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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이치우
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 경남과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수12
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극저온 액중에 설치되어 유체를 이송하는 시스템으로 LNG 벙커링, LNG 충전소 등 공급 및 순환시스템에 사용되는 액중펌프에 대한 설계 기술개발과 성능시험을 통해 펌프성능곡선을 만듦으로써 설계기술을 검증하고 설계방안을 정립하고자 한다.
극저온용 액중펌프의 설계 검증을 위해 임펠러 설계 값에 대한 검증을 CFD(Computational Fluid Dynamic : 유동해석) 결과와 비교분석하였고, 그 결과 설계 값과 해석값이 거의 일치함을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 해석검증을 통해 임펠러의 블레이드 개수와 간격에 대한 변수를 설정하여 임펠러에 대한 유동장 해석을 수행하였다. 극저온용 액중펌프에 대한 설계를 통해 3D 모델링과 상세 설계을 수행하였으며, 설계모델을 통해 펌프 유동장에 대한 CFD 수치해석을 수행하여 각 지점별 Total head나 Shaft power 및 Efficiency를 예측하였다.
극저온용 액중펌프의 임펠러에 대한 고유진동수를 확인하기 위하여 FEM(Finite Element Method) 을 통한 Modal analysis를 수행한 후 그 결과 값을 Modal test를 통해 실험값과 해석값을 비교분석한 결과 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 액중펌프이 주요 부품에 대한 Modal test와 Modal analysis를 진행하여 실험과 해석 결과를 비교분석하였다. 이러한 해석 검증을 바탕으로 극저온용 액중펌프에서 진동발생원인 임펠러와 샤프트에 대한 진동해석을 수행하였고, Dynamic analysis를 통해 캠밸선도로 나타낸 결과 안전한 것으로 확인되었다.
극저온 액중펌프의 구조건전성을 평가하기 위하여 구조해석(Structure analysis)을 수행하였고, 임펠러의 추력을 계산하고, 모터의 토크를 반영하여 임펠러와 사프트 조립체에 대한 구조해석을 수행한 결과 해석상 안전한 것으로 나타났다. 또한 베어링에 대한 하중을 구한 후 액중펌프 하우징에 적용하여 구조해석을 수행하였고, 그 결과 안전한 것으로 나타났다.
극저온용 액중펌프에서 임펠러와 샤프트 조립체에 대한 수명평가를 진행하였으며, 최대등가응력과 소재데이터(S-N곡선)를 비교하여 예상수명 평가를 위한 수치해석을 수행하였다. 그 결과 내구피로수명을 충분히 확보한 것으로 나타났다. 또한 저주가 내구피로수명에 대한 평가를 수행하였으며, Key slot부위에 응력이 집중되었으나 전반적으로 무한수명의 결과를 확인할 수 있었다.
극저온 액중펌프에 대한 설계와 해석을 통해 실험모델을 제작하였고, 액중펌프에 대한 성능을 확인하기 위해서 시험장치를 구성하였다. 시험에 사용된 작동유체는 액화질소를 사용하였고, 3,000리터의 저장탱크를 설치하여 폐회로(Closed Circuit)로 구성하였고, 배관에는 2중 진공 배관을 적용하여 대기와의 열전달을 최대한 차단시켰다.
액중펌프 성능실험은 펌프 입-출구 지점에서 약 ?180℃로 온도가 유지된 상태에서 펌프 회전수 3,000rpm, 4,000rpm, 4,500rpm그리고 5,000rpm일 경우에 대하여 실험을 수행하였고, 각 회전수를 고정한 후 압력을 조절하여 유량과 압력을 측정한 후 이를 수두로 계산하여 성능곡선을 확보하였다.
극저온용 액중펌프의 설계 검증을 위해 임펠러 설계 값에 대한 검증을 CFD(Computational Fluid Dynamic : 유동해석) 결과와 비교분석하였고, 그 결과 설계 값과 해석값이 거의 일치함을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 해석검증을 통해 임펠러의 블레이드 개수와 간격에 대한 변수를 설정하여 임펠러에 대한 유동장 해석을 수행하였다. 극저온용 액중펌프에 대한 설계를 통해 3D 모델링과 상세 설계을 수행하였으며, 설계모델을 통해 펌프 유동장에 대한 CFD 수치해석을 수행하여 각 지점별 Total head나 Shaft power 및 Efficiency를 예측하였다.
