A Study on the Development of Unified Ball Valve and Polyethylene-Steel Pipe Via Virtual Manufacturing and Experimental Approach

In order to reduce the number of installation processes and the cost, a unified ball valve and polyethylene-steel pipe is proposed and tested. An integrated design approach is carried out such that a virtual manufacturing based on finite-element analysis is first performed in order to examine contact conditions under exaggerated temperature variations (${\Delta}T\;=\;60^{\circ}C$ and $-50^{\circ}C$ for summer and winter, respectively). From the final design configuration, it was predicted that the maximum contact pressures are 71 and 8.1 MPa for summer and winter, respectively, at relatively larger contact surface. Based on this observation, a prototype model is fabricated to go through an actual leakage test. The prototype pipe passed a hydrostatic strength test successfully, showing no leakage at even much higher (54 MPa) than the operational pressure (0.25 MPa).

가상생산 및 실험을 통한 폴리에틸렌관과 금속관 일체형 볼 밸브의 개발에 관한 연구

가스 파이프의 배관 작업 중 작업 공정 수 및 단가를 낮추는 방법으로 PE관과 강관 일체형 볼 밸브를 개발하였다. 이를 위하여 먼저 유한요소해석을 근간으로 한 가상생산 지원 설계를 수행하여 누설에 대한 안전성을 갖는 프로토타입 제품 설계안을 제시하고, 이를 검증하기 위하여 누설 시험을 병행하는 통합적인 방법을 취하였다. 다양한 설계 모델을 대상으로 내압에 대한 접촉해석을 수행하여 제안된 최종설계안으로부터, 여름(${\Delta}T\;=\;60^{\circ}C$)과 겨울(${\Delta}T\;=\;-50^{\circ}C$)의 과장된 온도의 변화조건에도 비교적 광범위한 부분에서 최대 접촉압력이 각각 71 MPa, 및 8.1 MPa을 유지할 것을 예측하였다. 최종설계안을 바탕으로 시제품을 만들어, 열간 내압크리프 시험을 수행하였으며 사용압력(0.25 MPa)보다 훨씬 높은 가압조건(54 MPa)에서도 기밀을 유지하는 것을 확인하였다.