 60° 지그재그로 배열하였는데 여과망의 투과율 계산은 [Fig.
배관계통에 스트레이너가 있는 경우 이의 압력손실 및 유량변화는 실물 시험이나 전산유체역학(CFD)적 유동해석방법으로 알 수 있으나 본 논문에서는 Y형과 C형 스트레이너 실물시험을 통한 시험성적서를 기준으로 스트레이너 내에 여과망이 없는 경우와 불순물이 0%, 15%, 30% 쌓였을 경우의 네 가지 조건에서 유동특성을 연구하였다.
측정유체는 물이고 측정오차를 최소화하기 위하여 유속을 다르게 한 후 8회씩 측정하여 차압(Pa)과 유량 (m3 /h) 용량계수(Kv), 저항계수(ζ)를 각각 구하였다.
대상 데이터
Y형과 C형 스트레이너의 시험 실물 규격은 50A이고 재료는 주철 제품으로 하였다. 배관접속은 Y형은 나사식, C형은 프랜지식으로 하였다.
고안된 C형 스트레이너는 유입, 유출구가 Ø50, 여과망의 여과면 크기는 142x142, 타공구멍은 KS B 1538 부표1기준에 따라 지름 1.0, 피치 2.0, 구멍수가 면적당(in2) 199 개이다.
이론/모형
시험방법은 스트레이너에 대한 별도의 시험규정이 없기 때문에 한국표준과학연구원 유량시험실에서 KS B 2101: 2009 밸브의 용량계수 시험방법(test procedures for flow coefficient valves)을 적용하여 시험하였다[Fig. 12][14].
/h) 용량계수(Kv), 저항계수(ζ)를 각각 구하였다. 용량계수는 스트레이너(밸브)의 유량과 압력손실을 나타내는 규정값이며 유체유동(수송)능력을 표시하는 것으로 Kv, Cv, Av식 등 3가지 방식이 있는데1) 본 실험에서는Kv식으로 하였다[16].
성능/효과
결론적으로 Y형 보다 C형이 동일한 크기의 스트레이너에서 용량계수 Kv값이 50%이상 높은 것으로 나타나 유동성이 우수한 것으로 입증되었다.
둘째, Y형 스트레이너는 여과망 내부에 불순물이 쌓여 누적되면 유출구쪽을 막아 압력손실이 많았다.
9) 더 높게 나타나 유로의 형상과 변형이 없을 때 유량 흐름이 더 양호했다. 또한 여과망의 불순물 쌓임 정도에 따라 각각 유사한 비율로 유량 흐름이 낮아짐을 알 수 있었다.
셋째, C형 스트레이너는 유입․유출구가 일직선상에 있어 유로 변형이 없고, 불순물이 중앙에 쌓이더라도 좌우 양측부의 우회 유로가 형성되어 여과면이 크게 확보되므로, 압력손실도 상대적으로 적었다.
스트레이너의 유동특성(여과성능)을 알기 위해서는 실물 시험이나 CFD유동해석 방법을 통해서 알 수 있는데 본 연구에서는 Y형과 C형 스트레이너 50A 실물로 4가지 상황별 비교시험을 해 C형 스트레이너가 Y형보다 여과망이 없을 때 74.9%, 여과망에 불순물이 0% 쌓였을 때는 54.5%, 불순물이 15% 쌓였을 때는 54.2%, 불순물이 30%쌓였을 때는 52.4% 용량계수 Kv값이 높았다.
시험결과를 분석, 검토한 결과 첫째, 스트레이너 용량계수 Kv값을 결정하는 것은 본체의 유로형상과 여과망 불순물 쌓임정도가 가장 크게 영향을 주었다.
후속연구
C형 스트레이너를 상용화 해 설비배관현장에 적용하기 위해서는 다양한 모델 개발과 성능시험결과가 요구되고, ‘대한기계설비 건설협회지’ 광고게재, ‘한국종합건설 기계설비협의회’ 학술세미나, 배관관련업체 DM을 통해 소비자 요구를 충족시키고 건전한 제조업체 발굴로 양질의 제품이 생산된다면 향후 건축․산업현장에서 유용하게 사용될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스트레이너의 역할은 무엇인가?
스트레이너는 청수 또는 기름, 가스 등이 유입되는 배관의 밸브, 기기, 펌프 등의 전단부에 설치하여 불순물 유입을 방지하고, 내부 기관의 안전운전을 보장하는데 중요한 역할을 한다. 스트레이너는 건축․플랜트기계시설, 소방시설, 선박취수구, 자동차 연료라인, 가스정압시설등 산업시설 전반에 사용되고 사용처에 따라 형태도 다양하다.
스트레이너의 사용 분야는 무엇인가?
스트레이너는 청수 또는 기름, 가스 등이 유입되는 배관의 밸브, 기기, 펌프 등의 전단부에 설치하여 불순물 유입을 방지하고, 내부 기관의 안전운전을 보장하는데 중요한 역할을 한다. 스트레이너는 건축․플랜트기계시설, 소방시설, 선박취수구, 자동차 연료라인, 가스정압시설등 산업시설 전반에 사용되고 사용처에 따라 형태도 다양하다. 스트레이너에 대한 기존 연구는 주로 해양설비, 발전설비, 환경설비, 석유화학설비 및 자동차 등 산업 전반적 분야에서 이루어졌다[1,2]
배관계에서 사용되는 스트레이너의 종류 및 각각의 특징은 무엇인가?
스트레이너의 형태 중 현장에서 주로 쓰이고 있는 Y형은 설치여건, 불순물 제거에 따른 문제점이 있고, U형 스트레이너는 상부 기포(air pocket)발생과 불순물 제거를 위해 스트레이너를 분해해야 한다[5]는 단점이 있어 개선된 여과면이 C자형인 C형 스트레이너를 고안하여 설계하였다[Fig. 3].
참고문헌 (18)
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