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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 강릉원주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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PFA 라인드 볼밸브(PFA lined ball valve)는 밸브의 몸통(body) 내부 와 볼(ball) 외부가 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 불소수지와 유사한 내후성, 내부식성, 내약품성을 갖고 투명도와 기계적 강도가 우수한 PFA(Perfluoroalkoxy) 불소수지로 코팅되어, 위험도가 높고 강한 부식성을 갖는 화학물질의 이송이 필요한 반도체, LCD 및 화학제품 제조공정의 유로(flow passage)에 적용되는 산업용 밸브의 일종이다. PFA 라인드 볼밸브에 적용된 소프트 시트를 갖는 밸브(soft seated valve)의 누설 기밀(leak tightness)에 관한 설계 사양(specification)에서는 특정 측정 조건에서 최소 측정시간 동안 진행되는 압력 테스트(pressure test)에서 누설 때문에 발생하는 공기 방울이 없는 누설 제로(zero leakage)를 요구하고 있다. 하지만 실제로 누설 제로는 존재할 수 없고, 볼밸브의 볼과 시트 경계 사이로 아주 작은 양의 물질이 통과할 수밖에 없다. 산업용 밸브의 압력 테스트에 관한 방법 및 등급 판정이 명시된 ISO 5208 및 API 598에서는 볼밸브의 시트 누설에 관하여 테스트 압력 4~7 bar에서 30~60초 동안 발생되는 공기 기포를 맨눈으로 관측하는 기포 누설 테스트(bubble leak test)를 기준으로 하고 있다. 하지만 기포 누설 테스트는 관측자에 따라 기포 크기 및 발생 기준이 달라질 수 있고, 누설량을 정량적으로 표시하기에는 불확실도(uncertainty)가 크다.
본 논문에서는 PFA 라인드 볼밸브의 시트 누설에 관한 공학적·정량적 측정이 가능한 실험 방법을 고안하였다. 이를 위하여 누설률(leakage rate)이 다른 3종류 밸브 모델(모델 ⓐ: 10분 동안 기포 발생 없음, 모델 ⓑ: 4분 후 첫 기포 발생, 모델 ⓒ: 1초 후 첫 기포 발생)을 제작하였고, 가스 마이크로 유동 센서(micro-flow sensor)를 이용한 누설률 측정 장치를 구성하였다. 누설률이 높은 모델 ⓒ뿐만 아니라 산업용 표준(industrial standards)에 따라 최고 누설 기밀 등급에 속하는 모델 ⓑ에서도 정량적인 누설률(1.36×10^-5 mbar·ℓ/s)을 확인하였다. 측정결과 검증을 위해 고가이고 정밀도가 높아 실험용으로 적합한 헬륨질량분석 누설 테스트(helium mass spectrometer leak test) 데이터와 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문에서는 PFA 라인드 볼밸브의 시트 누설에 관한 공학적·정량적 측정이 가능한 실험 방법을 고안하였다. 이를 위하여 누설률(leakage rate)이 다른 3종류 밸브 모델(모델 ⓐ: 10분 동안 기포 발생 없음, 모델 ⓑ: 4분 후 첫 기포 발생, 모델 ⓒ: 1초 후 첫 기포 발생)을 제작하였고, 가스 마이크로 유동 센서(micro-flow sensor)를 이용한 누설률 측정 장치를 구성하였다. 누설률이 높은 모델 ⓒ뿐만 아니라 산업용 표준(industrial standards)에 따라 최고 누설 기밀 등급에 속하는 모델 ⓑ에서도 정량적인 누설률(1.36×10^-5 mbar·ℓ/s)을 확인하였다. 측정결과 검증을 위해 고가이고 정밀도가 높아 실험용으로 적합한 헬륨질량분석 누설 테스트(helium mass spectrometer leak test) 데이터와 잘 일치함을 확인하였다.
목차
1. 서 론 11.1 연구배경 11.2 관련연구 41.3 연구목적 61.4 연구내용 72. 이론적 배경 82.1 기체 유동과 누설률 82.2 시트 누설 측정 방법 132.2.1 기포 누설 테스트 132.2.2 헬륨질량분석 누설 테스트 162.3 마이크로 유량 센서 183. 실험 203.1 실험 장치 203.1.1 기포 누설 테스트 장치 203.1.2 헬륨질량분석 누설 테스트 장치 213.1.3 마이크로 유량 센서를 이용한 누설 테스트 장치 213.2 실험 방법 223.2.1 기포 누설 테스트 절차 223.2.2 헬륨질량분석 누설 테스트 절차 263.2.3 마이크로 유량 센서를 이용한 누설 테스트 절차 274. 결과 및 고찰 294.1 기포 누설 테스트에 의한 결과 294.2 헬륨질량분석 누설 테스트에 의한 결과 314.3 마이크로 유량 센서를 이용한 누설 테스트에 의한 결과 325. 결 론 40참 고 문 헌 41
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