본 연구에서는 차단기능형 수평식 가스밸브와 기존 수직식 가스밸브의 변형거동 안전성을 FEM으로 해석하였다. FEM 해석결과에 의하면, 차단기능형 수평식 가스밸브의 나사부와 가스방출구에 가스내압이 작용할 때 밸브몸체의 우측 끝단부에서 최대 변형량 $4.4{\mu}m$가 발생하였다. 두 번째로 큰 변형량 $2.9{\mu}m$는 안전밸브가 설치된 포트의 끝단부에 형성된 것으로 나타났다. 이렇게 작은 변형량이 발생한 것은 나사부, 가스방출구, 스템 및 스핀들 축이 장착되는 포트, 안전밸브 포트로 구성되는 수평식 가스밸브의 평형이 잘 이루어지도록 설계되었기 때문이다. 반면에 나사부와 가스방출구에 가스내압이 작용할 때, 기존 차단기능형 수직식 가스밸브의 상단부에서 최대 변형량 0.076mm가 형성된 것으로 나타났다. 가스유출구의 좌측 끝단부에서 두 번째로 큰 최대 변형량 0.055mm가 발생하였다. 이러한 변형량은 차단기능형 안전장치의 그루브에 삽입된 오링의 밀봉간극에 영향을 미칠 가능성이 높다. 따라서 본 연구에서는 LPG 용기용 가스밸브의 가스누출을 완벽하게 차단할 수 있는 메커니즘을 갖춘 차단기능형 수평식 가스밸브가 수직식 가스밸브에 비해 우수하다할 수 있다.
본 연구에서는 차단기능형 수평식 가스밸브와 기존 수직식 가스밸브의 변형거동 안전성을 FEM으로 해석하였다. FEM 해석결과에 의하면, 차단기능형 수평식 가스밸브의 나사부와 가스방출구에 가스내압이 작용할 때 밸브몸체의 우측 끝단부에서 최대 변형량 $4.4{\mu}m$가 발생하였다. 두 번째로 큰 변형량 $2.9{\mu}m$는 안전밸브가 설치된 포트의 끝단부에 형성된 것으로 나타났다. 이렇게 작은 변형량이 발생한 것은 나사부, 가스방출구, 스템 및 스핀들 축이 장착되는 포트, 안전밸브 포트로 구성되는 수평식 가스밸브의 평형이 잘 이루어지도록 설계되었기 때문이다. 반면에 나사부와 가스방출구에 가스내압이 작용할 때, 기존 차단기능형 수직식 가스밸브의 상단부에서 최대 변형량 0.076mm가 형성된 것으로 나타났다. 가스유출구의 좌측 끝단부에서 두 번째로 큰 최대 변형량 0.055mm가 발생하였다. 이러한 변형량은 차단기능형 안전장치의 그루브에 삽입된 오링의 밀봉간극에 영향을 미칠 가능성이 높다. 따라서 본 연구에서는 LPG 용기용 가스밸브의 가스누출을 완벽하게 차단할 수 있는 메커니즘을 갖춘 차단기능형 수평식 가스밸브가 수직식 가스밸브에 비해 우수하다할 수 있다.
This paper presents the FEM analysis results on the deformation behavior safety of automatic cut-off horizontal and conventional vertical gas valves. Based on the FEM analysis, the primary maximum deformation of $4.4{\mu}m$ was formed on the right end side of a valve body when the interna...
This paper presents the FEM analysis results on the deformation behavior safety of automatic cut-off horizontal and conventional vertical gas valves. Based on the FEM analysis, the primary maximum deformation of $4.4{\mu}m$ was formed on the right end side of a valve body when the internal gas pressure was supplied on the screw port and gas discharge port of an automatic cut-off horizontal gas valve. And the secondary maximum deformation of $2.9{\mu}m$ was formed on the end side of safety valve port. This small deformation of an automatic cut-off horizontal gas valve is strongly related to the balanced design of a horizontal gas valve main body, which is composed of a screw part, gas outlet port, port for a stem and spindle shaft assembly, and safety valve port. But, the primary maximum deformation of 0.076mm was formed on the upper part of a conventional automatic cut-off vertical gas valve when the internal gas pressure was supplied on the screw port and gas discharge port. And the secondary maximum deformation of 0.055mm was formed on the left end side of a gas outlet port. This may effect on the sealing clearance of o-ring that is inserted on the groove of an automatic cut-off unit. Thus, this paper recommends an automatic cut-off horizontal gas valve compared with that of a conventional gas valve for a gas leakage free mechanism of a LPG cylinder valve.
