반응표면법을 이용한 안전밸브의 최적화 = Optimal Design of the Safety Valve by Response Surface Method

국문 초록 (Abstract)

소화시스템에 사용되는 고압의 소화가스 저장용기에는 저장용기의 파손을 막아주는 안전밸브가 있다. 이러한 안전밸브의 내부에는 원형 박판의 파열 판이 들어 있는데, 저장용기의 내압이 위험수준에 도달하면 파열 판이 파손하여 내압을 배출하는 역할을 한다. 안전밸브의 설계인자는 파열 판의 두께, 안전밸브의 유로 직경, 플라스틱 패킹 링의 내부 직경 그리고 파열 판을 고정하는 볼트 안쪽의 필렛 반경이 있다. 이중에서 파열 판의 두께는 0.2mm로 고정을 하였다. 요인배치법을 사용하여 주효과를 결정하였고 회귀방정식을 유도하였다. 이러한 회귀방정식은 추후 안전밸브의 설계에 있어서 기초 설계 자료로서 활용할 수 있도록 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 검증실험 및 회귀방정식에 의한 결과의 오차는 약 $2{\sim}5%$ 정도인 것을 확인하였다. 그리고 반응표면법을 사용하여 기밀테스트 압력인 25MPa에서 파열할 수 있는 안전밸브의 최적 모델을 결정하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

High pressure storage of the agent gas in fire suppression system was composed of tank, main valve and safety valve, which prevents the fracture of the high pressure storage. The safety valve has circular thin plate as fracture plate that was destroyed over fracture pressure. When inner pressure of the storage is reached the fracture pressure, the safety valve discharges gas and degrades simultaneously the inner pressure of the storage. There are design variables such as flow path diameter, inner diameter of the plastic packing ring, thickness of plate and fillet radius. In this variables, thickness of plate is set to be a value of 0.2mm. The main effect of variables on the inner pressure, has been decided using factorial design and statistical analysis. Therefore, the relation of variables are expressed by regression equation. It is disclosed results that the difference of fracture pressures between the equation and experiment has $2{\sim}5%$. Finally, using response surface method, the optimal design of the safety valve could be decided with safety pressure of 25MPa, where the fracture occurs on circular thin plate.

참고문헌 (Reference)

1 "유한 요소 박판 성형 해석에 있어서의 굽힘의 영향" 1993

2 "실용통계학 개정판" 자유아카데미, 파주 2001

3 "새 Minitab실무완성" 이레테크, 군포시 674-, 2004

4 "박판보 구조물의 최적설계 시스템 개발에 관한 연구" 8 (8): 238-246, 2000

5 "기계요소설계" 청문각, 서울 825-, 1998

6 "Theory of plates and shells" McGRAW-HILL 1959

7 "Response Surface Methodology" John willey&Sons Inc, New York 700-, 1995

8 "Optimization Concepts and Application in Engineering" Prentice-Hall Inc. New Jersey 432-, 1999

9 "Friction Contact Model for Finite Analysis of Sheet-Metal Forming Process" 1993