터보차저 제어를 위한 스윙게이트 밸브 설계에 관한 연구

김다정 부산대학교 대학원 2018 국내석사

스윙게이트 밸브는 디젤엔진 선박의 터보차저로 유입되는 배기가스를 제어하는 역할을 수행한다. 기존의 밸브는 디스크와 몸체 사이의 간극이 없어 불완전 연소 시 생성되는 불순물로 인해 디스크가 고착되어 원활한 개폐가 어렵고 디스크에 처짐이 발생하여 밸브 개폐 시에 몸체에 스크래치가 발생한다. 이에 본 연구에서는 디스크 고착 방지를 위하여, 밸브가 닫혀 있을 때 배기가스가 터보차저를 구동 시키지 않는 간극을 결정하였다. 밸브의 전체 두께는 설치공간의 제약으로 인해 고정되어 있으므로 결정된 간극에 따라 플랜지와 몸체의 두께를 설계하였고, 이를 통해 밸브의 경량화를 이루었다. 또한, 디스크의 형상 및 두께 설계를 통해 디스크 처짐으로 인한 스크래치를 저감시켰으며, 상기의 과정을 거쳐 설계된 스윙게이트 밸브에 대하여 진동하중에 따른 구조안전성을 검증하였다.

時間最適 밸브閉鎖設計에 관한 硏究

손길원 漢陽大學校 1990 국내석사

핫러너 사출금형의 밸브 게이트 순차제어 시스템 최적화

김봉주 아주대학교 2021 국내박사

In large-area injection molding with a sequential valve gating system, cost loss occurs between the mold design and mass production. One is the cost of a test injection that optimizes the molding conditions and valve gate control conditions. This is caused by the high difficulty of sequentially controlling multiple valve gates using a timer controller. The other is design change and reprocessing of the injection mold. Continuous re-machining of the mold not only increases the machining cost but also delays the production schedule, causing significant losses. In this study, we tried to reduce the above two types of losses by optimizing the sequential valve gating system. First, an automatic control system for the valve gate was developed in order to reduce the difficulty of optimizing the molding and valve gating conditions. The valve gate automatic control system consists of an in-mold sensor module and an auto triggering controller. The in-mold sensor module includes a temperature sensor, a pressure sensor made by hand, and an amplifier. The auto triggering controller was developed based on National Instruments hardware, and the automatic control program was developed by LabVIEW. Conventional timer controller needs to optimize every time when process conditions are changed. However, the developed system controls the valve gate by sensing the melt flow in the cavity. As a result, the number of valve gate control variables could be reduced, and the difficulty of optimizing the process also could be reduced. The position of the gate affects the quality of the injection molded part, and the effect is greater in large-area injection molding with multiple valve gates. Proper arrangement of the valve gates can reduce mold redesign and rework. Therefore, a methodology for optimal valve gate arrangement was developed. The methodology works based on Python and a CAE analysis program for the injection molding process, Moldex3D. The validity of the valve gate optimal arrangement methodology was verified by the injection mold of the TV rear cover of a 40 inch with existing valve gate arrangement information. The valve gate placed optimally by the methodology has improved filling and pressure balance compared to the conventional valve gate arrangement. Also, the deviation of the flow front speed difference of the melt has been reduced. The filling balance was quantified by the standard deviation of the arrival time of the