[논문]LNG 벙커링용 4인치 QC/DC의 설계 및 기초 성능 실험

장성철; 서창명; 권민수; 엄정필; 정현철

doi:10.21289/ksic.2019.22.2.81

[국내논문] LNG 벙커링용 4인치 QC/DC의 설계 및 기초 성능 실험
Design and Basic Performance Test of 4 Inch QC/DC Bellows for LNG Bunkering 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.22 no.2, 2019년, pp.81 - 86

장성철 (한국폴리텍IV대학 충주캠퍼스 기계시스템학과) , 서창명 (한국폴리텍IV대학 충주캠퍼스 산업설비과) , 권민수 (한국폴리텍IV대학 충주캠퍼스 드론전자과) , 엄정필 (경남테크노파크 조선해양센터) , 정현철 ((주)엔이에스)

Abstract ▼ AI-Helper

Although the localization rate of shipbuilding and marine equipment goods is set to be 70 percent by 2020, but the localization rate of equipment and materials for shipbuilding and marine facilities is currently 10 to 30 percent. For Korea's Big 3 shipbuilders, which build 70 percent of the world's largest shipbuilders, localization of shipbuilding equipment and equipment is an essential factor. In particular, there is a growing need to localize equipment and materials in terms of the number of lead standards and A/S. It is expected that there will be a rapid expansion of LNG carriers in the future, and it is necessary to develop equipment and equipment materials of LNG ships. In this study, the design and manufacture of LNG vessel equipment was conducted. Design and basic performance tests of 4-inch QCDC for LNG bunkering were conducted.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Design of quick coupling and dry disconnect coupling
그림 Fig. 2 Design of quick coupling body
그림 Fig. 3 Design of dry disconnect coupling body
그림 Fig. 4 Design of quick coupling disc와 stem, bush
그림 Fig. 5 Design of dry disconnect coupling connector and disc
그림 Fig. 6 Quick Coupling Process
그림 Fig. 7 Dry Disconnect Coupling Process
그림 Fig. 8 4-inch QC/DC/ERC/Bellows 1.5MPa Pressurized
그림 Fig. 9 4-inch QC/DC/ERC/Bellows 12° displacement test

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 LNG 벙커링용 4인치 QC/DC의 설계 및 기초 성능 실험인 기밀/내압/밸로즈 변위 시험을 수행하였다

제안 방법

1. Quick Coupling은 01번 Body, 02번 Disc, 03번 Bush로 구성되어 3부분으로 나타내었으며, 리크, 내압, 밸로즈 변위 등을 우선적으로 고려한 설계를 수행하였다.
Body 상단 안쪽에 QC와 체결 할 수 있는 3개의 홈을 구성하였으며 체결과 동시에 손잡이를 돌려 Disc Plate와 Body가 회전을 하면서 Disc가 개폐 되도록 하였다.
Dry Disconnect Coupling은 01번 Body, 02번 Connector, 03번 Disc로 구분 할 수 있다. Body와 Connector 연결부, Disc Holder 연결부에 U-Seal을 하여 기밀과 마찰을 고려한 설계를 하였다. Body 상단 안쪽에 QC와 체결 할 수 있는 3개의 홈을 구성하였으며 체결과 동시에 손잡이를 돌려 Disc Plate와 Body가 회전을 하면서 Disc가 개폐 되도록 하였다.
Holder가 Disc Plate가 고정되어야 하며, Body가 회전하면서 Disc가 수직으로 움직일 수 있도록 한다. Disc에는 O-Ring을 하여 기밀을 확보 하였으며, Holder 바깥 부분에는 마찰계수를 줄이고 압력 범위를 높이기 위한 U-Seal을 적용하였다. Fig.
극저온 환경을 고려한 최종설계는 아니며, 리크, 내압, 내구성 등을 우선적으로 고려한 설계를 하였다. ERC와 연결되는 연결부에 O-Ring 처리하여 압력이 가해지면 변형되어 간극을 막아주는 역할을 하도록 하였다. 디스크와 바디사이는 실링하여 유체의 리크를 최소화하고 유동성 연결부의 마찰을 최소화 시켰다.
LNG 벙커링 주유시 극저온 매체를 주입하기 위한 커플링 설계를 위하여 Quick Coupling과 연결되는 Dry Disconnect Coupling에 관한 설계를 수행하였다.
QC/DC Dry Disconnect Coupling Process는 설계-가공-가공수정-조립-가공수정-제품-성능검사로 진행하였다. Fig.
각각 3회 왕복 작동 시킨다. QC/DC/ ERC/Bellows의 부품표면 균열, 변형, 파손 여부를 육안으로 확인하여 작동 정상여부를 판단한다. 성능실험 결과 Fig.
前報[1]에서는 변위량이 가장 많이 발생하는 지점에 QC/DC, ERC, 벨로우즈를 탑재하여 유체-열-구조 연성해석에 의한 최적화 설계에 대한 기초 연구를 수행하였다.
Quick Coupling은 크게 3부분으로 나타내었으며, 01번 Body, 02번 Disc, 03번 Bush로 구성되어 있다. 극저온 환경을 고려한 최종설계는 아니며, 리크, 내압, 내구성 등을 우선적으로 고려한 설계를 하였다. ERC와 연결되는 연결부에 O-Ring 처리하여 압력이 가해지면 변형되어 간극을 막아주는 역할을 하도록 하였다.
안쪽에는 마찰계수가 적고 압력 범위가 넓은 U-Seal을 적용하였다. 바깥부분에는 기밀을 위한 O-Ring을 적용한 설계를 하였다.
본 연구에서는 LNG 벙커링용 4인치 QC/DC의 설계 및 기초 성능 실험인 기밀/내압/밸로즈 변위시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
Body와 기밀, 마찰 등을 고려한 설계를 하여 움직이지 못하도록 밀착시켜야 한다. 안쪽에는 마찰계수가 적고 압력 범위가 넓은 U-Seal을 적용하였다. 바깥부분에는 기밀을 위한 O-Ring을 적용한 설계를 하였다.
5MPa)에 상당하는 수압을 가압한 후, 5min 동안 유지한다. 압력 변동이 0.05% 이하로 유지 되는지 QC/DC/ERC/Bellows의 전/후에 설치한 압력게이지의 지침을 확인하고, 투입된 물의 누설 여부를 육안으로 확인하여 작동 정상여부를 판단한다. 성능실험 결과 Fig.
그 후 Connector를 조립해 준다. 이 과정에서 Plate의 수직 운동 및 회전에서 발행하는 구동 문제점, Disc의 리크 등 발생되는 문제점에 대해 추가 가공을 진행한다. Holder 의 체결부와 QC의 연결부 등을 고려한다.
3단계에는 조립 완성된 제품에 대한 자체적인 성능평가 및 테스트를 진행하였다. 제품의 구동성, 결합 여부, 기밀성, 내압 등 테스트를 수행하였다.
3단계에는 조립 완성된 제품에 대한 자체적인 성능평가 및 테스트를 진행하였다. 제품의 구동성, 결합 여부, 기밀성, 내압 등 테스트를 수행하였다.

