고온용 볼 밸브의 형상 최적화 = Shape Optimization of Ball Valve for High Temperature

국문 초록 (Abstract)

볼 밸브(ball valve)는 밸브의 개폐 부분에 구멍이 뚫린 구 모양의 밸브로써, 이것을 회전시킴에 의해 구멍을 막거나 열어, 밸브를 개폐시킨다. 본 연구에서는 플랜트장치용 고온용 볼 밸브(ball valve for high temperature)에 관한 것으로서, 기술 개발과 더불어 시장 진입의 주요 전제인 제품 신뢰성 확보를 위한 열-구조, 유동 해석기법을 적용하여 고온용 볼 밸브의 구조적 안전성(structural safety)을 검토하고자 하였다. 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetra fluoro ethylene) 재질의 시트(seat)의 형상을 변경하고 이에 최적설계 기법을 적용하여 구조적 안전성과 경량화 설계를 제시한 것이다. 시트의 최적화를 위해 2개의 형상설계 변수(design variable)를 선정하였고, 최적화 과정(optimization process) 중에 설계요구조건(design requirement)으로 시트의 길이와 두께에 관련하여 기준을 고려하였다. 최적화 기법으로서 크리깅 내삽법(kriging interpolation method)을 이용한 메타모델기반 최적화방법(metamodel based optimization)을 적용하였다. 그 결과 구조적 안전성을 만족하는 시트의 두께와 길이의 크기를 찾을 수 있었고, 이에 따른 밸브용량(constant value)값을 측정하여 볼 밸브의 성능을 평가하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1-1. 연구의 배경 및 동향 1
• 1-2. 연구목적 2
• 2. 볼 밸브의 열-구조 해석 4
• 2-1. 볼 밸브의 구조 4
• 2-2. 볼 밸브의 열 해석 10
• 2-3. 볼 밸브의 구조 해석 13
• 2-4. 볼 밸브의 형상 변경 14
• 3. 볼 밸브의 형상 최적화 19
• 3-1. 형상설계변수 및 정식화 19
• 3-2. 크리깅내삽법을 이용한 메타모델 생성 19
• 3-3. 형상 최적화 21
• 3-4. 볼 밸브의 밸브용량 측정 24
• 4. 결론 30
• 참고문헌 31
• A b s t r a c t 33