nodes on the end of the cavity. The pressure balance was quantified by the difference between the maximum pressure and the minimum pressure inside the product right after the filling stage. The flow front speed difference of the melt was quantified as the standard deviation of the average flow speed on the flow front. The valve gate arrangement optimization methodology could also be applied to the rear bumper of the automobile. Therefore, the possibility of application to other shape products is sufficient. For the optimal valve gate arrangement, the operation delay time of the valve gate was optimized. This is a control variable that determines how many seconds after the sensor detects the melt flow and activates the valve gate. The operation delay time is used equally according to the valve gate order. By optimizing the delay time, it was possible to further reduce the flow front speed difference by about 15% at the same injection pressure. If the mold is designed through the methodology of optimal valve gate arrangement, and the valve gate is controlled with the automatic control system, the cost and time consumption between mold design and mass production can be reduced in the large-area injection molding process. 밸브 게이트 순차제어 시스템을 사용하는 대면적 사출성형에서는 금형 설계부터 대량 생산 시작까지의 중간과정에서 다양한 비용 손실이 발생한다. 하나는 초기 설계에 따라 가공된 금형이 기준 품질을 갖는 사출 성형품을 생산 가능한지 조사하는 시험 사출에서 소모되는 비용이다. 밸브 게이트 타이머 제어기는 모든 밸브 게이트의 작동 시점을 시행오차를 통해 최적화해야 한다. 때문에 기준품질을 확보하기 위한 최적화에 소요되는 시간과 비용이 크다. 다른 하나는 잘못된 금형 설계로 인하여 반복적으로 요구되는 금형의 설계변경 및 재 가공이다. 금형의 지속적인 재 가공은 금형의 가공비용을 증가시킬 뿐 아니라 생산일정을 지연시켜 큰 손실을 유발한다. 본 연구에서는 기존의 순차제어 밸브 게이트 시스템을 최적화하여 위 두 가지 종류의 손실을 줄이고자 했다. 먼저 시험 사출에서 소모되는 비용과 시간을 줄이기 위해서 밸브 게이트의 순차제어를 위한 자동 트리거링 시스템을 개발했다. 자동 트리거링 시스템은 형내 센서 모듈과 자동 트리거링 제어기로 구성된다. 형내 센서는 제작하여 사용했으므로 다수의 설치에도 비용적인 무리가 없었다. 자동 트리거링 제어기는 National Instruments의 하드웨어를 기반으로, 자동제어 프로그램은 LabVIEW 기반으로 개발되었다. 기존 제어 시스템은 밸브 게이트 개방 시점과 폐쇄 시점을 시간을 기준으로 수동으로 설정해야 하는 어려움이 있다. 개발된 시스템은 형내 온도센서를 통해 용융수지 선단의 흐름을 감지하여 공정조건 변화에도 자동적으로 밸브 게이트를 제어한다. 이를 바탕으로 공정 최적화 소요시간을 줄이고 제품 품질을 향상시킬 수 있었다. 다음으로 금형 설계 시 게이트 배치 최적설계 알고리즘을 개발하였다. 게이트 위치는 제품의 품질에 영향을 미친다. 다수의 밸브 게이트를 사용하는 대면적 사출성형에서는 그 영향이 더 크다. 밸브 게이트의 부적절한 배치에 따른 충전 불균형과 표면결함을 예방하여 금형의 재설계, 재가공을 줄이고자 했다. 최적설계 알고리즘은 파이썬과 사출성형 해석 프로그램을 기반으로 작동한다. 기존의 밸브 게이트 배치정보가 있는 40인치 TV 후면커버를 사용하여 최적설계 알고리즘의 타당성을 검증했다. 배치 최적설계를 통해 설계된 밸브 게이트는 기존 밸브 게이트 배치보다 충전균형과 압력균형이 향상되었으며 용융수지 선단속도의 편차는 감소했다. 충전 균형은 제품 말단에 위치한 지점들에 대한 용융수지 도달시점 표준편차로 정량화했고, 압력 균형은 충전완료 시 제품 내부 최대압력과 최소압력의 차이로 정량화했다. 용융수지 선단속도 편차는 충전과정을 10 단계로 나누고 각 단계의 선단속도 표준편차를 계산하여 정량화했다. 자동차 후면범퍼 형상의 제품에도 개발된 설계 알고리즘을 적용함으로써 다른 형상의 제품에도 이 알고리즘의 적용 가능성이 충분함을 판단하였다. 마지막으로 최적설계 알고리즘을 통해 최적 배치된 밸브 게이트에 대해 밸브 게이트의 작동 지연시간을 최적화했다. 작동 지연시간이란 센서가 용융수지 선단을 감지하고 몇 초 후에 밸브 게이트를 작동할 지 결정하는 제어변수이다. 동일한 차수의 밸브 게이트들은 동일한 작동 지연시간을 가진다. 지연시간 최적화를 통해 동일한 사출압력에서 용융수지 선단속도 편차를 약 15% 더 감소할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 밸브 게이트 배치 최적설계 알고리즘을 통해 금형을 설계하고 밸브 게이트를 자동 트리거링 시스템으로 제어한다면 대면적 사출성형 공정에서 금형 설계와 대량생산 사이에 발생하는 비용과 시간 소모를 감소할 수 있을 것으로 기대한다.