This paper presents the FEM analysis results on the deformation behavior safety of automatic cut-off horizontal and conventional vertical gas valves. Based on the FEM analysis, the primary maximum deformation of $4.4{\mu}m$ was formed on the right end side of a valve body when the internal gas pressure was supplied on the screw port and gas discharge port of an automatic cut-off horizontal gas valve. And the secondary maximum deformation of $2.9{\mu}m$ was formed on the end side of safety valve port. This small deformation of an automatic cut-off horizontal gas valve is strongly related to the balanced design of a horizontal gas valve main body, which is composed of a screw part, gas outlet port, port for a stem and spindle shaft assembly, and safety valve port. But, the primary maximum deformation of 0.076mm was formed on the upper part of a conventional automatic cut-off vertical gas valve when the internal gas pressure was supplied on the screw port and gas discharge port. And the secondary maximum deformation of 0.055mm was formed on the left end side of a gas outlet port. This may effect on the sealing clearance of o-ring that is inserted on the groove of an automatic cut-off unit. Thus, this paper recommends an automatic cut-off horizontal gas valve compared with that of a conventional gas valve for a gas leakage free mechanism of a LPG cylinder valve.
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문제 정의
본 연구에서는 기존의 수직식 가스밸브 대비 새로이 개발한 차단기능형 수평식 가스밸브의 변형거동 안전성을 FEM으로 해석하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 차단기능형 수평식 가스밸브와 기존 수직식 가스밸브의 변형거동 안전성을 FEM 으로 해석한 결과를 상대적으로 비교·고찰하였다.
본 연구에서는 차단기능형 안전장치를 설치한 가스유출입구의 내경부 직경 D를 10~10.8mm로 변화시켜가면서 설계할 때, 가스압력 변동에 따른 변형거동 안전성을 유한요소법으로 해석하였다.
2에서는 수평식 가스밸브 몸체의 변형거동 특성을 고찰하기 위해 사용한 절단형상의 해석모델을 보여준다. 여기서 차단기능형 안전장치가 설치되는 가스유출입구의 내경부를 10~10.8mm로 변화시켜가면서 변형거동 안전성을 FEM으로 해석하였다.
대상 데이터
LPG 용기에 저장된 LP가스를 연소기기에 안전하게 공급하거나 차단하기 위해서는 개폐식의 차단 기능형 가스밸브를 사용한다.
본 연구에서 사용한 유체는 LPG 연료이다. 또한, 차단기능형 가스밸브를 제조하기 위해 사용한 황동 소재의 기계적 특성은 Table 1에서 보여준 데이터로 KS D 5101[5]에 제시되어 있다.
이론/모형
LPG 용기용 가스밸브에 대한 내압시험 강도안전성 검사기준은 KGS AA213[4]에 따른다. 이 기준에서 가스밸브에 가하는 최대가스내압이 3.
성능/효과
Fig. 6에서 3.5MPa로 가장 높은 가스내압이 작용할 경우, 차단기능형 안전장치가 설치된 가스유출 입구의 직경 D가 커질수록 최대 변형량은 증가하는 것으로 나타났다. 수평식 가스밸브에서는 가스 유출입구의 직경이 커질수록 최대 변형량은 가파르게 증가하다가 직경 D=10.
FEM 해석결과에 의하면, 수평식 가스밸브는 나사부, 가스유출입구, 스템 및 스핀들 축 장착 포트, 안전밸브 포트가 구조적으로 평형이 잘 형성되도록 설계되었기 때문에 작은 변형량이 발생한 것으로 나타났다. 반면에 수직식 가스밸브는 나사부와 스템 및 스핀들 축 장착 포트가 일직선으로 배열되어 있지만, 가스유출입구와 안전밸브 포트는 편심되게 설계되어 가스압이 공급되면 굽힘 모멘트가 크게 작용하는 구조이다.
