내압을 받는 내/외부 국부 감육 곡관의 파손거동 (Damage Behavior of Elbow Pipe with Inner or Outer Local Wall Thinning under Internal Pressure)

서지정보

· 발행기관 : 한국동력기계공학회
· 수록지 정보 : 동력시스템공학회지 / 18권 / 5호 / 66 ~ 73페이지
· 저자명 : 김수영, 남기우

초록

본 연구는 고온⋅고압수, 증기가 고속으로 흐르는 곡관이 유속에 의한 침식/부식에 의하여 국부적으로 감육이 발생하기 쉬운 것을 고려하였다. 내압을 받는 내/외부 감육 곡관의 파손거동을 유한요소법으로 계산하고, 외부 감육 곡관은 실험과 비교⋅평가하였다. 원주방향 및 종방향의 응력은 각각의 감육비에서 곡관 각도에 관계없이 비슷한 값을 나타내었다. 그러나 원주 방향 변형률은 곡관 각도가 작은 것이 크게 나타났으나, 종방향 변형률은 같게 나타났다. 외부 감육 곡관의 계산 응력은 내부 감육 곡관보다 약간 높게 나타났으며, 변형률도 크게 나타났다. 내/외부 감육 곡관은 압력에 대하여 변형률은 감육 각도에 관계없이 동일한 감육비에서는 비슷한 변형률을 나타내고 있으며, 감육비가 적을수록 큰 내압이 필요하다. 그러나 동일 감육비에서 내부 감육 곡관의 압력이 외부 감육 곡관보다 약간 높게 나타났다. 또한 압력과 변형률의 관계는 감육비가 증가함에 따라서 내압이 작아지고, 변형률은 약간씩 증가하였다. 실험에서 원주 방향의 변형률은 내압이 증가함에 따라서 급격하게 증가하였으나, 종방향은 파단 시에도 0.2% 변형률에 미치지 않았다. 따라서 곡관의 경우는 내압에 의한 파손은 원주방향의 변형 거동을 파악하면, 안전성이 확보될 것이다. 운전 압력에 대한 배관의 안전성은 감육 곡관 각도보다 감육 깊이에 의존성이 크다. 내압과 감육비의 관계에서 운전 압력 및 설계 압력에서 안전하게 사용할 수 있는 범위를 유한요소 계산에서 도출하였으며, 실험과 비교적 잘 일치하였다.

영어초록

This study was considered to occur the local wall thinning at elbow which is flowing the steam and high-pressure water of high-temperature. The angle of elbow is θ=45°and 67.5°. The damage behaviors of inner or outer wall thinning elbow under internal pressure were calculated by FEA(finite element analysis). We compared the simulated results by FEA with experimental data. The FEA results are as follows: In the FEA results of three types of wall thinning ratio, the circumferential and longitudinal stresses show the similar values regardless of the angle of elbow, respectively. The circumferential strain was greater at elbow of small angle, but the longitudinal strain was nearly same. The FEM stress of outer wall thinning elbow was slightly higher than that of the inner wall thinning elbow, and strain was also slightly higher. In the experiments, the circumferential strain was increased with the increase in the internal pressure, and increased rapidly on about 0.2% of strain. The longitudinal strain was small. The strain at break was much smaller than 0.2%. In the relation between pressure and eroded ratio, the criteria that can be used safely under operating pressure and design pressure were obtained. The results of FEA were in relatively good agreement with those of the experiment.

참고자료

· 없음