Abstract

This paper presents the strength safety and the weight reduction analysis of nine gas valve models for a LPG cylinder using a finite element analysis program, MARC and Taguchi's experimental method. The maximum Von Mises stress of a gas valve body represents a safety of a brass valve structure for the given gas pressure of $91kg/cm^2$, which considered a safety factor of a LPG gas cylinder. The weight reduction analysis is very important for reducing a gas flow friction loss and a manufacturing cost as a design parameter. The calculated results present an design model 9 as an optimized design data with 10mm radius of a lower part gas flow pipe A, 6mm radius of an upper part gas flow pipe B and a connecting length 2 mm of tapered pipe D between lower and upper pipes.

본 연구에서는 LPG 용기용 가스밸브의 강도 안전성과 몸체의 경량화 해석을 9개의 밸브모델에 대하여 유한요소해석 프로그램 MARC 및 다구찌의 실험적 설계법을 사용하였다. 가스밸브의 몸체에 작용하는 Von Mises 최대응력은 밸브에 작용하는 최대가스압력 $91kg/cm^2$을 적용하여 황동밸브 구조물의 안전성을 고찰하였다. 여기서 최대압력 $91kg/cm^2$은 LPG 가스용기의 안전계수를 고려한 것으로 안전성 해석이나 최적설계를 수행하는데 충분한 작동압력이다. 밸브몸체의 자중량을 줄이기 위해 수행된 해석은 LPG가스의 유동손실을 줄이고, 최적설계에 따라 소재가격을 낮출 수 있기 때문에 설계단계에서 고려해야 할 하나의 주요변수이다. 계산결과에 따르면, 최적설계 밸브모델은 9번이고, 이때의 최적설계 변수는 가스가 통과하는 밸브의 아래쪽 A의 반경 r=10mm, 위쪽 B의 반경 r=6mm, A와 B의 연결부 파이프 길이 l=2 mm로 결정되었다.

Keywords

• Valve;
• LPG cylinder;
• Optimization design;
• FEM;
• Taguchi's design method;
• Von Mises stress;
• SN ratio