5(b)에서는 수평식 가스밸브와 동일한 작동 조건을 수직식 가스밸브에 적용하였을 때, 발생한 최대 변형량을 해석한 결과이다. 가스유출입구의 직경을 D=10~10.8mm로 증가하였을 때, 최대 변형 량은 수직식 가스밸브의 상단 끝단부에서 발생하는 것으로 나타났다. 가스밸브의 직경이 10.
따라서 동일한 가스내압을 수평식 및 수직식 가스밸브에 적용하였을 때 수직식보다는 수평식 가스 밸브의 설계구조가 변형거동 안전성 측면에서 더 유리하다는 것을 본 연구를 통해 알 수 있다. 가스 밸브에서 변형량이 작게 발생한다는 것은 오링의 기밀성 확보에 긍정적이라는 의미이다.
076mm가 발생 되었다. 또한, 가스유출입구에서 발생한 최대 변형량 0.055mm는 차단기능형 안전장치에 설치된 오링의 밀봉간극 변화에 영향을 미칠 정도로 크기 때문에 수직식 가스밸브의 밀봉내구 안전성이 상대적으로 떨어지는 것으로 나타났다.
또한, 수직식 가스밸브에서 가스유출입구의 직경 D가 커질수록 최대 변형량은 가파르게 증가하다가 직경 D=10.6mm 정도에 도달하면 최대변형 증가량이 둔화되는 현상을 보여준다. 따라서 수직식 가스 밸브에서 가스내압이 3.
5MPa로 가장 높은 가스내압이 작용할 경우, 차단기능형 안전장치가 설치된 가스유출 입구의 직경 D가 커질수록 최대 변형량은 증가하는 것으로 나타났다. 수평식 가스밸브에서는 가스 유출입구의 직경이 커질수록 최대 변형량은 가파르게 증가하다가 직경 D=10.4~10.6mm에 도달하면 최대 변형량 증가가 둔화하는 현상을 보여준다. 따라서 수평식 가스밸브에서 가스내압이 3.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가스밸브를 설계할 때 고려할 점은?
가스밸브는 가스내압에 의해 발생된 응력강도보다 렌치를 사용하여 압력용기에 PT나사로 체결할때 과도한 토크 체결력으로 인해 파손되는 경우가 많다. 따라서 밸브몸체의 강도 안전성은 이점을 고려하여 설계하지만, 토크하중에 대한 규정을 엄격하게 지키도록 교육하는 것도 중요하다.
차단기능형 수평식 가스밸브는 어떤 구조인가?
차단기능형 수평식 가스밸브는 가스유출입구의 내경부에 고압호스를 나사로 체결하면 차단기능형안전장치가 자동으로 열려서 외부가스의 유입과 내부가스의 유출을 허용하는 구조이다. 또한, 고압호스를 가스유출입구로부터 분리하면, 열렸던 차단기 능형 안전장치는 스프링에 의해 닫히면서 오링에 의한 기밀성이 확보된다.
차단기능형의 수직식 가스밸브가 개발된 배경은?
그동안 LPG 용기용 가스밸브에 대한 연구가 거의 없었던 것은 외국 제품을 그대로 모방하여 제작하였기 때문이다. 또한, 우리나라에서는 유독 LPG 용기에 관련된 고의적인 가스사고가 많이 발생하였기 때문에 차단기능형의 수직식 가스밸브가 개발되었고, 이에 대한 강도 안전성을 해석한 사례[2]가 한건 있을 뿐이다.
참고문헌 (7)
Young-Gyu Kim, Boo-Gil Kwoon, Ji-Youn Kim, "Development of LPG Cylinder Valve with Self-closing Function", Proceeding of 2006 Energy, Gas and Climate Change Joint Conference, pp. 129, (May 26, 2006)
C.K. Kim, "A Study on th Strength Safety of Valve Structure for LPG Cylinder", J. of KIGAS, Vol. 18, No. 6, pp. 27-31, (2014)
C.K. Kim, "Design Study of Automatic Cut-off Horizontal Valve for a LPG Cylinder", J. of KIGAS, Vol. 19, No. 6, pp. 80-84, (2015)
KGS AA213, (2014)
KS D 5101, (2015)
D.I., Cho, "Very Dangerous Gas Leakage at the Screw Part of LPG Cylinder", Today Energy Newspaper, (2016.05.02.)
G.C., Park, "Countermeasure for Leaking Selfclosing LPG Cylinder Valve?", Gas Newspaper, (2016.04.20.)
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