FE Analysis on the Screwed Safety of a Valve for a LPG Bombe

LPG 용기용 밸브의 체결안전성에 관한 유한요소해석

In this paper, the finite element analysis of a valve screw for a LPG cylinder has been presented on the leakage safety and strength one, which are computed and investigated by a contact normal stress and von Mises stress between a female screw of a valve and a male screw of a neck ring in a LPG bombe. The LP gas charging pressure of a LPG bombe is $8{\sim}9kg/cm^2$, which is pressurized to the screw sealing contact areas between a valve and a LP gas cylinder. The peak failures of the screw tooth height due to a scratch wear and chipping loss of the contact area may decrease screw tooth strength and increase a leakage of a LP gas. These are strongly affect to the contact normal and von Mises stresses of the valve screws. The FEM computed results show that the tooth height loss due to a wear and chipping failure of the screw peak does not affect to the LP gas leak and strength of a valve screw theoretically. But if the tooth wear of the screw height of a brass valve overpasses the critical strength safety of the valve, the valve screw may be failed in fastening the valve and a LP gas bombe suddenly.

LPG 용기에 장착된 네크링의 암나사와 개폐밸브의 수나사 사이에서 발생되는 접촉법선응력과 von Mises 응력을 유한요소법으로 해석하여 밸브나사의 체결안전성에 관련된 강도 및 가스누출 안전성에 대해 고찰하였다. LPG 봄베의 가스충전압력 $8{\sim}9kg/cm^2$은 밸브와 LP가스 용기의 체결작용과 밀봉작용을 담당하는 나사부에 가압된다. 나사 선단부에서 발생한 스크래치 마모나 칩핑 손상은 나사의 접촉높이를 실질적으로 낮추게 되어 나선부의 강도를 떨어뜨리고, LP가스의 누설을 조장하게 된다. 체결 나선부의 손상은 밸브 나사부의 이빨 강도를 약화시키고, LP가스의 누출에 영향을 미친다. FEM 해석결과에 의하면, 나사 선단부의 마모 및 칩핑에 의한 높이 손상은 이론적으로 볼 때 LP가스의 누출과 밸브의 강도에 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 황동밸브 나사 높이의 손상정도가 밸브의 임계강도를 넘어서게 되면, 나사는 밸브와 LP가스 봄베를 더 이상 체결하지 못하게 되어 압력용기는 갑자기 파손될 수도 있다.