A Study on the Reliability Improvement of a Gear Pump Simulation Model Considering Internal Clearance Variation = 기어펌프의 내부 간극 변화를 고려한 시뮬레이션모델의 신뢰성 향상에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

외접기어펌프는 다양한 산업용 유압 시스템에서 널리 사용되고 있으나, 특히 고압 운전 조건에서는 내부 누설로 인해 체적 효율이 크게 저하될 수 있다. 기존의 집중 매개변수 기반 시뮬레이션 모델은 내부 간극을 고정된 값으로 가정 하는 경우가 많아, 압력에 따른 구조 변형 및 마모로 인해 발생하는 누설 거동을 정확하게 반영하는 데 한계가 있다. 본 연구에서는 외접기어펌프를 대상으로 동적 간극을 고려한 시뮬레이션 모델을 개발하고, 이를 실험적으로 검증하였다. 반경 및 축 방향 간극은 와전류 방식의 갭 센서를 이용하여 다양한 운전 조건에서 실시간으로 계측하였으며, 계측된 데이터를 기반으로 압력 및 회전 속도의 함수로 표현되는 경험적 간극 상관식을 도출하였다. 도출된 상관식은 치공간 체적 기반 집중 매개변수 모델에 적용되어, 각 시간 단계마다 순간적인 동적 간극에 따라 누설 유량이 갱신되도록 구현되었다. 제안된 모델은 전용 실험 장치를 통해 계측된 체적 효율 실험 결과와 비교하여 검증되었다. 회전 속 도 800 rev/min 조건에서, 제안된 동적 간극 모델은 체적 효율 예측의 평균 오차를 1.98%로 감소시켜, 공칭 정적 간극 모델의 9.43% 및 정적 마모만을 고려 한 모델의 3.35%에 비해 예측 정확도가 크게 향상되었다. 이러한 결과는 동적 간극 변화를 명시적으로 고려하는 것이 체적 효율 예측 정확도를 향상시키는 데 필수적임을 보여주며, 본 연구에서 제안한 모델은 외접기어펌프의 누설 경로 최적화 및 에너지 효율 향상을 위한 설계 도구로 활용될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1 Introduction 1
• Chapter 2 Dynamic Clearance-based Fluid Modeling Framework 7
• 2.1 Definition of Fluid Domain 8
• 2.2 Theoretical Flow Rate Equation 11
• 2.3 Pressure Transmission and Leakage Path Modeling 13
• 2.4 Trapped Volume Modeling 15
• Chapter 3 Numerical Simulation Model 20
• 3.1 Definition of Simulation Cases 24
• Chapter 4 Experimental Setup and Procedure 28
• 4.1 Experimental Setup 28
• 4.2 Experimental Conditions 32
• 4.3 Data Processing 33
• 4.3.1 Raw Data Extraction 34
• 4.3.2 Data Pre-processing and Smoothing 36
• 4.3.3 Correlation Equation Derivation 39
• 4.3.3.1 Multiple Linear Regression Model for the Radial Dynamic Clearance 39
• 4.3.3.2 Polynomial regression Model for the Axial Dynamic Clearance 41
• Chapter 5 Results and Discussion 43
• 5.1 Simulation Results 43
• 5.2 Experimental Validation 46
• 5.3 Flow and Pressure Pulsation Analysis 49
• 5.4 Discussion on Leakage Path Design 53
• Chapter 6 Conclusions 55
• References 57