This paper presents the optimized design of O-rings with a rectangular groove and dovetails, which are strongly related on the sealing performance of LPG filling unit. The computed results on the optimal design are analyzed by non-linear MARC finite element program with Taguchi method. O-rings with 4 different groove models are analyzed for 3 different elastomeric materials. The design parameters are given to polymer materials, groove depth, groove width, and diameter of O-rings. The FEM computed results showed that the affection ratios of O-ring diameter and material property are the most influential parameter among the groove width, groove depth, and compression ratio. Thus, this paper recommends model III for a rectangular groove and model IV for a dovetail groove with a given gas supply pressure of 1.764 MPa.
In this paper, the optimized design of a rectangular O-ring groove has been analyzed for a maximum Cauchy stress and maximum strain using the Taguchi method. This method may efficiently optimize the design parameters for an O-ring groove of a LPG filling unit. The computed FEM results indicate that the optimized design parameters can only be drawn by nine experimental numbers of iterations when the Taguchi design technique has been employed with a finite element method. This means that the Taguchi design method is very useful for the optimization design of O-ring rectangular groove geometry. Based on the computed FEM results by the Taguchi design technique, the dimensions of a groove geometry are given as h=2.5 mm, d=2.74 mm, c=0.15 mm, and w=3.0 mm. In this study, the initial compression ratio of O-rings is recommended as 8.7% for a gas supply pressure of 18 $kg/cm^2$.
This paper presents the temperature distribution and deformation characteristics of O-ring groove geometry in which is strongly related the sealing performance of pressure vessels. A working gas in pressure vessel may be heated by a heater and pressurized by a gas compressor. Thus, the pressure vessel should keep high Pressure and temperature for a limited working period. For these operation conditions, the working gas in pressure vessels should not leak to the air by two O-rings with a rectangular groove. The FEM computed results indicate that the thermal and mechanical properties of metal sealing material is very important for stopping a leakage of hot gas in a vessel. Based on the results, high thermal conductive and low mechanical strength material is recommended as a metal sealing one. This may improve the sealing characteristics of O-ring sealing mechanism with a rectangular groove, which reduces the sealing gap between a flange and a cylinder and the width of O-ring groove.
Park, Chi-Yong;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Yoon, Joon-Yong
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.14
no.2
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pp.11-16
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2011
This paper presents a numerical study of casing treatments on a centrifugal compressor stage to improve stability and the surge margin. High efficiency, a high pressure ratio, and a wide operating range are required for a high performance centrifugal compressor. In the present study, a ring groove arrangement was applied to the transonic centrifugal compressor. According to the numerical analysis using a commercial code ANSYS-CFX, the unstable phenomena limiting the range of the centrifugal compressors were compared with and without a ring groove. Although the ring groove decreased the efficiency, but increased the operating range by suppressing a flow separation at the leading-edge of the impeller especially near shroud part. Newly designed ring groove arrangement improved the compressor performance and increased the operating range of the compressor.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.13
no.2
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pp.28-34
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2014
A non-contact type measurement system is specially devised to measure the width of a piston ring groove in the grinding process. This system comprises a line camera with an imaging lens, collimated white light source, and a one axis translation stage. When the measurement system movesalong the diagonal direction of the cylinder, the line camera captures an image. By analyzing such images, the width of the piston ring groove can be determined. The experimental results prove that the proposed system is useful, especially as a monitoring system in grinding piston ring grooves on cylinders with accuracy of several micrometers in an area of dozens of millimeters.
Notably, laser surface patterning facilitates tribological applications under lubricated sliding contacts. Consequently, a special pattern that can reduce the coefficient of friction under contact is considered necessary for improved machine efficiency. However, inappropriate pattern designs produce higher friction coefficients and cannot reduce friction. In this study, we use cast iron pins as specimens to investigate their friction and wear characteristics. Moreover, we experimentally investigate the correlation between the friction reduction effect and the design of groove crosshatch patterns fabricated with various angles and widths. We conduct a friction test using a pin-on-disc type tribometer under grease lubrication to study the friction reduction effect of the specimens, and we observe that the average coefficient of friction changes with the crosshatch angle and width. The experiment reveals that grooved crosshatch specimens with a crosshatch angle of 135°maximize friction reduction. The coefficient of friction of the groove specimens with a width of 120 ㎛ is lower than that of the specimens with a width of 200?. The friction reduction effect of the width of the groove is attributed to the density of the groove pattern. Thus, grooved crosshatch patterns can be designed to maximize friction reduction, and the friction property of a grooved crosshatch pattern is found to be related to its width and angle.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.11
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pp.47-54
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2003
Research during the past several years has established the effectiveness of acoustic emission (AE)-based sensing methodologies for machine condition analysis and process. AE has been proposed and evaluated for a variety of sensing tasks as well as for use as a technique for quantitative studies of manufacturing process. STD11 has been known as difficult-to-cut materials. The micro-grooving machine was developed for this study and the experiments were performed using CBN blade for machining STD11. Evaluating the machining conditions, frequency spectrum analysis of acoustic emission (AE) signals according to each conditions were applied. Fuzzy clustering method for associating the preprocessor outputs with the appropriate decisions was followed by frequency spectrum analysis. FFT is used to decompose AE signal into different frequency bands in time domain, the root mean square (RMS) values extracted from the decomposed signal of each frequency band were used as features.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.143-150
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2007
Ring and cylinder bore wear may not be a problem in most current automotive engines. However, a small change in ring face and cylinder bore diameter can significantly affect the lubrication characteristics and ring axial motion. This in turn can cause to change inter-ring pressure, blow-by and oil consumption in an engine. Therefore, by predicting the wear of piston ring face and cylinder bore altogether, the changed ring end gap and the changed volume of gas reservoir can be calculated. Then the excessive oil consumption can be predicted. Here, the oil amount through top ring gap into combustion chamber is estimated as engine oil consumption. Furthermore, the wear theories of ring and cylinder bore are included. The changed oil consumption caused by the new end gap and the new volume of oil reservoir around second land, can be calculated at some engine running interval. Meanwhile, the wear amount and oil consumption occurred during engine durability cycle are compared with the calculated values. The wear data of rings and cylinder bore are obtained from three engines after engine durability test. The calculated wear data of each part are turn out to be around the band of averaged test values or a little below. It is shown that the important factor regarding oil consumption increasement is the wear of ring face.
This paper presents the leakage safety of two O-rings, which are located at the rectangular groove between a valve body and a valve stem. The leakage safety analysis of 0-ring seals has been computed as functions of a compression set and a liquefied petroleum gas pressure of a LPG cylinder using a FEM program, MARC. The FEM computed results indicate that the loads from the filling pressure of $8kg/cm^2$ to the upper limit of the safety valve, $24.8kg/cm^2$ work safely according to the pressure vessel code. But two O-rings should consider the aging effects for an increased safety of the o-ring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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