비례솔레노이드 밸브의 해석을 위한 전후처리기에 대한 연구

윤동원(Dongwon Yun),함상용(Sangyong Ham),박중호(Jungho Park),윤소남(Sonam Yun),김칠성(Chilsung Kim) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.8

본 논문에서는 기존의 유한요소 프로그램을 이용하여 솔레노이드 밸브의 해석을 용이하게 하는 프로그램 개발에 대해서 다루었다. 비례솔레노이드 밸브에서 정확한 해를 얻기 위해서는 이론적인 식보다 기존의 유한요소 해석툴을 이용하는 것이 유리하며, 이때 사용자의 편의성을 위해서 솔레노이드의 형상을 삼각형, 사각형 등의 간단한 도형의 조합이라고 가정하여 모델링하도록 하였다. 이러한 가정을 사용하여 개발된 솔레노이드 해석 프로그램은 사용자가 솔레노이드의 유한요소 모델을 쉽게 생성할 수 있도록 해주었다. 개발된 프로그램의 유용성을 검증하기 위해 실제 솔레노이드 밸브에 대한 해석을 수행하였으며, 해석결과 개발된 프로그램은 솔레노이드 밸브의 비례특성을 잘 해석할 수 있음을 알 수 있었다. In this study, a wrapping program was developed to analyze a proportional solenoid valve more easily using a conventional finite element method (FEM) tool. To achieve an accurate solution when analyzing a solenoid valve, finite element analysis (FEA) is more suitable than a lumped method. To develop a program for modeling and analyzing the valve performance using FEA code for the user"s convenience, it is assumed that the solenoid valve is composed of some simple geometries, namely, a triangle and a rectangle. This assumption helps users to model a solenoid valve simply. To check the feasibility of the developed code, an actual solenoid valve is analyzed, and it is found that the code can suitably analyze this valve. The characteristics of the proportional valve are well identified as indicated through the graphs.

공압구동용 솔레노이드밸브의 동특성 해석

장제선(Jesun Jang),김병훈(Byunghun Kim),한상엽(Sangyeop Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

우주발사체 추진기관 공급계에서 공압구동용 솔레노이드밸브는 제어시시템의 명령이 주어지면 구동가스 배관의 통로를 개폐해서 공압제어장치를 작동시킨다. 공압구동용 솔레노이드밸브의 제작에 앞서 설계검증 및 기본적인 작동특성을 분석하기 위해 AMESim 상용코드를 이용하여 해석모델을 수립하였다. 입구압력에 따른 작동시간을 시험결과와 비교하여 모델을 검증하였고 내부유동 해석결과(FLUENT)를 이용하여 3차원 형상을 고려하여 모델의 정확도를 높였다. 밸브모델을 이용하여 다양한 설계변수에 따른 밸브의 개폐압력, 작동시간을 계산하여 설계인자 검증 및 작동성능을 분석하였다. 설계변수인 컨트롤밸브의 시트 형상, 주 밸브와 배출밸브의 시트 형상, 실링 직경비, 컨트롤 캐비티 부피에 대해 밸브의 동특성 해석을 수행하였다. 해석을 통해 밸브 개폐작동시간, 작동성능, 개방압력을 예상하였다. 본 연구 결과는 한국형발사체 공급계 공압구동용 솔레노이드밸브의 설계/해석능력을 확보하고 밸브의 개발과정에서 효율성을 높일 수 있으며 파생형 밸브의 설계 및 선행연구에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. A pneumatic driving solenoid valve operates pneumatic control devices by opening/closing operating flow passage when the command is given by control system for the liquid-propellant feeding system of space launch vehicle. The simulation model of pneumatic driving solenoid valve is designed with AMESim to verify the designs and evaluate the dynamic characteristics and pneumatic behaviors of valve. To validate a valve simulation model, the simulation results of their operating durations of valve by AMESim analysis are compared with the results of experiments. In addition, the results of internal flow simulation with FLUENT are utilized to improve the accuracy of valve-modeling. Using the model, we analyze performance of valve; opening/closing pressure, operating time on various design factors; shape of control valve seat, drainage seat, rate of sealing diameter, volume of control cavity. This study will serve as one of reference guides to enhance the developmental efficiency of ventilation-relief valves with the various operating conditions, which shall be used in Korea Space Launch Vehicle-Ⅱ.

