밸브는 배관의 유량을 차단 및 제어하기 위한 장치로써 게이트 밸브, 글로브 밸브, 체크 밸브 등 많은 종류가 사용되고 있다. 그 중 글로브 밸브는 고압력 조건에서의 유량조절이 용이하여 LNG 선박, 증기 배관 등에 사용된다. 본 논문에서는 글로브 밸브의 누설 문제를 구조적으로 해결하기 위해 시트의 형상을 변형하는 방법을 제시하였다. 또한 유한 요소 해석을 통해 각 모델의 응력분포와 변형량을 비교하고 이를 통하여 제안한 모델에 대한 검증을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 모델에서 원주 방향의 변형이 줄어들고, 누설을 감소시킬 수 있는 Self-supporting 효과를 확인할 수 있었다.
밸브는 배관의 유량을 차단 및 제어하기 위한 장치로써 게이트 밸브, 글로브 밸브, 체크 밸브 등 많은 종류가 사용되고 있다. 그 중 글로브 밸브는 고압력 조건에서의 유량조절이 용이하여 LNG 선박, 증기 배관 등에 사용된다. 본 논문에서는 글로브 밸브의 누설 문제를 구조적으로 해결하기 위해 시트의 형상을 변형하는 방법을 제시하였다. 또한 유한 요소 해석을 통해 각 모델의 응력분포와 변형량을 비교하고 이를 통하여 제안한 모델에 대한 검증을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 모델에서 원주 방향의 변형이 줄어들고, 누설을 감소시킬 수 있는 Self-supporting 효과를 확인할 수 있었다.
The valves used to control or shut off the flow through a pipeline can be divided into many different types, including gate valves, globe valves, and check valves. Globe valves, in particular, have excellent properties, and because they can easily control the flow under high-pressure conditions, the...
The valves used to control or shut off the flow through a pipeline can be divided into many different types, including gate valves, globe valves, and check valves. Globe valves, in particular, have excellent properties, and because they can easily control the flow under high-pressure conditions, they are generally used in LNG ship and steam pipelines. In this paper, a method for changing the shape of a seat was suggested to solve the valve leakage problem from a structural perspective. In addition, the stress distribution and directional deformation were compared for each model. The suggested models were thus validated, and the optimized seat structure, which includes a self-supporting capability for decreasing the amount of leakage, was determined.
The valves used to control or shut off the flow through a pipeline can be divided into many different types, including gate valves, globe valves, and check valves. Globe valves, in particular, have excellent properties, and because they can easily control the flow under high-pressure conditions, they are generally used in LNG ship and steam pipelines. In this paper, a method for changing the shape of a seat was suggested to solve the valve leakage problem from a structural perspective. In addition, the stress distribution and directional deformation were compared for each model. The suggested models were thus validated, and the optimized seat structure, which includes a self-supporting capability for decreasing the amount of leakage, was determined.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
글로브 밸브의 구조적 개선을 위해 본 논문에서는 일반적으로 사용되는 시트의 형상을 변형시키는 방법을 제안하였다. 시트와 디스크의 재료는 내식성이 우수한 SUS316 을 사용하였으며 재료의 물성치가 Table 1 에 나타나 있다.
따라서 본 연구에서는 글로브 밸브의 기밀을 구조적으로 개선시키기 위한 새로운 방안을 제시하고, 이를 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 를 사용하여 해석하고자 한다.
본 논문에서는 글로브 밸브 시트의 구조적 개선을 위해 새로운 구조의 시트를 제안하고, 유한요소해석을 통해 시트의 응력과 변형량 값을 비교하여 이를 검증하였다.
가설 설정
3 에 도시된 것과 같이 1/2모델을 사용하고 대칭경계조건을 설정하여 해석을 진행하였다. 모든 모델의 경계조건은 동일하며, 디스크가 시트를 누르는 압력은 3MPa 로 설정하였다. 메쉬의 크기는 기본적으로 Medium 으로 생성하였고, 디스크와 시트가 접촉하는 부분에서 보다 정확한 결과를 얻기 위해 메쉬의 크기를 1/4 로 설정하였다.
제안 방법
모든 모델의 경계조건은 동일하며, 디스크가 시트를 누르는 압력은 3MPa 로 설정하였다. 메쉬의 크기는 기본적으로 Medium 으로 생성하였고, 디스크와 시트가 접촉하는 부분에서 보다 정확한 결과를 얻기 위해 메쉬의 크기를 1/4 로 설정하였다. 기본모델인 Model 1 의 메쉬는 Fig.
모델의 형상이 비교적 단순하므로 Fig. 3 에 도시된 것과 같이 1/2모델을 사용하고 대칭경계조건을 설정하여 해석을 진행하였다. 모든 모델의 경계조건은 동일하며, 디스크가 시트를 누르는 압력은 3MPa 로 설정하였다.
