응력분석을 통한 피로수명 분석 및 설계

응력분석을 통한 피로수명 분석 및 설계 응력분석을 통한 피로수명 분석 및 설계.hwp 목차 1. Topic 2. Introduction 3. Analysis 4. Conclusion 5. Reference 본문 1. Topic 컴프레셔 구동용 전동기 축에서의 비틀림및 피로수명 분석, 설계의 심화 및 발전 2. Introduction 산업기계 중 컴프레셔와 이를 구동하는 전동기는 수많은 산업현장에 설치되어 사용되고 있다. 이 중 왕복동 컴프레셔의 경우에는 피스톤의 왕복에너지가 회전에너지로 변환되어 회전축의 비틀림을 유발하는 변동토크의 크기가 정격출력토크보다 높게 발생할 가능성이 있다. 따라서 구동용 전동기를 포함한 전체 시스템 축에 대해 초기 설계단계부터 비틀림 진동의 영향을 분석하는 것이 중요하며, 관련 API규정에서도 이를 특별히 언급하여 다루고 있다. 본 보고서에서는 구동 전동기와 왕복동 펌프가 연결되었을 때 축에 발생하는 비틀림 진동의 파악을 통해 축의 피로강도를 평가하여 안전성을 확인하고 이를 심화 및 발전시킬 수 있는 방법에 대해서 다루도록 하겠다. 3. Analysis 대상 전동기와 컴프레셔 모델의 제원 및 축의 모양은 다음과 같다. Table 1. 전동기 및 컴프레셔의 제원 ig 2. 의 A,B,C 부분에서 볼 수 있듯이 전동기 축의 직경은 일정하지 일정하지 않아서, 직경이 변화하는 부분에서 응력집중이 일어나 실제 가해지는 힘보다 더한 응력이 가해질 수 있다. 그러나 이번 분석에서는 직경이 가장 작은 부분에서 가장 큰 응력이 발생할 것이 자명하므로, 축의 직경이 150mm로 일정하다고 가정한 상태에서 분석을 진행하도록 하겠다. Table 1. 에서 컴프레셔의 변동 토크가 –16kgf⦁m에서 1842kgf⦁m까지 변화하므로 이를 SI unit으로 변환하면 –156.96~18070.02N⦁m이다. 축에 토크가 가해질 때 이로 인해 발생하는 응력은 으로 주어지므로을 얻을 수 있다. 이 값을 토대로 Alternating Stress 와 Midrange Stress 을 구하면 다음과 같다. 러 재료들에 대하여 10⁸cycle을 기준으로 Endurance limit 값을 설정하고 이를 modified Goodman line식에 적용하여 나타내면 다음과 같다. Table 2. 재료의 물성치 본문내용 le 1. 전동기 및 컴프레셔의 제원 현대중공업(주) 선박해양연구소 산업기계 중 컴프레셔와 이를 구동하는 전동기는 수많은 산업현장에 설치되어 사용되고 있다. 이 중 왕복동 컴프레셔 왕복동 컴프레셔 : 왕복펌프와 같은 구조를 가지고 흡입밸브와 송풀밸브를 장치한 실린더 속에서 피스톤을 왕복운동시킴으로써 기체를 흡입하고, 이것을 압축하여 송출하는 기계 의 경우에는 피스톤의 왕복에너지가 회전에너지로 변환되어 회전축의 비틀림을 유발하는 변동토크의 크기가 정격출력토크보다 높게 발생할 가능성이 있다. 따라서 구동용 전동기를 포함한 전체 시스템 축에 대해 초기 설계단계부터 비틀림 진동의 영향을 분석하는 것이 중요하며, 관련 API규정에서도 이를 특별히 언급하여 다루고 있다. API STANDARD 618, 1995, “R 참고문헌 1. API STANDARD 618, 1995, “Reciprocating compressor for petroleum, chemical and gas industry services” 2. Richard G. Budynas, J.Keith Nisbett, Shigley’s Mechanical Engineering Design,McGraw-Hill Korea, 9th Edition. 3. William D Callister, “Materials Science and Engineering”, WILEY, 2005(Table. 2) 4. 정건화 외 2명, “컴프레서 구동용 전동기 축계의 구조안전성평가”, 대한기계학회, 대한기계학회2007년도 춘계학술대회 강연 및 논문 초록집