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고온용 볼 밸브의 형상 최적화
Shape Optimization of Ball Valve for High Temperature 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.1, 2017년, pp.15 - 20  

김남희 (동아대학교 기계공학과) ,  변지훈 (동아대학교 기계공학과) ,  이권희 (동아대학교 기계공학과)

초록
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볼밸브는 밸브의 가운데 구멍이 뚫린 구 모양의 볼이 회전에 의해 구멍을 닫거나 열어 밸브를 개폐시킨다. 본 연구에서는 플랜트장치용 고온용 볼밸브에 관한 것으로써, 사용되는 유체는 고온의 스팀을 사용하는 볼밸브이다. 고온의 스팀을 유체로 사용함에 따라 볼밸브에 열응력이 발생하기 때문에 초기모델에서의 열-구조 연성해석을 실시하여 고온용 볼밸브의 구조적 안정성을 검토하였다. 검토한 결과 폴리테트라 플루오르에틸렌 재질의 시트에서 항복응력 이상의 값이 나타나였다. 본 연구에서는 시트의 최적화를 실시하여 항복응력 이내의 구조적 안정성을 찾고자 하였다. 시트의 최적화를 위해 2개의 형상설계 변수를 선정하였고, 최적화 과정 중에 설계요구조건으로 시트의 길이와 두께에 관련하여 기준을 고려하였다. 시트의 응력과 질량을 고려한 30개의 표본점을 만들어 최적화 과정을 진행하였으며, 최적화 기법으로서 크리깅 내삽법을 이용한 메타모델 최적화 방법을 적용하였다. 그 결과 항복응력 이내의 구조적 안전성을 만족하는 시트의 두께와 길이를 찾을 수 있었고, 이에 따른 개도별 유동해석을 실시하여 볼밸브의 성능지표를 나타내는 유량계수 값을 구하여 볼밸브의 성능을 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The main purpose of the ball valve ball is to be moved by the rotation of the stem when fully open or completely closed. In this study the heat of the initial model, which used a structure interaction analysis technique, tried to examine the structural safety of the high temperature for the ball val...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 볼밸브 시트의 열-구조 연성해석을 실시하여 구조적 안전성을 검토하고, 이에 따른 결과를 이용하여 시트의 형상 최적화를 수행 하고자 한다. 열-구조 연성해석 수행 후 얻은 취약부분에 대하여 얻은 해석결과 값을 재료 물성치의 항복강도를 기준으로 판단하였고, 크리깅 내삽법을 이용한 메타모델의 최적화를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고온용 볼밸브의 구조적 안정성은 열-구조 연성해석을 실시하여 검토하는 이유는 무엇인가? 본 연구에서는 플랜트장치용 고온용 볼밸브에 관한 것으로써, 사용되는 유체는 고온의 스팀을 사용하는 볼밸브이다. 고온의 스팀을 유체로 사용함에 따라 볼밸브에 열응력이 발생하기 때문에 초기모델에서의 열-구조 연성해석을 실시하여 고온용 볼밸브의 구조적 안정성을 검토하였다. 검토한 결과 폴리테트라 플루오르에틸렌 재질의 시트에서 항복응력 이상의 값이 나타나였다.
산업현장에서 밸브가 가져야 할 성능은 무엇인가? 산업현장에서 밸브의 내부누설구조의 손상으로 인해 거대 플랜트의 화재사고가 기인되는 경우가 많다. 따라서 밸브는 유체가 주변으로 새어 나가지 않아야 하고, 내부에서 누설이 되지 않아야 한다[1].
볼밸브의 원리는 무엇인가? 볼밸브는 밸브의 가운데 구멍이 뚫린 구 모양의 볼이 회전에 의해 구멍을 닫거나 열어 밸브를 개폐시킨다. 본 연구에서는 플랜트장치용 고온용 볼밸브에 관한 것으로써, 사용되는 유체는 고온의 스팀을 사용하는 볼밸브이다. 고온의 스팀을 유체로 사용함에 따라 볼밸브에 열응력이 발생하기 때문에 초기모델에서의 열-구조 연성해석을 실시하여 고온용 볼밸브의 구조적 안정성을 검토하였다.
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참고문헌 (8)

  1. N. H. Kim, "Shape Optimization ball valve for a high temperature" pp. 4-10, Dong-a University, 2015. 

  2. B. K. Choi, "The Valve Primer," Chung Mun Gak, pp. 70-81, 2010. 

  3. H. P. Jeon, D. Y. Kim, J. C. Lee, "CFD Analysis on the Flow Characteristics with Flow Coefficient in a PFA Lined Ball Valve for Different Opening Degrees," KOREAN SOCIETY FOR FLUID MACHINERY, vol. 17, no, 4, pp. 76-80, Aug. 2014. DOI: http://doi.org/10.5293/kfma.2014.17.4.076 

  4. Guinta A. and Watson L., " A Comparison of Approximation Modeling Techniques: Polynomial Versus Interpolating Models," Proceedings of the 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization, St. Lo uis, MO, AIAA, vol. 2, Sept.2-4, pp. 392-440(AIAA-98-4758), 1998. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1998-4758 

  5. K. H. LEE., "Optimization of a Drive-Side Ariba Using Kriging Based Approximation Model," J. of Mechanical Science and Technology, vol. 19, no. 1, pp. 116-126, 2005. 

  6. K. H. LEE., Bang I. K., "Structure Design of Automotive Door Using the Kriging Models," Transactions of the Korean society of Automotive Engineers, vol. 15, no. 1, pp. 146-153, 2007 

  7. ANSI/ISA-75.01.01 

  8. H. P. Jeon, W. S. Lee, C. S. Kim, J. C. Lee, "Prediction of the Flow Coefficient of a PFA Lined Ball Valve Using the CFD Simulation Method," KOREAN SOCIETY FOR FLUID MACHINERY, vol. 19, no, 4, pp. 35-38, Aug. 2016. DOI: http://doi.org/10.5293/kfma.2016.19.4.035 

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