급수용 감압밸브의 비다이어프램식 스템에서 압축스프링에 따른 유량 및 성능평가 :Performance and Evaluation of Flow-rate with Compressing Spring in Non-diaphragm Type Stem of Water Pressure Reducing Valve

변재욱

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자료유형: 학위논문

저자정보: 변재욱 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 강명창

발행연도: 2019

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이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

급수용 감압밸브의 비다이어프램 스템에서 압축스프링에 따른 유량 및 토출압력 효과

변재욱 , 김치호 , 박성환 외 2명 한국기계가공학회지 2019.05 학술저널

급수용 감압밸브의 비다이어프램식 스템에서 압축스프링에 따른 유량 및 성능평가

변재욱 융합학부 2019.01 학위논문

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급수용 감압밸브(Water pressure reducing valve)는 압축스프링의 하중과 스템의 다이어프램에 작용하는 유체의 힘에 의해 압력이 조절된다. 스템의 반복된 상하왕복으로 다이어프램이 찢어짐이나 훼손이 발생하여 누수에 원인이 된다. 감압밸브의 누수로 인하여 급수시스템이나 설비의 운용에 손해를 끼치게 된다. 본 연구에서는 기존 감압밸브 스템에 다이어프램을 대체하기 위한 방안으로 비다이어프램형 스템을 설계하였다. 그리고 감압밸브의 작동에 영향을 미치는 압축스프링을 다구찌 방법을 이용하여 최적설계치를 도출, 이를 통해 새로운 압축스프링을 설계하여 감압밸브의 토출압력 변화량을 관찰하였다. 새로 설계된 압축스프링의 구조와 피로해석을 통해 내구수명을 유추하여 제품 내구성평가와 비교하였다. 구조해석과 피로해석은 Solidworks Simulation 2018을 이용하였다. 설계 변경이 된 감압밸브의 유동해석을 수행하기 위해 구조해석과 마찬가지로 Soildworks를 이용하였는데 유동해석은 Flow Simulation 2018을 이용한다. 입구압력 조건을 달리하여 사용압력과 맥동압력일 때의 2가지 조건으로 유동해석을 수행하였으며, 감압밸브에서 토출되는 유속과 질량유량을 비교평가 하였다. 또한, 시제품을 제작하여 국제규격(ASSE 1003)에 의거한 성능평가를 실시하였다. 내압성능평가, 누설평가, 압력특성평가, 내구수명 평가, 맥동압력 평가 등을 실시하여 기존 감압밸브 대비 동등성능 이상을 확보하였다. 결론적으로 비다이어프램식 스템을 설계하고, 다구찌 방법을 이용하여 최적 설계된 압축스프링은 스프링 강성 3.8kgf/mm와 유효권수 3.85임을 얻었다. 압축스프링의 피로해석 결과 예측된 수명은 107이상 이였으며, 설계 변경된 감압밸브의 유동해석 결과 기존 감압밸브의 유량보다 증가하여 동일압력에 토출되는 유량이 많이 토출되는 것을 알 수 있으며, 밸브 내 유속은 느려지는 것을 확인하였다. 비다이어프램식 스템 감압밸브를 규격에 의거한 성능평가 결과 모든 항목의 기준을 충족함과 동시에 기존 감압밸브와 동등한 수준을 보였으며, 그때 내구성능은 동등수준 이상인 결과를 얻었다.

#감압밸브 #압축스프링 #피로해석 #유동해석

차 례
1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구목적 8
2. 비다이어프램식 스템 설계와 압축스프링 선정 11
2.1 감압밸브 개요 및 비다이어프램식 스템 설계 11
2.2 다구찌 방법을 이용한 압축스프링 선정 17
2.2.1 다구찌 방법 개요 17
2.2.2 압축스프링 최적 설계인자 및 수준 선정 20
2.2.3 다구찌 방법 망소특성 결과분석 및 최적설계치 도출 23
3. 압축스프링 유한요소 해석과 비다이어프램식 스템에 대한 유동해석 27
3.1 압축스프링 구조, 피로해석과 내구수명 이론적 접근 방법 27
3.2 압축스프링 구조해석과 내구수명 해석 결과 및 고찰 32
3.2.1 구조응력 및 변형해석 결과 32
3.2.2 내구수명 해석 결과 34
3.3 급수용 감압밸브 비다이어프램식 스템에 대한 유동해석 방법 36
3.4 급수용 감압밸브 비다이어프램식 스템에 대한 유동해석 결과 및 고찰 40
3.4.1 사용압력과 맥동압력의 유동변화 특성 40
3.4.2 질량유량 비교평가 47
4. 급수용 감압밸브 비다이어프램식 스템에 대한 성능평가 50
4.1 감압밸브 성능평가용 시험규격 및 방법 50
4.1.1 감압밸브 시험규격 50
4.1.2 감압밸브 시험평가 방법 51
4.2 급수용 감압밸브 비다이어프램식 스템에 대한 성능평가 56
4.2.1 내압성능 및 압력특성평가 56
4.2.2 내구수명 평가 58
4.2.3 맥동압력 평가 63
5. 결 론 65
참고문헌 66
Abstract 70

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