성능/효과

2. 기밀 및 내압 시험의 경우 QC/DC 전⋅후에 설치한 압력게이지의 지침을 확인하고, 투입된 물의 누설 여부를 육안으로 확인하여 작동 정상 여부를 판단한 결과 이상이 없는 것으로 판명 되었다.

후속연구

특히 납기준수와 A/S 측면에서도 기자재 국산화의 필요성은 고조되고 있다. 향후 LNG 선박의 급격한 시장 확대가 예상되며, 이런 LNG 선박 기자재에 대한 국산화 개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Disc의 특징은 무엇인가?	유체의 움직임을 컨트롤 역할을 하는 Disc는 Stem과 스프링으로 구성되어 있으며, 스프링의 힘 에 의해 Disc가 개폐하여 유체가 움직이도록 한 다. Quick Coupling은 스프링 힘에 의해 Disc가 항상 닫혀 있으며, Disconnect Coupling와 체결 시 Disconnect Coupling의 Disc가 밀어 체결 시 개폐되는 형태이다.
	LNG 연료 선박의 국내추세는 어떠한가?	LNG 연료 선박은 증가 추세에 있으며, 침체화 된 국내의 조선업과 경쟁 관계에 있는 중국도 배 출통제해역 확대에 따른 LNG 추진선 건조/운영이 증가되고 있고, EU는 2025년까지 139개 항만에 LNG 벙커링 인프라 확충 발표를 진행하고 있으며, 이에 따라 국내에서도 LNG 벙커링 기반 산업 의 활성화 및 항만 LNG 벙커링 도입을 위한 정부 지원 결과 선박용 벙커링의 주요 기자재는 국산화 개발이 활발히 진행되고 있다[2-6].
	한국 조선 Big 3의 2020년 국산화율 목표는 얼마인가?	조선/해양 기자재 국산화율 2020년에 최대 70% 목표를 하고 있으나 현재 조선/해양설비의 기자재 국산화율은 10∼30% 수준으로 낮은 상황 이다. 전세계 대형 조선해양공사의 70%를 건조하 는 한국 조선 Big 3에게 조선해양설비 기자재 국산화는 필수적인 요소이다.

참고문헌 (6)

Sung-Cheol Jang, Hyun-Cheol Jung, Jeong-Pil Eom, "CFD/CAE Analysis of QC/DC Bellows for LNG Bunkering", KSIC, Vol. 21, No. 5, pp.191-196.
Rohit George Sebastian, Satheesh Kumar S., 2014, "DESIGN OF QUICK CONNECTDISCONECT HYDRAULIC COUPLING", Internationa l Journal of Recent advances in Mechanical Engineering (IJMECH) Vol.3, No.3, August
정현철, 장성철, 2018, "밸로우즈가 설치된 LNG 벙커링 장치", 특허출원, 10-2015-0022189
ANSYS User's Guide. Release 17.0.
Sung-Cheol Jang, Min-Soo Kwon, Chang-Myung Seo, Hyun-Cheol Jung, Jeong-Pil Eom, Kyu-Jin Shim 2018, "Basic Design of QC/DC Bellows for LNG Bunkering Vessel", Proceedings of the 2018, KSPSE Spring Conference.
Chang-Myung Seo, Min-Soo Kwon, Sung-Cheol Jang, Hyoen-Chul Jeong, Joong-Ho Park, 2018, "Structural Analysis of Ship to Ship Cryogenic Ballows", Proceedings of the 2018 KSICON Spring Conference.

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