가스계소화설비의 배관기밀성 시험을 통한 누설 예측에 관한 연구

김대수 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2024 국내박사

국내 사업장들은 화재 시 인명 및 설비 피해와 가동 중단, 데이터 손실 등 2차 피해를 줄이기 위해 전기실, 변전실, 축전지실, 통신기기실, 전산실 등에 일반적인 스프링클러보다는 통상적으로 이산화탄소, 할론, 할로겐화합 물 및 불활성기체 소화설비를 설치하고 있다. 이러한 가스계소화설비의 소화방법은 가스약제별로 동일하지 않고 차이가 있다. 방호구역 내 소화가스약제가 헤드로부터 방출되고 가스약제농도가 설 계농도의 목표수준에 도달해도 바로 소화가 되는 것이 아니라 일정한 시간 동안 목표한 수준의 설계농도를 유지해야 소화가 가능하다. 따라서 설치와 유지관리 단계에서 문제가 있을 경우 설계농도 유지시간 (Soaking Time)에 문제가 발생해 소화 실패 확률이 매우 높을 수 있다. 특히, 연 1회 이상 실시하는 작동기능과 종합점검의 소방시설 점검 항목 에는 “설계농도 유지시간의 성능을 확인하라”는 내용이 없다. 또한 DOOR FAN Test(방호구역 기밀도 시험)를 통해 방호구역 내 출입구, 틈새 등 개구부에 대한 건축적으로 기밀상태만을 확인할 뿐, 가스계소화설 비의 선택밸브 1차 측에 연결관, 동관 등 배관의 설치·유지관리 미흡에 따 른 소화가스 누설 및 동작 불량으로 인한 누설량, 누설면적, 누설률에 대한 검토가 안 되고 있다. 본 연구에서는 가스계소화설비의 배관 기밀시험을 통한 시간변화에 따른 누설량을 자료로 추출해서 이들의 상관관계를 분석하고 예측하는 회귀분석 을 통해 실제 방출압력에서 누설량, 누설크기, 누설률을 예측하는데 목적이 있다. 이를 위해 첫 번째로 가스계소화설비의 관련 기준을 비교 분석하였고, 본 설비의 종류 및 주요 구성요소의 내용을 정리한 관리 점검 관련 문헌 자료, 이론, 현황 등의 검토를 통해 기본 가스계소화설비의 개요, 종류 및 설치대 상 등 이론적 사항을 고찰하였다. 두 번째로 언론에 보도된 가스계소화설비 의 사고 중 배관 기밀성과 관련된 주요 사고사례에 대하여 사고원인 및 대 책을 분석하였다. 세 번째로 현장시험은 1) 선택밸브 개방시험을 통한 배관기밀도 시험, 2) 니들밸브 개방시험을 통한 기동관 누설시험으로 나누어 수행하였다. 1) 시 험은 소화가스를 이용한 직접 시험이 불가하므로 Air Compressor(공기압축 기)를 이용하는 간접 테스트 방법을 적용하였다. 2) 시험은 기동용기 가스를 직접 방사하여 니들밸브 작동과 기동관 누설여부를 확인해 분석하였다. 분석 대상은 용도별로 발전시설, 교육연구시설, 문화 및 집회시설, 업무시 설에 대한 사업장으로 전기실, 비상 발전기실, 배터리실 등 다양한 방호구역 시험을 수행하였다. 시험과정에서 선택밸브 개방시험, 니들밸브 작동시험에 대한 결과를 통해 가스계소화설비 작동기능과 구성부품별 기능상의 문제점 과 관리실태를 분석하였다. 마지막으로 현장시험에서의 측정만으로 실제 가스계소화설비의 누설량, 누설크기 및 누설률을 구현하는 데는 한계가 있어 현장시험 측정 데이터를 추출해서 이들의 상관관계를 분석하고 예측하는 모델링을 통해 실제 방출 압력크기에서의 누설량, 누설크기 및 누설률을 예측하였다. 그 결과, 가스계소화설비에서 선택밸브 이전 배관의 기밀도에 대한 누설 압력에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 압력이며, 회귀분석에 의한 선형그래 프로 나타내어 압력이 높을수록 누설량이 증가한다는 결과를 도출하였다. 압력에 따른 예상누설량 경향이 유사하고 시험측정 데이터와 예측값의 정확 도가 거의 일치하는 것으로 나타났다. 또한, 니들밸브 작동압력 시험에 대해 배관 내 압력은 시험압력의 80% (32 psi (221 KPa)) 이상이어야 한다는 기준을 적용해 기동용동관 말단부 방 출압력 = [기동용기 방사압력 6.0 MPa(기동용기 충전압력기준)×80%]의 수식 을 도출해 최소방출압력 4.8 MPa 이상으로 제시하였다. 아울러 니들밸브의 작동압력은 제조사 기준 0.98 MPa이므로 기동용기 개 방 시 배관 말단부의 압력이 니들밸브 작동압력×1.2에 도달되는지 확인하 여 니들밸브 작동압(0.98 MPa) × 1.2(20%가산) = 1.2 MPa 이상의 계산식과 기준을 제시하였다.

