수도계량기의 동파 방지를 위한 벨로즈 튜브 설계 (Bellows Tube Design to Prevent a Water Meter Breakage Caused by Volume Expansion During a Phase Transition)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 42권 / 9호 / 831 ~ 836페이지
· 저자명 : 이다솜, 곽재섭

초록

수도계량기는 물의 양을 측정하는 데 널리 사용되는 기기이다. 그러나 겨울철 어는점 이하의 온도에서 수도계량기 내부의 물은 액체에서 고체로 상변화가 발생한다. 이러한 상변화는 유량 차단 및 수도계량기의 파손과 같은 심각한 문제점을 유발시킨다. 본 논문에서는 동결에 의한 파손을 방지하기 위해 벨로즈 튜브를 사용하여 새로운 수도계량기의 설계 구조를 제안하고, 동결에 의한 파손 예방을 검증하기 위해 유한 요소 해석을 이용하였다. 동파 방지를 위해 설계된 벨로즈 튜브는 작동 압력 0.3MPa이 적용될 때, Von-Mises 응력의 최대 크기는 81.78 MPa로 황동 재료의 항복 응력에 비해 안전한 범위에 속함을 확인할 수 있었다. 또한, 저온에서 수도계량기 내 얼음이 발생함에 따라 벨로즈 튜브의 체적 증가로 인해 체적을 충분히 수용할 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 벨로즈 튜브를 채용한 새로운 수도계량기는 겨울철 동파를 효과적으로 방지할 수 있다고 판단된다.

영어초록

Water meters are widely used to measure water flow. However, sometimes the water inside the water meter can undergo a phase transition from liquid to solid (i.e., freezing) at temperatures below the freezing point in winter. This phase transition can cause serious malfunctions, such as blockage of the flow, shutdown of a process, and breakage of the water meter. In this study, a new design for a water meter structure is proposed, which includes a bellows tube to prevent breakage by freezing. The prevention of freezing breakage was verified using finite element analysis. When a working pressure of 0.3 MPa was applied to the proposed new water meter design, the maximum magnitude of the von Mises stress was 81.78 MPa, which corresponds to a safe range according to the yield stress of brass materials. In addition, the water meter could work properly at the lower temperature because the interior volume of the bellows tube expands during ice generation. Therefore, the results confirm that the proposed water meter design with a bellows tube effectively prevents breakage.

참고자료

· 없음