본 연구에서는 시트와 디스크가 접촉하며 발생하는 변형량을 축 방향과 원주 방향으로 나누어 해석하였다. 시트의 축 방향, 원주 방향 변형량은 Fig.
대상 데이터
글로브 밸브의 구조적 개선을 위해 본 논문에서는 일반적으로 사용되는 시트의 형상을 변형시키는 방법을 제안하였다. 시트와 디스크의 재료는 내식성이 우수한 SUS316 을 사용하였으며 재료의 물성치가 Table 1 에 나타나 있다. 또한 현재 보편적으로 쓰이는 시트의 형상 및 치수를 Fig.
성능/효과
(1) 세 모델의 최대 응력값은 크게 차이가 없고, Model 1,2 의 경우 경계면에서, Model 3 의 경우 홈의 위쪽 모서리에서 최대 응력이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 각 모델의 변형량을 비교할 때, Model 3 의 원주방향 변형량이 다른 모델 보다 75% 감소하여 많은 개선을 보임을 확인할 수 있었다.
후속연구
6 의 그래프에 도시된 것과 같이 모델 간 최대 응력의 차이는 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 또한 최대 응력값이 재료의 항복강도인 205MPa 을 넘지 않아 제품의 안전한 사용이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
글로브 밸브의 단점은 무엇인가?
일반적으로 구체의 몸통 내부에 시트(Seat)가 위치한 격벽이 고정되어 있고 디스크(Disk)가 상하로 움직이며 유량을 조절하는 구조로 구성되어 있다. 하지만 글로브 밸브는 내부의 격벽주변에서 유체의 불연속적인 유동이 발생하여, 이로 인한 응력의 증가 및 온도차에 의한 열변형 문제뿐만 아니라 스템(Stem)의 굽힘으로 인해 디스크와 시트의 중심축이 서로 어긋 나며 누설이 발생하는 문제 등이 발생한다. 또한 유체의 누설로 인한 소음이 발생하기도 한다.
글로브 밸브는 무엇인가?
글로브 밸브(Globe valve)는 많은 산업분야에서 배관의 개폐와 유량을 제어하는 조절하기 위해 보편적으로 사용되는 기구이다. 일반적으로 구체의 몸통 내부에 시트(Seat)가 위치한 격벽이 고정되어 있고 디스크(Disk)가 상하로 움직이며 유량을 조절하는 구조로 구성되어 있다.
글로브 밸브는 무엇으로 구성되어 있는가?
글로브 밸브(Globe valve)는 많은 산업분야에서 배관의 개폐와 유량을 제어하는 조절하기 위해 보편적으로 사용되는 기구이다. 일반적으로 구체의 몸통 내부에 시트(Seat)가 위치한 격벽이 고정되어 있고 디스크(Disk)가 상하로 움직이며 유량을 조절하는 구조로 구성되어 있다. 하지만 글로브 밸브는 내부의 격벽주변에서 유체의 불연속적인 유동이 발생하여, 이로 인한 응력의 증가 및 온도차에 의한 열변형 문제뿐만 아니라 스템(Stem)의 굽힘으로 인해 디스크와 시트의 중심축이 서로 어긋 나며 누설이 발생하는 문제 등이 발생한다.
참고문헌 (6)
Bae, K. H., Park, J. H. and Kang, S. M., 2008, "A Study on the Flow Characteristics Inside a Glove Valve for Ships," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 32, No. 1, pp. 110-118.
Kim, D. K. and Kim, J. H., 2007, "A Study on Structural Analysis of Globe Valve for LNG Carrier," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 31, No. 8, pp. 1013-1019.
Kaewwaewnoi, W., Prateepasen, A. and Kaewtrakulpong, P., 2010, "Investigation of the Relationship Between Internal Fluid Leakage Through a Valve and the Acoustic Emission Generated from the Leakage," Journal of the International Measurement Confederation, Vol. 43, Issue 2, pp.274-282
Sonawane, V. J., Rane, T. J., Monde, A. D., Vajarinkar, R.V. and Gawade, P. C., 2013, "Design and Analysis of Globe Valve as Control Valve Using CFD Software," Journal of Mechanical and Civil Engineering, Vol. 4, pp. 63-71
Masjedian Jazi, A. and Rahimzadeh, H., 2009, "Detecting Cavitation in Globe Valves by Two Methods: Characteristic Diagrams and Acoustic Analysis," Applied Acoustics, Vol. 70, Issue 11-12, pp. 1440-1445.
Kurian, P. C., Krishnamurthy, R. and Rajesh, R., 2014, "Design and Analysis of a High Pressure Globe Valve," International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Vol. 4, Issue 10, pp. 391-397.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.