극저온용 액중펌프의 임펠러에 대한 고유진동수를 확인하기 위하여 FEM(Finite Element Method) 을 통한 Modal analysis를 수행한 후 그 결과 값을 Modal test를 통해 실험값과 해석값을 비교분석한 결과 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 액중펌프이 주요 부품에 대한 Modal test와 Modal analysis를 진행하여 실험과 해석 결과를 비교분석하였다. 이러한 해석 검증을 바탕으로 극저온용 액중펌프에서 진동발생원인 임펠러와 샤프트에 대한 진동해석을 수행하였고, Dynamic analysis를 통해 캠밸선도로 나타낸 결과 안전한 것으로 확인되었다.
극저온 액중펌프의 구조건전성을 평가하기 위하여 구조해석(Structure analysis)을 수행하였고, 임펠러의 추력을 계산하고, 모터의 토크를 반영하여 임펠러와 사프트 조립체에 대한 구조해석을 수행한 결과 해석상 안전한 것으로 나타났다. 또한 베어링에 대한 하중을 구한 후 액중펌프 하우징에 적용하여 구조해석을 수행하였고, 그 결과 안전한 것으로 나타났다.
극저온용 액중펌프에서 임펠러와 샤프트 조립체에 대한 수명평가를 진행하였으며, 최대등가응력과 소재데이터(S-N곡선)를 비교하여 예상수명 평가를 위한 수치해석을 수행하였다. 그 결과 내구피로수명을 충분히 확보한 것으로 나타났다. 또한 저주가 내구피로수명에 대한 평가를 수행하였으며, Key slot부위에 응력이 집중되었으나 전반적으로 무한수명의 결과를 확인할 수 있었다.
극저온 액중펌프에 대한 설계와 해석을 통해 실험모델을 제작하였고, 액중펌프에 대한 성능을 확인하기 위해서 시험장치를 구성하였다. 시험에 사용된 작동유체는 액화질소를 사용하였고, 3,000리터의 저장탱크를 설치하여 폐회로(Closed Circuit)로 구성하였고, 배관에는 2중 진공 배관을 적용하여 대기와의 열전달을 최대한 차단시켰다.
액중펌프 성능실험은 펌프 입-출구 지점에서 약 ?180℃로 온도가 유지된 상태에서 펌프 회전수 3,000rpm, 4,000rpm, 4,500rpm그리고 5,000rpm일 경우에 대하여 실험을 수행하였고, 각 회전수를 고정한 후 압력을 조절하여 유량과 압력을 측정한 후 이를 수두로 계산하여 성능곡선을 확보하였다.
목차
Ⅰ. 서론 11.1 연구배경 11.2 연구내용 및 목적 5Ⅱ. 연구동향 62.1 국내 연구동향 62.2 국외 연구동향 122.3 특허동향 분석 16Ⅲ. 극저온 액중펌프 유동해석 203.1 극저온 액중펌프 임펠러 이론 검증 203.2 임펠러 유동해석 243.3 극저온 액중펌프 유동해석 36Ⅳ. 극저온 액중펌프 진동해석 634.1 극저온 액중펌프 주요부품 고유진동수 측정 및 모달해석 634.2 극저온 액중펌프 임펠러 및 샤프트 조립체 고유진동수 해석 754.3 극저온 액중펌프 임펠러 및 샤프트 회전체 동적해석 79Ⅴ. 극저온 액중펌프 구조해석 855.1 극저온 액중펌프 구조해석 855.2 극저온 액중펌프 임펠러 수명평가 96Ⅵ. 극저온 액중펌프 제작 1046.1 극저온 액중펌프 제작 1046.2 극저온 액중펌프 주요 부품 제작 1056.3 극저온 액중펌프 유도전동기 제작 1126.4 극저온 액중펌프 최종 완성 116Ⅶ. 극저온 액중펌프 성능시험 1177.1 극저온 액중펌프 1차 성능시험 장치 1177.2 극저온 액중펌프 2차 성능시험 장치 1287.3 극저온 액중펌프 성능시험 135Ⅷ. 결 론 161참고문헌 163국문요약 166영문요약(Abstract) 168
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