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HILS 기법을 적용한 신축관 이음 수명예측에 관한 연구
A Study for Lifetime Predition of Expansion Joint Using HILS 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.4, 2018년, pp.138 - 142  

오정수 (한국기계전기전자시험연구원 기계금속센터) ,  조승현 (한국기계전기전자시험연구원 기계금속센터)

초록
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본 연구에서는 플랜트 기자재 중 수충격에 매우 취약한 신축관 이음을 대상으로 수충격 발생 시 신축관 이음의 신축량의 변화를 현장에서 취득한 후 HIL 시뮬레이터의 작동데이터로 적용한 HILS 기법을 적용한 진동내구 시험을 수행하였다. 또한 진동내구 시험 시 내구수명의 주요 스트레스 인자로 신축관 내부압력을 가정하였다. 진동내구 시험은 신축관 내부 설정압 따라 진행되었으며 수명데이터를 이용, 수명데이터를 잘 따르는 곡선을 접합하여 수명예측 모델식을 유도하였고 특정 내부 설정압에서의 시험 및 수명결과를 통하여 이를 검증하였다. 한편, 시험 중 발생 된 신축관의 고장모드는 모두 벨로우즈 부 표면에 발생된 크랙과 크랙을 통한 누수 등이 있었다. 본 연구에서 유도한 수명에측 모델식은 설정압력을 스트레스 인자로 따르는 전형적인 역승모형이며 특정환경에서만 적용될 수 있는 한계를 지니고 있다. 이에 본 연구는 진동내구 수명의 가속요인인 압력 외 온도상태 등을 다양한 수명변수가 적용 가능한 복합수명예측 모델식을 개발할 예정이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study used HILS to test an expansion joint, which is vulnerable to the water hammer effect. The operation data for the HIL simulator was the length rate of the expansion joint by the water hammer, which was used for life prediction based on the vibration durability. For the vibration durability...

주제어

#Expansion joint   #HILS   #Lifetime Prediction   #Vibration durability   #Vibration reproducing   #Waterhammer  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 실제 운용중인 플랜트용 신축관 이음의 수명예측 모델식을 유도 하고 이를 검증하였다.
  • 신축관 고장모드의 주요 요인으로는 신축관 내부에 작용하는 급작스런 내압의 변화나 작동유체의 온도상태, 충격에 의한 신축관 내․외부의 파손 등이 있으나 본 연구에서는 먼저 신축관 작용하는 진동내구특성을 살펴보고자 한다.
  • 이에 본 연구는 위 기법을 적용하여 실제 플랜트 기자재의 작동조건을 동적 모사함으로써 기자재의 수명예측을 도출하려고 한다. 

가설 설정

  • 2. 진동내구 시험 시 내구수명의 주요 요인을 신축관 이음 내부압력으로 가정하였다.
  • 우선 신축관의 내구수명 분포는 기계부품류의 수명분포로 적합한 역승모델(Inverse power law model)을 따른다고 가정하고 내구수명 모델식 (1)을 다음과 같이 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수충격(Waterhammer) 현상이란 무엇인가? 배관계통 내 수충격(Waterhammer) 현상은 주로 급수펌프의 정지로 인하여 유동 중의 유체에너지가 압력에너지로 변화하면서 충격파를 유발하고 이로 인해 배관계통을 구성하는 밸브 및 신축관 이음, 배관 등을 파손하게 된다[1]. 
수충격(Waterhammer) 현상을 완하하기 위하여 어떤 설치를 권고하는가? 이러한 현상을 완화하기 위해 배관 및 신축관 이음 등 설치 규정에 따라 에어챔버 및 체크밸브 등 설치를 권고하고 있으나 노후화된 플랜트 설비의 경우 설치공간의 제약과 높은 설치비용으로 인하여 적용이 용이 하지 않으므로 아직도 많은 현장에서는 기자재 부품을 교체․수리하고 있는 실정이며 이는 플랜트 설비의 유지보수의 효율성 저하를 유발하는 주요인으로 꼽히고 있다. 
플랜트 설비용 기자재의 실제 수명을 예측하기 어려운 이유는? 대다수의 플랜트 설비용 기자재의 경우 국내․외 시험표준(KS, ISO, ASNI/ASME 등)에 의거, 제품의 검사 및 성능시험을 통해 제품 사용 전, 이상 유․무를 판정하고 있으나 실제 작동환경 및 운전조건에 따라 제품성능이 상이하고 수충격과 같은 과도한 조건에서는 제품의 파손에 취약하기에 실제 수명을 예측하기에는 어려움이 있다[2-4].
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참고문헌 (7)

  1. J. H. Lee, H. H. Lee, B. H. Kyoung, J. W. Woo, K. H. Lee, " A Study of Water-Hammer Control with Statuette-Piping", The Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Annual Spring Conference, pp. 674-678, 2007. 

  2. "KS B 4500 : Expansion Joints", Korea Standard Association, 2016. 

  3. "ISO 15348(en) : Pipework-Metal bellows expansion joints", International Organization for Standardization, 2002. 

  4. "ASME B31.3 : Processing Piping", The American Society of Mechanical Engineers", 2016. 

  5. N. J. Lee, D. C. Lee, C. G. Kang, "Study on a Brake HILS System for a Railway Vehicle", The Korean Society for Urban Railway, Journal of The Korean Society For Urban Railway, vol. 1, no. 3, pp 91-94, 2013. 

  6. K. Y. Jeong, R. C. Kang, H. C. Lee, "Prediction of Iron Loss Resistance by Using HILS System", The Korean Society Of Automotive Engineers, Transaction of the Korean Society of Automotive Engineers, vol. 23, no. 1, pp25-33, 2015. DOI: https://doi.org/10.7467/KSAE.2015.23.1.025 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. J. S. Oh, D. K. Kang, J. S. Heo, "Development of HIL Simulator for Vibration Reproducing of Waterhammer", Korea Academy Industrial Cooperation Society, Fall Conference, pp. 325-326, 2017. 

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