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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 성인하
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 한남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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스프링 보강 정적 실(spring-energized seal)의 주요 기능은 기계 부품 내에 유체가 유입 될 경우 그 유체가 외부로 유출 되지 않게 기밀을 유지 하고, 외부로부터 다른 유체가 유입되는 것을 차단하는 기계부품이다. 다양한 압력과 온도범위 내에서 쓰임에도 불구하고 국내에서는 실을 자체적으로 생산하고 있지 않다. 특히, 극저온에서 사용되는 실은 대부분 국외에서 수입해오는 것에 의존하여 사용하고 있다.
그러므로 극저온 환경에서 동일한 수준의 성능을 갖는 스프링 보강 타입의 정적 실의 설계 기술을 확보하여 정적 실의 자립 기술 확보와 이의 국산화 시제품 제작을 위하여, 필수적으로 요구되는 성능을 시뮬레이션을 통해 해석 하여 각각 변수들에 따른 결과를 도출하고, 기밀이 유지되는 실을 개발하기 위한 가이드라인(guide-line)을 제시하는 것이 본 연구의 목표이다.
각각의 라이닝과 스프링 형상, 재원 등을 변수로 하여 유한요소 해석 한 결과 실의 기밀 성능은 스프링에 관련 된 변수의 영향을 가장 많이 받는 것을 알 수 있었다. 스프링의 강성을 계산하여 강성에 따라 기밀의 유무를 파악하고, 상온에서의 해석과 극저온이 가해졌을 경우 기밀성능이 어떻게 달라지는지 확인하였다.
알루미늄 라이닝의 두께, 스프링 관련 변수를 살펴본 결과 스프링이 실의 기밀성능에 있어 더 중요한 변수임을 알 수 있었다. 스프링 관련 변수는 스프링 코일의 지름, 코일의 감긴 수, 탄성계수를 고려한 결과 세 가지 조건 모두 중요한 변수임에 틀림없었다. 하지만 그 중 스프링 코일의 감긴 수, 즉 코일 갭의 거리는 더욱 중요하고 민감한 변수인 것을 확인하였다. 상온에서 각 변수에 따라 기밀이 유지되는 스프링 강성의 값이 3.6, 2.45 로 도출되었다. 극저온 환경에서 변수에 따라 기밀성능을 위한 최소 스프링 강성은 1.108, 2.05 로 스프링 강성이 더 작은 값으로도 기밀성능을 유지할 수 있는 실을 설계할 수 있다는 결론이 도출되었다.
그러므로 극저온 환경에서 동일한 수준의 성능을 갖는 스프링 보강 타입의 정적 실의 설계 기술을 확보하여 정적 실의 자립 기술 확보와 이의 국산화 시제품 제작을 위하여, 필수적으로 요구되는 성능을 시뮬레이션을 통해 해석 하여 각각 변수들에 따른 결과를 도출하고, 기밀이 유지되는 실을 개발하기 위한 가이드라인(guide-line)을 제시하는 것이 본 연구의 목표이다.
각각의 라이닝과 스프링 형상, 재원 등을 변수로 하여 유한요소 해석 한 결과 실의 기밀 성능은 스프링에 관련 된 변수의 영향을 가장 많이 받는 것을 알 수 있었다. 스프링의 강성을 계산하여 강성에 따라 기밀의 유무를 파악하고, 상온에서의 해석과 극저온이 가해졌을 경우 기밀성능이 어떻게 달라지는지 확인하였다.
알루미늄 라이닝의 두께, 스프링 관련 변수를 살펴본 결과 스프링이 실의 기밀성능에 있어 더 중요한 변수임을 알 수 있었다. 스프링 관련 변수는 스프링 코일의 지름, 코일의 감긴 수, 탄성계수를 고려한 결과 세 가지 조건 모두 중요한 변수임에 틀림없었다. 하지만 그 중 스프링 코일의 감긴 수, 즉 코일 갭의 거리는 더욱 중요하고 민감한 변수인 것을 확인하였다. 상온에서 각 변수에 따라 기밀이 유지되는 스프링 강성의 값이 3.6, 2.45 로 도출되었다. 극저온 환경에서 변수에 따라 기밀성능을 위한 최소 스프링 강성은 1.108, 2.05 로 스프링 강성이 더 작은 값으로도 기밀성능을 유지할 수 있는 실을 설계할 수 있다는 결론이 도출되었다.
목차
1. 서 론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 스프링 보강 정적 실 31.3 연구 관련 최신 동향 52. 이론적 배경 62.1 유한요소 해석 62.2 열전달 82.3 스프링 보강 정적 실의 특성 곡선 (Characteristic curve) 92.4 스프링 강성 (Spring stiffness) 113. 유한요소 3D 모델 123.1 3D 모델 (3-Dimension Model) 123.2 변수 (Variables) 163.3 볼트 체결 압력 (Bolt Pressure) 184. 해석 조건 194.1 경계조건 및 초기조건 194.2 극저온 해석 조건 215. 결과 및 토의 225.1 상하부 케이싱의 체결 235.1.1 알루미늄 라이닝 245.1.2 접촉력 (Contact Force) 255.2 알루미늄 라이닝 두께 VS 스프링 코일 갭 275.2.1 상하부 케이싱의 체결 275.3 비대칭 스프링 (Non-symmetric Spring) 315.3.1 상하부 케이싱의 체결 315.3.2 접촉력 (Contact Force) 335.4 스프링의 변수 (Parameters of Spring) 355.4.1 스프링 코일의 지름 365.4.2 스프링 코일의 감긴 횟수 (Number of Spring Coils) 445.4.3 스프링의 탄성계수 535.5 극저온 575.5.1 상하부 케이싱 575.5.2 온도 (Temperature) 595.5.3 접촉력 (Contact force) 636. 스프링 강성과 스프링 관련 변수 687. 결론 717.1 알루미늄 라이닝 두께 717.2 알루미늄 라이닝과 스프링 코일 갭 727.3 스프링 변수 727.4 극저온 환경에서의 스프링 보강 정적 실 738. 참고 문헌 75Abstract 78
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