추진제탱크 가압용 솔레노이드밸브의 작동특성 분석 및 해석

장제선(Jesun Jang),김병훈(Byunghun Kim),한상엽(Sangyeop Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

우주발사체 추진기관 공급계에서 2-way 솔레노이드밸브는 제어시스템의 명령에 의해 추진제 탱크를 가압하여 탱크내의 압력을 조절한다. 가압용 솔레노이드밸브의 제작에 앞서 설계검증 및 기본적인 작동특성을 분석하기 위해 AMESim상용코드를 이용하여 해석모델을 수립하였다. 입구압력에 따른 작동시간을 시험결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 솔레노이드밸브 모델을 이용하여 설계변수인 컨트롤 밸브의 시트 직경, 주 밸브의 시트 직경, 실링 직경 비에 대해 밸브의 동특성 해석을 수행하였다. 해석을 통해 밸브의 개폐작동시간, 작동성능, 개폐압력을 예상하였다. 본 연구 결과는 한국형 발사체 공급계 가압용 솔레노이드밸브의 설계/해석능력을 확보하고 밸브의 개발과정에서 효율성을 높일 수 있으며 파생형 밸브의 설계 및 선행연구에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. A 2-way solenoid valve regulates to maintain the pressure of ullage volume of propellant tanks when the command is given by control system for the liquid-propellant feeding system of space launch vehicle. The simulation model of solenoid valve for pressurization is designed with AMESim to verify the designs and evaluate the dynamic characteristics and pneumatic behaviors of valve. To validate a valve simulation model, the simulation results of their operating durations of valve by AMESim analysis are compared with the results of experiments. Using the model, we analyze performance of valve; opening/closing pressure, operating time on various design factors; shape of control valve seat, basic valve seat, rate of sealing diameter. This study will serve as one of reference guides to enhance the developmental efficiency of ventilation-relief valves with the various operating conditions, which shall be used in Korea Space Launch Vehicle-Ⅱ.

극저온 환경을 고려한 우주발사체용 솔레노이드 밸브 설계

김병훈(Byunghun Kim),한상엽(Sangyeop Han),고영성(Youngsung Ko) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.11

발사체에 적용되는 솔레노이드 밸브의 경우 산업용 솔레노이드 밸브에 비해 엄격한 전류 및 무게, 크기 제한 조건을 요구한다. 이러한 제한 조건을 만족하며, 솔레노이드 밸브의 작동을 보장하기 위한 추진제탱크 가압제어용 솔레노이드 밸브 설계를 수행하였다. 극저온 상태에서 솔레노이드 전류 상승을 방지하기 위해 구리와 콘스탄탄 재료를 사용한 새로운 형태의 코일 설계를 적용하였으며, 시제품을 이용한 시험결과 측정된 전류는 설계 규격을 만족하고 있다. Solenoid valves for space launch vehicles require the strict limitations on the size, weight and current consumption comparing to industrial solenoid valves. The preliminary design of a cryogenic and high pressure solenoid valve for propellant tank pressurization which can ensure the operation of solenoid valve under such strict limitation conditions was preformed. The Copper and Constantan materials in coil design have used to prevent the excessive rise of the current at cryogenic state. The measured current of solenoid valve at cryogenic temperature satisfies a design requirement.

직동식 솔레노이드 밸브 씰 돌출에 의한 차압 변화 특성에 대한 연구

김병훈(Byunghun Kim),고영성(Youngsung Ko) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

솔레노이드 밸브는 코일에 전류를 흐르게 하여 전기에너지를 기계에너지로 변환하여 플런저의 움직임을 통해 밸브의 오리피스를 열고 닫는 자동밸브이다. 이때 솔레노이드 밸브는 코일에 흐르는 전류에 의해 코일의 온도가 상승하게 된다. 성능시험 중 한국형발사체 추진제탱크 가압제어용 직동식 솔레노이드 밸브에서 발열시험 후 솔레노이드 밸브의 차압이 증가하는 현상을 확인하였다. 본 연구는 솔레노이드 밸브 차압 증가 원인을 분석하고, 그 해결 방안을 제시한다. The solenoid valve is the automatic valve that converts electrical energy into mechanical energy by passing a current to the coil. Then, the temperature of solenoid valve coil is increased by the current flowing through the coil. After heat-up test of direct acting solenoid valve for propellant tank pressurization in KSLV-II 3 stage , the differential pressure increase phenomenon of solenoid valve was appeared. In this paper, we identified the differential pressure increase cause of solenoid valve and proposed solution to reduce the differential pressure increase.

추진제 탱크 가압용 솔레노이드 밸브 개발 시험

김병훈(Byung-Hun Kim),고현석(Hyeonseok Koh),권오성(Oh-Sung Kwon),한상엽(Sangyeop Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

추진제 탱크 가압 시스템 적용을 위한 솔레노이드 밸브를 제작하여 작동시험 및 기밀시험을 수행하였다. 시험 결과 제작된 모든 밸브에서 작동 시간은 밸브 성능 요구 조건을 만족하고 있다. 그러나 기밀시험 결과 솔레노이드 밸브 내부에서 일부 누설이 있는 것을 발견하였다. 솔레노이드 밸브 분해를 통해 누설은 용접에 의한 Seat면의 손상이 주요 원인이라는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 추진제 탱크 가압용 솔레노이드 밸브 개발 가능성을 확인하였다. The actuation and leakage tests of solenoid valve for propellant tank pressurization system have been conducted. The response time of solenoid valve manufactured is satisfactory to perform requirement. However, leakage was found at the upper part seat of relief valve inside solenoid valve. Solenoid valve was disassembled in order to discover leakage causes. We found out that the upper seat of relief valve was damaged. Through this study, the development possibility of propellant tank pressurization solenoid valve was confirmed.

한국형발사체 공압밸브 구동용 솔레노이드 밸브 성능시험

김병훈(Byung Hun Kim) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

액체로켓시스템은 지상 운용 및 발사 과정에서 추진제 또는 각종 가스의 공급 배출을 위해 많은 공압밸브를 사용한다. 공압밸브는 밸브 구동부에 헬륨 가스를 공급 또는 배출함으로써 밸브를 작동한다. 밸브 구동부에 헬륨가스를 공급 배출하기 위해 3방향 솔레노이드 밸브를 개발하였다. 시험 결과 솔레노이드 밸브는 성능 요구조건을 만족함을 보여준다. The liquid propellant rocket system uses a lot of pneumatic valves for controling fluid flow during ground operation and launch process. The pneumatic valve is operated by suppling/draining helium gas to the valve actuating part. The 3way solenoid valve is developed for on/off control of pneumatic valve. We have performed various performance tests on 3way solenoid valve. Test results showed that the solenoid valve meets the performance requirements.

한국형발사체 추진제 탱크 가압을 위한 극저온 고압 솔레노이드 밸브 설계

김병훈(Byunghun Kim),한상엽(?Sangyeop Han),고영성(Youngsung Ko) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

발사체에 적용되는 솔레노이드 밸브의 경우 산업용 솔레노이드 밸브에 비해 엄격한 전류 및 무게, 크기 제한 조건을 요구한다. 이러한 제한 조건을 만족하며, 솔레노이드 밸브의 작동성을 보장하기 위한 설계를 수행하였다. 극저온 상태에서 솔레노이드 전류 상승을 방지하기 위해 구리와 콘스탄탄 재료를 사용한 새로운 형태의 코일 설계를 적용하였으며, 측정된 전류는 설계 규격을 만족하고 있다. 본 설계를 통해 한국형발사체 3단 추진제 탱크 가압제어용 솔레노이드 밸브에 대한 형상 설계를 수행하였다. Solenoid valves for space launch vehicles require the strict limitations on the size, weight and current consumption comparing to industrial solenoid valves. The preliminary design of a cryogenic and high pressure solenoid valve for propellant tank pressurization which can ensure the operation of solenoid valve under such strict limitation conditions was preformed. The Copper and Constantan materials in coil design have used to prevent the excessive rise of the current at cryogenic state. The measured current of solenoid valve at cryogenic temperature satisfies a design requirement. Through this study, the plunger diameter and shape of solenoid valve were determined for the solenoid valve for propellant tank pressurization of KSLV-Ⅱ 3rd stage.

원전용 솔레노이드 밸브의 기기검증 절차 및 방법

임병주(Byung-Ju Lim),박창대(Chang-Dae Park),정경열(Kyung-Yul Chung) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.6

원자력발전소 용 솔레노이드 밸브의 국산화에 필수 과정인 기기검증 기술을 개발하기 위해 관련규정을 분석하고, 시험절차 및 방법, 시험조건, 시험장치 및 허용기준 등을 구체화하였다. 솔레노이드 밸브의 기기검증 규격은 법규, 가이드, 규정 등의 순으로 계층화되어 있으며, 시험기기와 시험항목에 따라 규정이 세분화되어 있다. 세부 규정인 IEEE를 분석한 결과 기기검증 시험은 크게 기능시험, 일반환경시험 및 사고시험으로 구분되어 있는데, 일반환경시험과 사고시험을 통해 발전소 환경과 동일한 조건에서 솔레노이드 밸브를 노화시킨 후 기능시험에서 노화된 밸브의 성능을 확인하는 방식으로 검증시험을 수행하도록 구성되어 있었다. 본 논문에서 제시한 솔레노이드 밸브의 기기검증 시험절차와 방법은 기기검증 수행자뿐만 아니라 밸브 제조사에게 매우 유용한 기술 자료가 될 것으로 판단된다. In order to develop technology for an equipment qualification (EQ) test, which is an important process in localizing solenoid-operated valves used in nuclear power plants, we analyzed related regulations, test procedures, conditions, equipment, and acceptance criteria. EQ regulations for the solenoid-operated valve are classified as law, guide, and standard, and are subdivided according to test specimens and contents. The EQ test is composed of functional, normal-, and accident- condition tests. The solenoid-operated valve is aged under normal and accident conditions, which are predicted in the design conditions of a nuclear power plant, and the performance of the valve is measured by a functional test. The test method and procedure analyzed in this paper might be very useful for manufacturers as well as EQ testers.

솔레노이드 밸브를 이용한 극저온유동의 압력제어

이중엽,한상엽 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

데드밴드 제어는 아무런 제어가 일어나지 않도록 무시하는 방법이다. 실제 고 신뢰도를 요구하는 시스템의 경우 온도 및 압력 변화에 민감한 압축성 유동을 간단히 Dead Band 제어를 통해 압력제어를 실현하게 된다. 압력조절계를 이용한 압력제어 실현은 고성능의 솔레노이드 밸브와 최적의 제어를 위한 알고리듬 및 제어기가 무엇보다 요구되는 시스템이다. 본 논문에서는 기 구축된 솔레노이드 밸브 제어기를 통해 극저온 유동 상태 하에서 솔레노이드 밸브의 제어를 수행하고, 모듈화 된 장치를 이용하여 압력제어 및 유동 개폐의 특성 시험을 수행했다. 솔레노이드 밸브 제어기를 이용한 밸브의 제어를 위해 데드밴드 제어를 제안했다. 데드밴드 제어는 제어 성능뿐만 아니라 시스템적인 응용의 가능성을 실험적 결과를 통해 고찰했다. The dead band control is method disregard so that control may not happen in the band to reduce disturbance and error. A compressible flow is sensitive to temperature and pressure change, enables to pressure preservation using dead band control. The pressure control realization which use pressure control system need controller to use solenoid valve and optimized control of high efficiency. The dynamic characteristics of a solenoid valve module, which play an important role in the pressure control and shut off of cryogenic flow, have been experimented by test facilities. The dead band control was proposed for the control of the solenoid valve equipped with a solenoid valve controller. The experimental results reviewed the feasibility of systematical application as well as the performance of the dead band control.