[논문]600L급 LNG 차량 연료공급용 초저온 액중펌프 국산화개발에 관한 연구

김용길; 김도현; 이원영; 이중섭

doi:10.14775/ksmpe.2021.20.04.113

600L급 LNG 차량 연료공급용 초저온 액중펌프 국산화개발에 관한 연구
A Study of the Localization Development of Cryogenic Submerged Pump for the Fuel Supply system of 600-Liter-Grade LNG Vehicles 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.20 no.4, 2021년, pp.113 - 118

김용길 ((주) 대호하이드로릭 기술연구소) , 김도현 ((주) 대호하이드로릭 기술연구소) , 이원영 ((주) 대호하이드로릭 기술연구소) , 이중섭 (한국승강기대학교 승강기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, localized development of a submerged cryogenic pump for use in LNG containers is conducted with large-sized commercial vehicles as the target. The submerged pump installed in an LNG storage container is the key module that supplies fuel to the engine through the reciprocating motion of a piston. Research and development on 660-L fuel containers is performed herein. The target is to achieve a mileage of 600 km or more by applying it to major NGV vehicles worldwide. In this manner, the present study aims to verify the operating mechanisms of the major parts of currently advanced products through reverse engineering in the early development process and draw basic design data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

현재 선진국을 중심으로 대형상용차의 NGV 에 대한 관심 높아지고 있으며, 일부 국가의 경우 인프라를 갖추고 현재 운행 중에 있다 . 따라서 – 162 ℃ 의 초저온 LNG 를 연료로 사용하는 대형상용차에 적용하기 위하여 선진제품에 대한 역설계 기법을 사용하여 국산화개발에 관한 연구를 진행하고자 한다.
본 연구는 Fig. 1 과 같이 LNG 상용차 연료 용기에 설치되는 초저온 액중펌프에 관한 국산화 개발에 대한 연구이다 . 현재 선진국을 중심으로 대형상용차의 NGV 에 대한 관심 높아지고 있으며, 일부 국가의 경우 인프라를 갖추고 현재 운행 중에 있다 .
본 연구에서 상용차에 적용할 수 있는 LNG 연료 탱크 내부에 설치된 초저온 액중펌프에 대한국 산화 개발을 위해 선진제품에 대한 역설계를 진행하여 국산화 개발을 위한 기초적인 설계 자료를 확보한 결과 다음과 같은 결과를 확보할 수 있었다.

제안 방법

본 연구에서 적용되는 LNG 연료시스템은 – 16 2 ℃ 의 초저온 상태의 LNG 가 저장탱크에 공급되면 엔진으로 연료를 공급하기 위한 연료펌프로 초저온 액중펌프가 적용되어 있다. 이때 중요한 설계요인으로 연료탱크 내부의 LNG 가 대기와 열전달을 통한 기화를 억제할 수 있는 단열성능 확보가 매우 중요해진다.
일반적으로 널리 사용되는 역설계 방법인 기존제품에 대한 분해 후 치수측정을 통해 각각의 부품에 대하여 도면을 작성하였고 , 작성된 도면을 바탕으로 3D 모델링을 수행하여 각 부품에 대한 조립성 검토를 통해 역설계를 수행하였다.

대상 데이터

14 는 최종적으로 역설계하여 조립성 검토 등을 통해 최종 3D 모델링을 수행한 결과이다 . LNG 연료 차량에 적용되는 초저온 액중펌프의부품은 총 55 개로 구성되어 있었고 , 내부 튜브의 연결은 튜브 피팅을 통해 LNG 가 이송될 수 있도록 연결되어 있었다.
11 은 펌프 입구측에 피스톤 로드를 지지하는 중간연결 플레이트로 반대편에 설치된 드라이브 헤드 플랜지와 함께 피스톤 로드를 양 단에서 지지하는 역할을 수행하는 것을 알 수 있었다 적. 용소재는 STS 316 계열이 적용되어 있으며, 내부에 메탈 베어링과 스프링 와샤 및 시일이 설치되어 피스톤 로드의 하중과 누설을 방지하는 구조로 설계되어 있었다.

성능/효과

1) LNG 연료펌핑용 액중펌프에 대한 작동 유체이동경로를 파악할 수 있었다.
2)역설계를 통한 각각의 주요 구성부품에 대한 2D 설계도면과 3D 모델링을 통해 조립성 검토가 이루어져 제작시 필요한 조립기술을 확보할 수 있었다 . 또한 향후 국산화 개발을 통한 시작품 개발시 부품가공 및 조립 공정 수립에 필요한 기술을 확보할 수 있었다.
3)각 부위별 작동 메카니즘을 역설계를 통해 확인할 수 있었고 , 향후 국산화 개발시 필요한 설계요소를 확보할 수 있었다.
4 는 LNG 연료탱크에서 처음으로 유입되는 흡입부에 대한 필터와 벨로우즈 배관을 나타내고 있다 . 그림에서 보는 것과 같이 벨로우즈 배관을 적용하여 연료탱크 밑바닥에 최대한 위치할 수 있도록 설계됨을 확인할 수 있었다 . 또한 필터의 경우 이물질을 제거할 수 있게 스테인리스 재질의메쉬 타입으로 설계되어 있었다.
7 의 피스톤이 실린더 내부에서 왕복운동을 하는 구조로 설계되어 있었다 . 이때 피스톤의 경우 황동 합금으로 제작되어 있었고 , 이는 실린더와 피스톤과의 왕복운동을 할 경우 마찰에 의한 마멸이 발생할 경우 피스톤만 교체하여 유지보수를 쉽게 할 수 있도록 설계되어 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

수 있었다 . 또한 향후 국산화 개발을 통한 시작품 개발시 부품가공 및 조립 공정 수립에 필요한 기술을 확보할 수 있었다.

참고문헌 (9)

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