3/2way 솔레노이드밸브의 성능에 영향을 미치는 설계변수 분석

정자영 부산대학교 대학원 2017 국내석사

Solenoid valves that generate hydraulic flow by using electromagnetic force are divided into spool and poppet type according to the structure. Previous studies have focused on solenoids that supply power to hydraulic solenoid valves that use electromagnetic forces. In recent research trends, efforts have been made to improve the flow characteristics, but they are concentrated in spool valves. The poppet type valve has a tend to switch from the center of spool valve to the development of poppet valve. because of its excellent sealing power and low sensitivity to foreign matter, which is easy to operate for a long time. In this study, the maximum pressure, the minimum pressure, and the pressure drop were examined in order to analyze the variation of the flow characteristics according to the design variables of the solenoid valve. In the research and development of the solenoid coil center, it is expected that the improvement of the flow characteristics in conjunction with the valve body can be expected to provide the valve manufacturing technology by presenting the guide when the valve body components are designed by the manufacturer.

직교배열표와 CFD를 이용한 분할 볼 밸브의 볼 형상최적설계에 관한 연구

최종섭 東亞大學校 大學院 2003 국내석사

본 연구에서는 밸브의 안전성을 평가하기 위하여 유동해석과 구조해석을 수행한 후 직교배열표와 특성함수를 이용하여 다특성을 요구하는 구조 신뢰성 설계의 현장에서 적용 가능한 통계학적 방법(Stochastic method)의 유용함을 확인하였고, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1. 평균응력과 밸브의 성능을 나타내는 압력손실계수로 직교배열표를 작성한 결과에 대한 목적함수와 설계변수 사이의 상관관계를 특성함수를 이용함으로써 두 가지 이상의 목적함수에 대해 설계변수의 변화에 따른 설계변경의 효과를 평가할 수 있었다. 2. 특성함수에 의한 결과가 직교배열표의 결과보다 응력과 압력손실계수의 결과는 조금 높게 나타났다. 이는 제한조건을 위배하는 경우가 많은 결과로 판단된다. 3. 볼의 형상을 최적화시키기 위하여 구형의 볼을 1/4로 절단하여, 최적설계를 실시한 결과 구조적 안전성을 유지하면서, 기준 압력손실계수를 만족하는 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 4. 복잡한 3차원 구조물에 대해 직교배열표와 특성함수를 이용함으로써 적은 실험횟수로도 최적해의 결과를 보여주었다. In this study, after doing fluid analysis and structure analysis to appraise valve's safety and using orthogonal array and using characteristic function, we could confirm efficiency of stochastic method applicable in the scene of structure reliability design to be multi-objective and obtain the results as follow. 1. We was able to evaluate an effect of a design change along with a change of variable designs on multi-object function as using a characteristic function with a correlation as a result of tabulating orthogonal array from a mean stress and pressure loss coefficient showing efficiency of valve 2. The mean stress and pressure loss of coefficient result of a characteristic function appeared lower than those of orthogonal array. This is considered as the results that neglected interaction. 3. In order to make form of the ball optimization it cuts the ball of spherical shape at quarter, the result which executes an optimum design, it maintains a structural safety and it is satisfied a standard pressure loss coefficient the possibility of getting a good result it was 4. Even a few experiments showed the optimal results of three dimensional structures by using an orthogonal array and a characteristic function.

차량 능동현가시스템용 압력제어밸브의 설계변수 민감도 해석

황철순 고려대학교 1992 국내석사

마이컴을 이용한 스마트아쿠아리움 설계

이재영 부산외국어대학교 일반대학원 2019 국내석사

I examined the possibility of an automated management system that circulates through the proposed physical and biological filtration process, such as a smart aquarium, through control of the flow of water in the system. Of the various filtration systems currently developed, the filtration process was chosen as a purification process, which is intended for management and naturally goes through the filtration process according to the flow of water. To control this filtration process, the microcontroller is planned to control the flow rate between trillions through electronic valves and pumps based on the sensors that detect dissolved oxygen, pH, temperature, etc. in the water and the data obtained. The flow of the feeding and filtration tanks was analyzed using ANSYS CFX 13.0. The pressure on the modalities, formation and troughs of water was simulated according to the location of the tank's installation. As a result, the installation at a location of 1.5 m causes a large circulation through the entire trough compared to the installation of the ground surface, thus confirming the possibility of smooth discharge of the solids. Further, the flow and pressure of the filters in the filtration tank were analyzed to ensure progress between the filters occurred.

부품 그룹別 工程設計에 의한 生産性 向上에 관한 硏究 : 밸브 製造 工程을 中心으로

박정수 대구대학교 산업정보대학원 1993 국내석사

공리적 방법을 이용한 butterfly valve의 통합설계기법에 관한 연구

배인환 東亞大學校 2005 국내박사

제품을 생산하기 위해서는 초기계획을 수립하여 자료수집과 시장조사를 바탕으로 제품설계를 한 후 제조과정을 통하여 제품이 완성되면 필요한 테스트를 거쳐 제품을 출시하게 된다. 그 중 버터플라이 밸브는 초저온 및 고온·고압의 환경에서 사용하는 밸브로서 우수한 신뢰성과 안전성이 보장되어야 한다. 그러나 그 동안 국내에서는 외국제품의 단순한 모방이나 시행착오에 의한 경험적 방법을 이용한 제품개발 수준에 있는 것이 현실이다. 따라서 밸브의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위하여 초기설계에서부터 과학적이고 합리적인 접근이 필요하며 전체 생산공정과 설계개발에 있어서 통합적인 설계체계의 구축이 필요하다. 이러한 추상적 체계의 설계기법에 대한 대안으로 합리적이고 체계적인 설계를 위해 그 근간이 되는 공리를 제시하고 이에 근거한 설계방법론을 제시하였다. 본 연구에서는 버터플라이 밸브의 설계과정에서 경험에 의존하는 지금까지의 설계 관행보다 체계적이고 합리적인 설계를 위해서 공리적 설계기법을 도입하였다. 즉, 설계공리를 이용하여 버터플라이 밸브의 기본구상에서 제품설계를 거처 최종적으로 도면을 작성하는 과정을 체계적으로 계층분해 과정을 통해 접근하는 통합설계 방법을 도출하였다. 그리고 버터플라이 밸브의 주요 부품인 디스크와 시트에 대하여 최적설계를 통하여 사용요건에 맞는 최적의 형상을 도출하였다. 먼저 디스크의 경우 안전성과 기능성을 만족하는 설계를 위해서 위상최적화와 CFD-구조 연성해석의 결과를 이용하여 최적설계를 위한 최종 디스크의 모델을 선정한 후, 수리적 방법과 특성함수를 이용하여 압력손실계수와 허용응력을 동시에 고려하는 다목적 최적설계를 수행하여, 설계변수의 변화에 따른 구조변경의 효과를 정량적으로 평가하였으며, 수리적 방법과 특성함수를 비교 평가하여 버터플라이 밸브에 적합한 최적설계방법을 도출하였다. 그리고 밸브의 기밀유지 성능에서 중요한 요소 중의 하나인 시트에 대해 각 설계변수 값들을 생성하여 그 데이터 점 위에 최소자승법으로 형성하고, 각 최적화루프가 새로운 데이터 점을 생성하여 목적함수 근사화를 수행하는 방법인 부문제근사법(sub-problem approximation method)을 사용하여 최적의 시트형상을 도출하였다. Functional requirements and design parameters as the basic concept of axiomatic design were not clarified in the early design process. Design axiom shows some difficulty for large system designs, such as the industrial process valve. These valves had been basically carried by an incremental and iterative process. Therefore axiomatic design was introduced for design technique of the butterfly valve with logical and systematic design process. And studied the initial model of disc and seat, key component of butterfly valves, using topology optimization after doing parameter design from the background of shape. Disc optimization was accomplished using a numerical analysis and characteristic function, and seat optimization was studied using sub problem method. By comparisons of ANSYS-FLOTRAN results and other results, it could be made determination of the accuracy of the employed method. In this study, the conclusions could be presented as follows. (1) Axiomatic design was introduced for design technique of the butterfly valve with logical and systematic design process. This study for integrated design technique could contribute to improve research and development process as efficient method. (2) The results of pressure loss coefficient between numerical analysis and characteristic function method for disc optimization were similar, and the optimized results of each design variables were R(11.245 mm), RL(35.032 mm), LL(34.218 mm),?RW1(1.532 mm), LW1(3.0 mm), RW2(1.240 mm), and LW2(1.658?mm). (3) The optimized results for design variables using characteristic function were R(10 mm), RL(40 mm), LL(40 mm), RW1(3 mm), LW1(3 mm), RW2(1 mm), and LW2(2 mm). (4) Comparing the result for stress and pressure loss coefficient between ANOM(Analysis of means) and characteristic function, ANOM was better than characteristic function considering satisfaction of stress, pressure coefficient, as well as 14 % less weight of disc. (5) The result of seat optimization using sub-problem method, 31% of stress could be reduced for teflon(PTFE) seat, and 8 % for stainless steel seat. Additionally 25 % of hydrostatic efficiency was increased comparing conventional seat.