[논문]고압 왕복동 압축기의 밸브 거동해석

이안성; 홍용주; 정영식; 변용수

[국내논문] 고압 왕복동 압축기의 밸브 거동해석
Valve Dynamic Analysis of a High Pressure Reciprocating Compressor 원문보기

이안성 (한국기계연구원 회전체그룹) , 홍용주 (한국기계연구원 열공조기계그룹) , 정영식 ((주) 범한산업) , 변용수 ((주) 범한산업)

A complex valve dynamic analysis has been performed with a high Pressure reciprocating gas compressor. Valve dynamic equations, which take into account the flow continuity and cylinder pressure fluctuation, have been derived. Flow coefficients of valves has been analyzed, using CFD models. Results have shown that both of the suction and discharge values behave favorably without any fluttering motions.

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

문제 정의

본 논문에서는 고압 왕복동 가스 압축기의 고암단을 대상으로 종합 밸브거동 해석을 수행 하였다. 유동 연속과 심린더 내 압력변동을 고려한 밸브 둥역학 방정식이 .

가설 설정

유동해석시 작동유체는 천연가스(natural gas)로 고려하였으며, 천연가스는 원산지에 따라 ZL 조성이 다소 차이가 있으나, 대부분 메탄(CH4)이 주성분이다. 따라서 본 해석에서는 메탄을 작동유 체로 고려하였으며, 비압축성의 정상상태(steady state)로 가정하여 유동해석을 수행하였다. 또한, 해석은 최대 밸브리프트인 경우에 대해 수행하였으며, 한편 난류항은 복잡한 밸브 유동을 감안하여 RNG (Renormalization Group) k-g 난류모형, 벽면에 대해서는 벽법칙(wali function)을 사용하였다.

제안 방법

본 연구에서는 먼저 밸브를 통한 질량 유동과 실린더 내 가스 질량변동의 연속조건, 그리고 크랭크 각에 따른 실린더 내 압력 변화를 연계 고 려한 밸브 플레이트의 거동을 종합 유도 정식화 하고[1-4], 밸브를 통한 상세 유동해석에는 CFD(전산유체역학)를 적용하였다. 그리고, 밸브 시스템과 압축기의 연계거동 연립방정식에 Runge -Kutta법을 적용하여, 개발 대상인 351 bar 천연 가스 압축기 고압단 밸브 플레이트의 거동을 종합 시뮬레이션하였다.
고압 밸브 시스템에서의 유량계수 (flow coefficient) 예측을 위해, 상용 열유동 해석 프로그램인 FLUENT를 사용하여, 흡입 · 토출 밸브의 유동특성을 해석하고, 각 밸브의 유량계수를 구하였다.
또한, 해석은 최대 밸브리프트인 경우에 대해 수행하였으며, 한편 난류항은 복잡한 밸브 유동을 감안하여 RNG (Renormalization Group) k-g 난류모형, 벽면에 대해서는 벽법칙(wali function)을 사용하였다. 또한 해석영역은 밸브시스템으로 인한 압력 손실 및 회복을 고려하여 설정하였다.
팽창이 고려된. 크랭크 각에 따른 실린더 압력과 밸브 플레이트 기동의 종합 시뮬레이션 해를 얻었다. Fig.
유동 연속과 심린더 내 압력변동을 고려한 밸브 둥역학 방정식이 .크랭크 각의 함수로 유도되었으며, 흡입과 토출밸브에서의 상세한 유동해석은 CFD를 이용하여 수행되었다. 흡입과 토줄 밸브의 종합 거동 시뮬레이션 결과, 두 밸브 모두 플레이트가 플러터링의 발생 없이 매우 양호한 거동을 하는 것으로 밝혀졌다.

이론/모형

본 연구에서는 먼저 밸브를 통한 질량 유동과 실린더 내 가스 질량변동의 연속조건, 그리고 크랭크 각에 따른 실린더 내 압력 변화를 연계 고 려한 밸브 플레이트의 거동을 종합 유도 정식화 하고[1-4], 밸브를 통한 상세 유동해석에는 CFD(전산유체역학)를 적용하였다. 그리고, 밸브 시스템과 압축기의 연계거동 연립방정식에 Runge -Kutta법을 적용하여, 개발 대상인 351 bar 천연 가스 압축기 고압단 밸브 플레이트의 거동을 종합 시뮬레이션하였다.
따라서 본 해석에서는 메탄을 작동유 체로 고려하였으며, 비압축성의 정상상태(steady state)로 가정하여 유동해석을 수행하였다. 또한, 해석은 최대 밸브리프트인 경우에 대해 수행하였으며, 한편 난류항은 복잡한 밸브 유동을 감안하여 RNG (Renormalization Group) k-g 난류모형, 벽면에 대해서는 벽법칙(wali function)을 사용하였다. 또한 해석영역은 밸브시스템으로 인한 압력 손실 및 회복을 고려하여 설정하였다.

성능/효과

5는 흡입 밸브가 완전히 열린 상태에서 입출구의 전압력차가 29, 000 Pa일 때 속도분포를 나타낸다. 해석결과로부터, 유입구로 유입된 고압의 천연가스가 90° 곡관부의 유입 유로에서 주유동 방향의 변화와 유효 유로 단면적.의 감소로 인해 20 m/s 이상의 고속으로 유동함을 볼 수 있으며, 곡관의 츨구부에서는 재순환 영역이 발생하는 등 복잡한 형태를 나타내고 있다.
밸브 플레이트 주위에서는 급격한 유동방향의 변화 발생으로 인한 정체점이 나타나며, 이로 인해 정압의 상승과 전압(total pressure)의 감소 즉 유동손실이 발생하는 것으로 예측되었다. 최종적으로, 흡입 밸브를 통한 유동을 등가 오리피스 유동 특성과 비교한 결과 유량계수 0.439를 나타내었다.
한편, 밸브 플레이드 하부 유료료는 출구가 존재하지 않기 때문에 정체된 유동을 관찰할 수 있다. 최종석으로, 도춘 밸브를 통한 유동을 등가 오리피스 유동 특성과 비교한 결과 유량계수는 0.444를 나타내었다.
크랭크 각의 함수로 유도되었으며, 흡입과 토출밸브에서의 상세한 유동해석은 CFD를 이용하여 수행되었다. 흡입과 토줄 밸브의 종합 거동 시뮬레이션 결과, 두 밸브 모두 플레이트가 플러터링의 발생 없이 매우 양호한 거동을 하는 것으로 밝혀졌다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 고압 왕복동 압축기의 밸브 거동해석
Valve Dynamic Analysis of a High Pressure Reciprocating Compressor 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 고압 왕복동 압축기의 밸브 거동해석 Valve Dynamic Analysis of a High Pressure Reciprocating Compressor 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 고압 왕복동 압축기의 밸브 거동해석
Valve Dynamic Analysis of a High Pressure Reciprocating Compressor 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper